王蘭剛

(上海太和水科技發(fā)展股份有限公司,上海 200433)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,水資源問(wèn)題日益嚴(yán)重,對(duì)污水廠尾水凈化利用受到廣泛研究。目前國(guó)內(nèi)城市污水廠出水水質(zhì)以?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?(GB18918－2002)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)為主,其主要指標(biāo)劣于?地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?(GB3838－2002)中Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)限值,尾水直排對(duì)河湖水系污染嚴(yán)重。因此,對(duì)污水廠尾水進(jìn)行水質(zhì)凈化提標(biāo)十分必要。生態(tài)組合技術(shù)具有投入成本低、凈化效率高、維護(hù)方便及生態(tài)景觀效果好等優(yōu)點(diǎn),被越來(lái)越多的應(yīng)用于城市污水廠尾水深度凈化工程和微污染水體的生態(tài)修復(fù)工程[1－3]。

1 工程概況

凱發(fā)污水處理(明光)有限公司(即明光市城市污水處理廠),設(shè)計(jì)處理污水能力為6.0萬(wàn)m3/d,其主體工藝采用奧貝爾氧化溝處理工藝,污水廠出水水質(zhì)執(zhí)行?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?(GB18918－2002)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn),尾水排入九道灣公園內(nèi)水體,通過(guò)北端西側(cè)的閘口進(jìn)入池河。出水口位置上游約1.2km處為池河國(guó)控?cái)嗝姹O(jiān)測(cè)點(diǎn),下游約5km 處為女山湖省級(jí)濕地自然保護(hù)區(qū),其水質(zhì)要求均為地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),明光市城市污水處理廠尾水直排入河嚴(yán)重威脅池河及女山湖水質(zhì)。

九道灣公園位于明光市老城區(qū)西側(cè),緊鄰池河,占地面積約1300畝,總建筑面積約44萬(wàn)m2,水域面積約19.5萬(wàn)m2。九道灣公園水域?yàn)楠M長(zhǎng)水體,隔嘉山大道分為南公園和北公園兩處,公園內(nèi)水體承納污水處理廠6.0萬(wàn)m3/d尾水及汛期上游排澇水,受污染負(fù)荷沖擊,水質(zhì)波動(dòng)大,水質(zhì)較差,水體透明度低,加之公園配套綠化景觀良好,草地寬闊,樹木蔥郁,導(dǎo)致水面漂浮有枯枝落葉,水域整體感官不佳,水上水下景觀不匹配。

本工程位于明光市九道灣公園內(nèi),利用現(xiàn)狀水域采用生態(tài)調(diào)蓄區(qū)＋多功能接觸氧化區(qū)＋生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)組合工藝,對(duì)明光市城市污水處理廠尾水進(jìn)行深度凈化,同時(shí)改善九道灣公園水體水質(zhì),恢復(fù)水體生態(tài)景觀功能。其中,生態(tài)調(diào)蓄區(qū)面積17592m2,水深約1.5～2m;多功能接觸氧化區(qū)面積27677m2,水深約1.5～2m;生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)面積133571m2,水深約2～4.5m。工程位置及總體布置見圖1。

圖1 工程位置及總體布置圖

項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水為凱發(fā)污水處理廠的尾水,其水質(zhì)為?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)出水目標(biāo)為?地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?(GB3838－2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),主要水質(zhì)指標(biāo)為化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3－N)、總磷(TP,以湖、庫(kù)計(jì))。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和項(xiàng)目水質(zhì)目標(biāo)要求,基于節(jié)能環(huán)保的理念、節(jié)約占地的需求和后期維護(hù)的方便,同時(shí)結(jié)合工程周邊的地形環(huán)境,本項(xiàng)目水質(zhì)凈化工程依托九道灣公園水域作為系統(tǒng)建設(shè)區(qū),采取”生態(tài)調(diào)蓄區(qū)＋多功能接觸氧化區(qū)＋生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)”的生態(tài)組合工藝,其中生態(tài)調(diào)蓄區(qū)和多功能接觸氧化區(qū)位于九道灣南公園,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)位于九道灣北公園。明光市城市污水處理廠尾水由現(xiàn)狀管網(wǎng)排至九道灣南公園西南角,依靠重力流依次經(jīng)過(guò)生態(tài)調(diào)蓄區(qū),通過(guò)第一道生態(tài)濾料壩過(guò)濾出水進(jìn)入多功能接觸氧化區(qū),再通過(guò)第二道生態(tài)濾料壩進(jìn)入生態(tài)涵養(yǎng)區(qū),尾水水質(zhì)經(jīng)凈化達(dá)標(biāo)后,從生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)西側(cè)出水排入池河。其工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程圖

2.2 主要處理單元及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.1 生態(tài)調(diào)蓄區(qū)

生態(tài)調(diào)蓄區(qū)依托九道灣南公園尾水進(jìn)水口處東西向水域進(jìn)行設(shè)計(jì),面積17592m2,水深1.5～2 m,水力停留時(shí)間0.51d。該處理單元主要設(shè)置礫石過(guò)濾床(進(jìn)水口處,面積400 m2,高度1m,格賓石籠結(jié)構(gòu),礫石填料)和漂浮植物(銅錢草/粉綠狐尾藻3688 m2,120 株/m2;睡蓮3040m2,3株/m2)。其主要作用為調(diào)蓄污水處理廠尾水,均量均質(zhì),確保均勻配水,通過(guò)設(shè)置礫石過(guò)濾床緩沖來(lái)水動(dòng)能,降低流速,配置浮葉植物進(jìn)一步消能促沉,減緩來(lái)水流速,并利用浮葉植物生長(zhǎng)掠奪水體營(yíng)養(yǎng)鹽,初步削減污染物,利用浮葉植物遮光抑藻的作用,降低藍(lán)綠藻爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 多功能接觸氧化區(qū)

多功能接觸氧化區(qū)依托九道灣南公園尾水進(jìn)水口處東西向水域進(jìn)行設(shè)計(jì),面積27677m2,水深1.5～2m,水力停留時(shí)間0.8d。該處理單元主要設(shè)置生態(tài)濾料壩2座(前后端各一座,寬1.5m,高度2m,格賓石籠結(jié)構(gòu),鋼渣和石灰石混合填料)、生態(tài)浮床5870.5 m2(網(wǎng)兜框架結(jié)構(gòu),搭配漂浮植物銅錢草、粉綠狐尾藻、水鱉草5870.5m2,120株/m2;生物基填料,64根/m2)、生態(tài)浮島2025.5 m2(浮盆框架結(jié)構(gòu),搭配挺水植物西伯利亞鳶尾、美人蕉、梭魚草2025.5m2,18株/m2;生物基填料,64根/m2)、沉水式曝氣機(jī)2套(各7.5kw)、沉水植物7550m2(四季常綠矮型苦草,80株/m2)。其主要作用為強(qiáng)化對(duì)尾水凈化,實(shí)現(xiàn)對(duì)尾水中有機(jī)污染物、氨氮和總磷的削減,通過(guò)構(gòu)建由水上根系發(fā)達(dá)的營(yíng)養(yǎng)掠奪型漂浮類植物、觀賞性挺水植物和水下生物基填料組成的多功能自然接觸區(qū),形成推流/混流交錯(cuò)狀態(tài),提高系統(tǒng)污染負(fù)荷和抗沖擊負(fù)荷,形成營(yíng)養(yǎng)鹽梯度分布,充分利用系統(tǒng)內(nèi)部(漂浮植物固碳)植物碳源和生物膜內(nèi)部缺氧/厭氧環(huán)境,提高反硝化脫氮效能;構(gòu)建沉水植物區(qū)初步增加水體溶解氧,使中上層水體形成好氧環(huán)境,進(jìn)一步去除有機(jī)污染物;通過(guò)根系發(fā)達(dá)漂浮植物和沉水植物實(shí)現(xiàn)植物吸收磷、植物根系吸附磷以及生態(tài)濾料壩填料吸附磷[4－5]。

2.2.3 生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)

生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)依托九道灣北公園水域進(jìn)行設(shè)計(jì),面積133571m2,水深2～4.5m,水力停留時(shí)間7.2d。該處理單元以“食藻蟲引導(dǎo)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”為核心,構(gòu)建“草型清水態(tài)”涵養(yǎng)湖泊,主要設(shè)置沉水植物(四季常綠矮型苦草84598m2、刺苦草10609m2、小茨藻10476m2,120株/m2)、浮葉植物(睡蓮1300m2,3株/m2)、水生動(dòng)物(鳡魚397尾、狗魚397尾,300～500g/尾;青蝦198kg、體長(zhǎng)2～3cm;河蚌5343kg、體長(zhǎng)4～6cm;環(huán)棱螺13357kg、體長(zhǎng)1～2cm),結(jié)合水域形狀布置沉水式曝氣機(jī)2 套(各7.5kw)和涌浪機(jī)9 套(各2.2kw)。其主要作用為進(jìn)一步凈化水質(zhì),使出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo),通過(guò)構(gòu)建“控藻浮游動(dòng)物－水下森林－水生動(dòng)物－微生物群落”共生系統(tǒng),通過(guò)恢復(fù)沉水植物群落,發(fā)揮沉水植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收凈化與光合作用放氧功能,構(gòu)建健康完善的水體生態(tài)系統(tǒng),打造草凈水、菌凈水、蟲控藻、魚控蟲、魚控魚、魚控草等能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)深度涵養(yǎng)凈化水體水質(zhì),提升水景觀的目的[6－7]。

3 運(yùn)行效果分析

3.1 主要污染物去除效果分析

明光市污水處理廠尾水凈化系統(tǒng)已于2022年12月開始運(yùn)行,在項(xiàng)目工程內(nèi)設(shè)置3處采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè),研究分析工程運(yùn)行整體效果,采樣點(diǎn)位置分別在生態(tài)調(diào)蓄區(qū)出水口(S1)、多功能接觸氧化區(qū)出水口(S2)、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)末端(出水口S3),具體位置詳見圖1。主要監(jiān)測(cè)分析指標(biāo)為COD、NH3－N 和TP,COD 采用重鉻酸鉀法,NH3－N 采用納氏試劑分光光度法,TP采用過(guò)硫酸鹽－鉬酸銨分光光度法[8]。監(jiān)測(cè)時(shí)間:2023年1－8月,采樣頻率:每月一次。工程系統(tǒng)對(duì)主要污染物的去除效果見表1。由表1可知,本工程出水水質(zhì)中COD、NH3－N 和TP濃度均值分別為12.5、0.39 和0.041mg/L,出水滿足?地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?(GB3838－2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值要求。本工程對(duì)COD、NH3－N 和TP 去除率分別達(dá)到35.6、73.1 和70.7%,對(duì)其削減量分別為151.11、23.21 和2.17t/a,有效削減了尾水中污染物入河排放量。

表1 工程系統(tǒng)對(duì)主要污染物的去除效果

由圖3可知,尾水中的主要污染物經(jīng)過(guò)生態(tài)調(diào)蓄區(qū)、多功能接觸氧化區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)組合工藝凈化后,其出水水質(zhì)均可達(dá)到地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn);各處理單元對(duì)COD 的去除率從高至低依次為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)(23.8%)、多功能接觸氧化區(qū)(14.1%)和生態(tài)調(diào)蓄區(qū)(7.2%);對(duì)NH3－N 的去除率從高至低依次為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)(62.5%)、多功能接觸氧化區(qū)(18.7%)和生態(tài)調(diào)蓄區(qū)(11.7%);對(duì)TP的去除率從高至低依次為多功能接觸氧化區(qū)(60.0%)、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)(14.6%)和生態(tài)調(diào)蓄區(qū)(14.3%)。各處理單元均發(fā)揮較好的凈化效果,多功能接觸氧化區(qū)對(duì)TP的去除效果最好,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)對(duì)NH3－N 和COD 的去除效果最好。

圖3 各處理單元對(duì)COD、NH3－N、TP的去除效果

3.2 效益分析

項(xiàng)目工程利用生態(tài)組合技術(shù)構(gòu)建水質(zhì)凈化系統(tǒng),無(wú)二次污染,運(yùn)行效果穩(wěn)定,出水達(dá)到地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),有效緩解池河水污染防治壓力;修復(fù)明光市九道灣公園水生態(tài)環(huán)境,提升水環(huán)境質(zhì)量和水景觀,保護(hù)和恢復(fù)河湖生態(tài)廊道和生態(tài)功能多樣化,增強(qiáng)人水和諧程度,為旅游品質(zhì)和人民福祉生活的提升創(chuàng)造良好環(huán)境條件,有效提升居民幸福感和滿意度,具有明顯的生態(tài)環(huán)境效益與社會(huì)效益。

項(xiàng)目工程運(yùn)行后,每天可產(chǎn)生地表Ⅲ類水6.0萬(wàn)m3,工程出水可代替自來(lái)水用于綠化澆灌、道路清掃等。根據(jù)明光市制定的非居民生活用水價(jià)格2.24元/m3,回用率按20%計(jì),其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為981.12萬(wàn)元/a。另外,根據(jù)光合作用方程,生態(tài)系統(tǒng)每產(chǎn)生1.00g植物干物質(zhì)能固定1.63gCO2和釋放1.19gO2,本工程以設(shè)置的四季常綠矮型苦草、刺苦草和小茨藻計(jì)算,沉水植物種植面積113233 m2的沉水植物,種植密度120株/m2,單株苦草鮮重9g,干重為鮮重的10%,則每天的固碳量19.93t,每天釋放氧氣量為14.55t,則項(xiàng)目工程的固碳量為7274.45t/a,釋放氧氣量5310.75t/a[9]。根據(jù)造林成本法對(duì)其價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),固定CO2的造林價(jià)為1320 元/tC,則產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為960.22萬(wàn)元/a[10]。

4 結(jié)論

(1)采用生態(tài)組合技術(shù)處理城市污水廠尾水,既可以滿足削減污染物、凈化水質(zhì)的需要,又可以促進(jìn)九道灣公園親水、清水、可游、可漁的生態(tài)景觀功能恢復(fù),達(dá)到“魚翔淺底、水清岸綠、藍(lán)綠交織”的景色,全面提升區(qū)域水環(huán)境和生態(tài)品質(zhì)。

(2)工程系統(tǒng)穩(wěn)定后,可以有效凈化污水廠尾水水質(zhì),對(duì)COD、NH3－N 和TP去除率分別達(dá)到35.6、73.1和70.7%,出水達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(即COD≤20 mg/L,氨氮≤1.0 mg/L,總磷(湖、庫(kù))≤0.05mg/L)。