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厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝在河流污染治理中的應(yīng)用

2011-01-31 08:36嚴(yán)向軍汪國英
環(huán)境影響評價 2011年6期
關(guān)鍵詞:浮島溪河濾池

嚴(yán)向軍,梁 旭,裘 杰,汪國英

(杭州市市區(qū)河道監(jiān)管中心,杭州310008)

城市河流污染是綜合性的環(huán)境問題,既與城市河流的水文條件有關(guān),也與城市建設(shè)和長效管理有關(guān),更與影響河流水質(zhì)的內(nèi)外兩種污染來源有關(guān)。從國內(nèi)外研究成果表明,截污、疏浚、引配水、河流水污染原位處理等技術(shù)和手段在處理某單一水污染問題具有明顯的效果。但面對開放的、流動的、擾動的城市河流,單一的水污染治理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)具有一定的局限性,往往不能根本解決水質(zhì)不佳、水域生態(tài)系統(tǒng)不完善的問題。近十年來,杭州西溪河兩岸地塊大量開發(fā)改造,居住人口劇增,由于城市配套服務(wù)設(shè)施不盡完善,河道污染較重,多年來河道水質(zhì)劣于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),偶有黑臭現(xiàn)象,影響兩岸居民日常生活,成為沿岸市民的關(guān)注的焦點和投訴熱點。為改善西溪河水環(huán)境提高居民生活品質(zhì),我們探討研究了技術(shù)和經(jīng)濟兩方面都可行的城市河流污染治理和生態(tài)修復(fù)的綜合技術(shù)。

1 城市河流面臨的水環(huán)境問題

曾經(jīng)一段時期,我國經(jīng)濟社會飛速發(fā)展,環(huán)保工作相對滯后,有的城市河流純粹淪為納污河流,水污染十分嚴(yán)重。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念日益深入人心,各個城市陸續(xù)投入巨資開展城市河流綜合整治,改善和提高城市環(huán)境質(zhì)量。城市河流經(jīng)過綜合整治后,水環(huán)境質(zhì)量得到大幅度提高,有的河流多年來的“黑臭現(xiàn)象”消除了,有的達到了水功能區(qū)劃要求,有的河流水域生態(tài)得到重建和恢復(fù)。

但由于城市河流從水文學(xué)角度分析具有流域性和系統(tǒng)性,從生態(tài)學(xué)和城市學(xué)角度具有綜合性[1]和多功能性[2],從工程學(xué)角度具有復(fù)雜性和階段性。不同的城市河流綜合整治的效果不僅相同,甚至千差萬別。如有的城市河流經(jīng)整治后變成了三面光的水渠,水生動植物失去了生存的空間,水生植物和底棲動物不見蹤跡,水域生物群落結(jié)構(gòu)不合理不完善;有的城市河流雨水排放口還混有污水,截污還不徹底,受各類廢污水的影響,不少城市河流水環(huán)境質(zhì)量依然不容樂觀,在夏季河流“污花”不時地出現(xiàn)。特別是城市地表徑流污染如露天的城市停車場、貨運站、建筑工地等初期雨水會在一段時間內(nèi)對城市河流造成一定的污染。

杭州市的西溪河位于城市中心地帶,西鄰保俶路,南起天目山路,北至余杭塘河,全長2 700m,平均寬度18m,平均有效水深2.0m。近十年來,西溪河兩岸地塊大量開發(fā)改造,外部市政設(shè)施配套不盡完善,部分地塊缺少污水收集毛細管。河流駁坎形式為直立式擋墻,河道內(nèi)基本沒有水濕生植物,加之補給水源不足,河流的自凈能力較弱。經(jīng)調(diào)查,治理前西溪河沿線有8個排污口,合計排放污水量約130t/d,現(xiàn)狀水質(zhì)劣于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn),詳見表1。

表1 治理前西溪河主要水質(zhì)指標(biāo) mg·L-1

隨著生態(tài)城市理念不斷地融入城市建設(shè)的方方面面,景觀功能成為眾多城市河流的主導(dǎo)功能[3]。杭州市提出以江、湖、河、海、溪“五水共導(dǎo)”的治水理念[4],通過實施城市河道綜合保護五大系統(tǒng)工程,逐步地有效解決現(xiàn)代城市不斷擴張與自然生態(tài)日益萎縮的城市發(fā)展矛盾,逐步地營造一個“水清、岸綠、景美、流暢”的親水型“宜居城市”。由此,我們以“達到一般景觀功能Ⅴ類水要求”為目標(biāo)開展西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)工作。

2 西溪河污染治理及生態(tài)修復(fù)方案設(shè)計

經(jīng)調(diào)查分析,由于管底標(biāo)高、老城區(qū)雨污合流等多種因素,西溪河沿線8個排污口的污水在近期內(nèi)沒有條件納入城市污水管網(wǎng)。為降低排出口廢污水對西溪河水環(huán)境的影響,改善城市河流水景觀,我們在杭州西溪河嘗試應(yīng)用了厭氧生物濾池[5-7]和生態(tài)浮島[8-10]組合工藝,初步形成一個生產(chǎn)者、消費者和分解者的水生生態(tài)系統(tǒng)。

2.1 工藝設(shè)計

西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)的總體思路是隔斷廢污水排入河流的通道,在排污口周邊布置厭氧生物濾池,在微生物膜吸附與代謝和濾池截留的共同作用下,廢污水中的有機污染物得以分解與降解。處理后的廢污水經(jīng)過上覆生態(tài)浮島的植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用,進一步吸收營養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物。如圖所示。

表層生態(tài)浮島區(qū)水濕生植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣,通過植物根莖輸送并釋放到水體中,在根毛周圍形成了一個好氧區(qū)域,并通過植物吸附吸收、根系微生物代謝降解等作用,吸收從厭氧生物濾池流出的營養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物,具有凈化水質(zhì)、消減風(fēng)浪、美化水面景觀、提供水生生物棲息空間及進行環(huán)境教育等多種功能。中層為好氧區(qū)與厭氧區(qū)的過渡區(qū)即兼性區(qū),存在著可起兩種作用的兼性菌,并通過兼性菌分解排出口廢污水中的有機物,高效微生物光合細菌、消化細菌、復(fù)合細菌等微生物作為水體中的一類分解者,經(jīng)過馴化期后大量繁殖,分解污染物質(zhì)。底層生物濾池為厭氧區(qū),積累在此區(qū)域內(nèi)的固體雜質(zhì)被厭氧菌充分分解,從而取得良好的治理效果。

2.2 厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是一種簡單低耗的內(nèi)部填充有微生物載體的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧生物濾池由采用增強型PP板制作成箱式框架和聚丙烯纖維為主的生物填料組成。厭氧微生物部分附著生長在生物填料上,形成厭氧微生物膜,部分以厭氧活性污泥的形式存在于填料空隙間處于懸浮狀態(tài)。根據(jù)西溪河的水文特征,每個厭氧生物濾池的長、寬、高設(shè)計為1.0m*1.0m*2.0m,并按照排出口污染負荷不同,設(shè)計8個厭氧生物濾池組合放置于排出口周圍。合計厭氧生物濾池168m3。

2.3 生態(tài)浮島

生物浮島置于厭氧生物濾池上方,漂浮在水面上,生態(tài)浮島的面積大小按照排出口水量和河流寬度設(shè)計。根據(jù)西溪河水文和氣溫條件,生物浮島上種植花葉美人蕉、花葉蘆竹、西伯利亞鳶尾、聚草和香菇草。沿河布置了大小不等的生態(tài)浮島16個,合計面積達1 340m2。

3 監(jiān)測和分析

西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)項目實施后,在上游八字橋和下游新烏蓬橋各布置一個水質(zhì)監(jiān)測點位,每月監(jiān)測一次,監(jiān)測項目為透明度、溶解氧、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷。項目經(jīng)過一年多時間的運行,取得良好的環(huán)境效益,化學(xué)需氧量從最高值35.4mg/L下降至15mg/L左右,氨氮從最高的4.64mg/L下降至1.5mg/L左右,總磷從最高的0.46mg/L下降至0.1mg/L左右,基本達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),滿足城市河流的景觀功能要求。詳見圖1和圖2。

圖1 西溪河治理前后化學(xué)需氧量變化情況

圖2 西溪河治理前后氨氮和總磷變化情況

3.1 新烏蓬橋水質(zhì)變化分析

對比分析項目實施前后新烏蓬橋水質(zhì)變化情況表明,西溪河水質(zhì)得到較大改善和提高,新烏蓬橋水質(zhì)監(jiān)測點2011年1~4月份化學(xué)需氧量、氨氮和總磷均值比2010年1~4月份均值分別下降13.23mg/L,0.77mg/L,0.09mg/L,同比下降幅度為49%,26%和37%,基本達到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),詳見表2。

表2 新烏蓬橋水質(zhì)變化情況 mg·L-1

3.2 西溪河上下游水質(zhì)變化分析

對比分析項目實施后上游八字橋和下游新烏蓬橋水質(zhì)變化情況表明,西溪河下游水質(zhì)與上游相比有較大改善和提高,新烏蓬橋水質(zhì)監(jiān)測點2011年1~4月份化學(xué)需氧量、氨氮和總磷均值比同期八字橋均值分別下降7.8mg/L,0.50mg/L,0.07mg/L,同比下降幅度為36%,19%和30%,詳見表3。

表3 西溪河上下游水質(zhì)變化分析 mg·L-1

4 結(jié)果和討論

由于城市河道的水文條件、污染特征和水功能各不相同,為改善水環(huán)境質(zhì)量所采用的污染治理和生態(tài)修復(fù)方法需要有針對性,要因地制宜、因河而宜。結(jié)合西溪河上游來水不佳、沿線入河污染負荷較重等實際情況,經(jīng)項目實踐表明,厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝在西溪河污染治理和生態(tài)修復(fù)工作中,取得良好的環(huán)境效益。

(1)厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝可以在污染較重的城市河道中應(yīng)用和推廣。經(jīng)實踐表明,具有治理效果好,運轉(zhuǎn)維護管理方便等優(yōu)點。為進一步提高治理效果和降低治理成本,還需要進一步研究廢污水排放量與厭氧生物濾池大小、生態(tài)浮島植物種類及種植面積之間的關(guān)系。

(2)受排出口廢污水量和水濕生植物生長的季節(jié)變化等因素影響,厭氧生物濾池和生態(tài)浮島組合工藝的功效變動較大。為進一步城市河道水環(huán)境質(zhì)量,需要從根本上加強截污納管工作,減少入河污染負荷。

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