齊 雯

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 工程背景

西海后海連通渠位于西海和后海之間，總長為240 m，通道寬5 m，日常運(yùn)行水位44.50 m（水深1.5 m）。現(xiàn)階段通道內(nèi)安裝了37臺(tái)水下曝氣機(jī)和生物填料，主要通過水下曝氣機(jī)給水體充氧，提高水體中的溶解氧［1］，生物填料主要凈化水體中的污染物，通過曝氣充氧和生物填料降解水中的有機(jī)物，對水質(zhì)進(jìn)行改善。水體從西海向后海流動(dòng)，流量為0.5 m3/s。

由于現(xiàn)有治理措施為2007 年建設(shè)，設(shè)備已達(dá)使用年限，凈化效率降低，不能滿足功能區(qū)要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段有害昆蟲較多，周邊群眾反應(yīng)強(qiáng)烈，因此需對生物填料進(jìn)行更新，即利用原有的處理設(shè)施進(jìn)行改造。

2 工程實(shí)施方案

利用原有的曝氣充氧設(shè)備，并配合彈性生物填料、陶粒微生物載體對水體進(jìn)行處理。根據(jù)河段水文條件、河床結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況，采用河水原位凈化系統(tǒng)，如圖1所示。

系統(tǒng)由2 個(gè)部分組成，即生物接觸氧化凈化單元和陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元。河水依次流經(jīng)2個(gè)單元，實(shí)現(xiàn)水體污染物的凈化。

生物接觸氧化凈化單元通過彈性生物填料表面生物膜及物理攔截作用，凈化水體污染物和促使顆粒物沉降；底部利用原有的曝氣機(jī)進(jìn)行適度曝氣增氧，為彈性生物填料表面好氧生物提供適宜的生存環(huán)境，提高其污染物凈化能力［2］。陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元與前段相比，具有更高的生物量和凈化能力；底部利用原有的曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣，以保證載體上好氧生物膜系統(tǒng)的生存條件，提高其污染物凈化能力。載體床內(nèi)部預(yù)設(shè)的反沖洗系統(tǒng)保證不發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

生物接觸氧化凈化單元的停留時(shí)間按照30 min考慮，陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元的停留時(shí)間按照3 min 考慮。系統(tǒng)總平面示意，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總平面示意

對西海后海連通渠內(nèi)原有的生物填料進(jìn)行拆除，更換新的彈性生物填料，并繼續(xù)利用原有的曝氣機(jī)對填料進(jìn)行曝氣。

首先拆除原有的生物填料，然后清理通道內(nèi)的底泥和雜物，通道清理干凈后將加工好的填料架和填料運(yùn)到現(xiàn)場，在河道內(nèi)進(jìn)行組裝，組裝好以后通水調(diào)試。

設(shè)計(jì)安裝彈性生物填料750 m3，共分30 組，每組用槽鋼和圓鋼作為鋼制支架用以栓掛填料，在每組填料中間設(shè)置1臺(tái)曝氣機(jī)。填料和填料之間保留1 m的間距，總的安裝長度大約180 m。

在生物接觸氧化凈化單元后設(shè)置一段陶粒微生物載體，總長按照10 m 考慮，此單元分為5 段，每段按照2 m 考慮，使水流在其中折向流動(dòng)，增加接觸時(shí)間。陶粒段共5 組，每組均由布水板、濾料承托層、濾料層組成。其中，濾料承托層由卵石組成，濾料層由陶粒濾料組成。濾料承托層高度按照200 mm 考慮，上部為陶粒層，高度按照600 mm 考慮。陶粒層平面尺寸為3 m×2 m。在陶粒段的放置1 臺(tái)水下曝氣機(jī)，對陶粒段進(jìn)行曝氣，為附著在陶粒上的微生物提供氧氣［3］。

3 工程實(shí)施過程的跟蹤監(jiān)測方案

本工程于2014年4月底完工。2012年4、6、9月及2013 年3 月對原有設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，所獲數(shù)據(jù)反映工程實(shí)施前的水質(zhì)情況，即原有設(shè)備治理下的水質(zhì)狀況，每月1 次。2014 年5—9 月對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，所獲數(shù)據(jù)可反映更新設(shè)備后的水質(zhì)狀況，每月1次。水體自西海經(jīng)連通渠流入后海，選取連通渠入口和出口2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。連通渠入口位于西海，可反映西海水質(zhì)，即措施實(shí)施前的水質(zhì)狀況。連通渠出口位于后海，可反映后海水質(zhì)，即措施實(shí)施后的水質(zhì)狀況。

西海后海連通渠生物填料更新工程的核心技術(shù)即為生物接觸氧化技術(shù)，生物接觸氧化技術(shù)核心部分為生物填料，它是生物膜的載體，使填料上生長一層生物膜，水體持續(xù)進(jìn)入生物填料后，水中的有機(jī)物被生物膜吸附，生物酶發(fā)揮催化作用，生物膜發(fā)生新陳代謝，氧化分解有機(jī)物，從而去除水中的大部分有機(jī)物［4］。因此，該工程對水體中的化學(xué)需氧量（CODcr）有明顯影響。同時(shí)，西海、后海是著名的旅游景點(diǎn)，污染源主要為外源污染，如漂浮的垃圾雜物等，氨氮（NH3-N）是反映外源污染的重要指標(biāo)。另外，總磷（TP）等化學(xué)性指標(biāo)是反映水體富營養(yǎng)化的主要因素，因此選取化學(xué)需氧量、總磷和氨氮等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。測定水質(zhì)指標(biāo)按我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）進(jìn)行，采取單因子評價(jià)方法，對水質(zhì)類別進(jìn)行分析。監(jiān)測項(xiàng)目和測定方法，詳見表1。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目和測定方法

4 生物接觸氧化凈化技術(shù)對內(nèi)城河湖水質(zhì)的改善

為改善后海水質(zhì)，實(shí)施西海后海連通渠生物填料更新工程，核心技術(shù)為生物接觸氧化凈化技術(shù)，對該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用效果評估和適用性分析。

工程實(shí)施前，通道內(nèi)安裝了37 臺(tái)水下曝氣機(jī)和生物填料，現(xiàn)有設(shè)備下水質(zhì)情況詳見表2，監(jiān)測指標(biāo)變化情況如圖3—5 所示。從表2 和圖3—5 可以看出，通過現(xiàn)有連通渠設(shè)備后的水質(zhì)雖略有好轉(zhuǎn)，但效果已不明顯，不能達(dá)到治理目標(biāo)，因此進(jìn)行連通渠生物填料更新。

表2 現(xiàn)有設(shè)備的水質(zhì)現(xiàn)狀 mg/L

圖3 治理前CODcr變化

圖5 治理前TP變化

4.1 水質(zhì)改善的評價(jià)

本工程于 2014 年 4 月底完工。2014 年 5—9 月對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測的水質(zhì)指標(biāo)有化學(xué)需氧量、氨氮、總磷，治理效率明顯提高，水質(zhì)明顯改善：化學(xué)需氧量≤20 mg/L，達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；氨氮≤1.0 mg/L，達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；總磷≤0.3 mg/L，達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，功能要求為Ⅳ類；三者均達(dá)到工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。更新設(shè)備后的水質(zhì)現(xiàn)狀，詳見表3。監(jiān)測指標(biāo)具體數(shù)據(jù)曲線，如圖6—8所示。

表3 更新設(shè)備后的水質(zhì)狀況 mg/L

圖6 治理后CODcr變化

圖7 治理后NH3-N變化

圖8 治理后TP變化

4.2 技術(shù)有效性分析

利用生物接觸氧化技術(shù)結(jié)合曝氣實(shí)施西海后海連通渠更新工程，合理地利用了地理位置優(yōu)勢，通過更換最新的生物填料凈化水體污染物，提高了措施效率，使得水質(zhì)指標(biāo)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學(xué)需氧量和氨氮達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)、總磷達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)明顯改善，達(dá)到水域功能要求及工程設(shè)計(jì)目標(biāo)。

該技術(shù)核心部分為生物填料，選用優(yōu)質(zhì)的生物填料具有微生物無毒性、傳質(zhì)性能良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被生物分解、強(qiáng)度高、壽命長、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。由于設(shè)備安裝對水體地理位置有一定要求，同時(shí)由于設(shè)備運(yùn)行會(huì)對行洪有一定影響，所以該技術(shù)適用于相對封閉靜止、地理位置有條件安裝設(shè)備、同時(shí)對行洪要求不高的水體。因此，生物接觸氧化技術(shù)在城市相對靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。同時(shí)，設(shè)備需要后期的運(yùn)行維護(hù)，以保證在運(yùn)行管理中密切監(jiān)管，定期觀察運(yùn)行情況，監(jiān)測處理效率，隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，以便及時(shí)處理出現(xiàn)的故障或者更新設(shè)備。

5 結(jié)論與建議

生物接觸氧化技術(shù)結(jié)合曝氣使得水質(zhì)指標(biāo)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學(xué)需氧量和氨氮達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)、總磷達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)明顯改善。該技術(shù)核心部分為生物填料，選用優(yōu)質(zhì)的生物填料具有微生物無毒性、傳質(zhì)性能良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被生物分解、強(qiáng)度高、壽命長、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。由于設(shè)備安裝對水體地理位置有一定要求，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行會(huì)對行洪有一定影響，所以該技術(shù)適用于相對封閉靜止、地理位置有條件安裝運(yùn)行設(shè)備、同時(shí)對行洪要求不高的水體。綜上，生物接觸氧化技術(shù)在城市相對靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。