同沙水库初期雨水处理净化工程工艺分析与优化

来源:用户上传      作者:潘嘉立 戴永康

　　摘要：牛山溪沟初期雨水处理净化工程是同沙水库雨季溢流污水处理工程的主要子工程。通过对该处理净化工程的工艺与运行现状进行分析，发现其存在的问题，并据此提出了对该工程的优化与整改措施：（1）复核工程参数;（2）工艺整改：在原工艺中增加预处理环节，并调节多级植物塘位置;（3）设计优化，包括升级填料级配和处理技术，改善人工湿地水生植物种类搭配和出水方式，基础设备加固等。
　　关键词：初期雨水;处理;净化;优化
　　中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）08-0-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.090
　　Process analysis and optimization of rainwater treatment and purification engineering in the initial stage of tongsha reservoir
　　Pan Jiali 1， Dai Yongkang 2
　　（1.Dongguan Zhongyuan Environmental Investment Co.， Ltd.， Dongguan Guangdong 523000， China;
　　2. Dongguan Water Investment Group Co.， Ltd.， Dongguan Guangdong  523000， China）
　　Abstract： The Niushanxigou initial rainwater treatment and purification project is the main subproject of the Tongsha Reservoir overflow sewage treatment project during the rainy season. The problems were found through the analysis of the process and operation status of the treatment purification project， and the optimization and modification measures for the project were proposed according to this： （1） rechecking the engineering parameters; （2） process modification： increase pre-treatment link in original process and adjust the position of multi-level plant ponds; （3） design optimization： include upgrading the packing grading and treatment technologies， improving the mix of aquatic plants and effluent mode in constructed wetlands， and strengthening the basic equipment.
　　Keywords： Initial rain;Treatment;Purification;Optimization
　　同沙水庫是东莞城区库容量最大的水库，是东莞市江库联网工程（水源保护计划）的重要一库，为此，东莞市投资实施了同沙水库水污染综合整治工程，包括环水库截污管网工程、尾水排放工程、雨季溢流污水处理工程等，其中，雨季溢流污水处理工程是从源头改善同沙水库水质的必要措施，主要对现有入库初期雨季溢流污水进行治理，最终实现饮用水水源的水质管理目标。同沙水库雨季溢流污水处理工程于2016年2月通过竣工验收，主体工程于2016年4月移交并进行维护管养工作。在维护管养过程中发现多种异常情况，包括设计水利负荷不足、污染物削减量不降反升、潜流湿地堵塞严重、出水水质恶劣等。为恢复并升级同沙水库雨季溢流污水处理工程的污水处理能力，需要对其进行优化整改。本文对同沙水库雨季溢流污水处理工程中最主要的子工程（原有设计初期雨水处理净化工程二处，设计总处理量7500m3/d，另一处规模小且工艺相近，故主要分析牛山溪沟工程）：牛山溪沟初期雨水处理净化工程（下称原工程）运行情况进行了分析，并提出了可行的优化与整改工艺，以期为后续整改提供一定参考。
　　1 工艺现状
　　原工程设计占地面积约12万m2，设计处理量约6000m3/d;主要构筑物有沉淀塘、调蓄塘、植物塘、潜流湿地、人工浮岛等，设计出水达到Ⅳ类水标准，工艺路线如下：
　　进水堰（溢流堰）→格栅→沉淀塘→调蓄塘→一级植物塘→二级植物塘→水平潜流湿地→三级植物塘→生态浮岛→出水
　　2 运行情况
　　根据工艺运行情况，从2016年至2018年，采集4次工艺的进水和出水水样，发现牛山溪沟进水水质各指标逐渐走低，污染物的去除率总体呈现降低趋势。由于同沙水库作为饮用水源地保护区，要求水质至少达到地表水Ⅲ类标准，故将各指标与地表水Ⅲ类标准进行对照分析：COD进水浓度平均在60mg/L左右，出水平均在28mg/L，出水COD浓度降低，去除率整体保持在50%以上，且后期出水能达到地表水Ⅲ类要求;工艺对SS有较好的截留作用，在2017年后去除率保持高走势;工程对TN、氨氮和TP也有一定去除效果，TN、氨氮和TP平均进水浓度分别为10mg/L、6mg/L和1.2mg/L，平均出水浓度分别为4.5mg/L、1.8 mg/L和0.3mg/L，去除率大多维持在40%～80%之间，但仍然超标3.5、0.8和0.5倍。尤其是在运行后期出水中TN、TP指标仍不能达到地表水Ⅲ类要求。综上说明工艺稳定运行后的处理效果距离标准有较大差距，有待整改。 　　3 优化与整改
　　优化及整改工程建设思路主要分两方面内容进行，一方面是工程参数复核，另外一方面是按照实际运营情况提出优化及整改方案。
　　3.1 复核工程参数
　　复核工程污染负荷、初期溢流雨污水量、人工湿地水利参数。对比污染负荷设计，发现原有设计的设计标准与实测结果不符，例如：调蓄塘氨氮的污染负荷设计标准为0.66 g/m2·d，实际为0.17 g/m2·d，总磷设计标准为0.044 g/m2·d，实际为0.165 g/m2·d;二级植物塘氨氮的污染负荷设计标准为0.49 g/m2·d，实际为0.37 g/m2·d，总磷设计标准为0.031 g/m2·d，实际为0.063 g/m2·d;潜流湿地氨氮的污染负荷设计标准为0.43 g/m2·d，实际为0.22 g/m2·d，总磷设计标准为0.033 g/m2·d，实际为0.037 g/m2·d。同时，沉淀塘、调蓄塘和植物塘的实测水位和水深结果均超过设计水位水深，需要重新调整。
　　3.2 优化及整改：
　　根据调查结果，将整个工艺优化调整为：进水堰→格栅→沉淀塘→调蓄塘→多级水生植物塘→水平潜流湿地→生态浮岛→出水
　　同时，全面调查构筑物结构稳定性、坝顶高程、鹅卵石过滤坝及潜流湿地开挖复检填料级配、人工湿地水生植物种类的筛选等，针对优化后的工艺，提出整改建议如下：
　　（1）根据水质监测结果，现进水水质呈“低碳、高磷、高氮”，部分水质指标达到劣Ⅴ类。湿地水体富营养化严重，靠植物吸收和生物降解难以降低磷和氮污染负荷[1-3]。因此，需在集水区域前端添加预处理措施。（2）两鹅卵石坝（砾石床）在暴雨期间，常发生漫顶变形，冲垮损坏等问题。为了充分发挥鹅卵石坝的防洪防汛功能，提高构筑物稳定性、承重量、水土流失控制和永久性的工程规格，建议提升两石坝的高程约50～100cm，并重新选择填料级配和低缩水膨胀率、高压缩度的土壤。（3）牛山溪沟的多级植物塘因暴雨损毁大部分水生植物枯萎死亡，需要对现阶段和后期补种的水生植物进行筛选，必需符合耐污能力强、净化能力强、抗病虫害能力强、具有发达的根系和较强的输氧能力以及综合利用价值高的原则。因此，建议植物塘改种其他水生植物，例如苦草和黑藻;引入高效藻类技术，三级植物塘改造成高效藻类池，建立水下森林体系，提高水体净化效果;引入微生物/细菌分子筛技术，将三级植物塘固定化微生物板，提高水体净化效果。（4）本工程的潜流湿地选种植物为芦苇、水葱、旱伞草和再力花。根据单元水质监测结果显示，潜流湿地污染物削减效率能达到30%～40%，属于正常范围值[4]。但是随着系统的运行，潜流湿地逐渐出现堵塞现象，传统的局部翻洗湿地填料成本较高，效果一般[5]。为此，提供如下整改思路：①对湿地进水进行预处理，比如在湿地前端或首部设置预处理设施，尽量过滤筛除进水中的懸浮物和漂浮物 ， 以及其他一些胶体、溶质 ， 使之在前端即得到有效解决 ， 防止湿地主体功能区的堵塞;②引进湿地改良新技术，在潜流湿地进水口1/10～1/4段，添加可置换和再生的纤维填料。（5）沉淀塘淤泥堆积严重，制定清淤计划以解决底泥上浮、水体黑臭的问题。（6）由于牛山溪沟初期雨水净化工程设计的溢流堰不能控制连接下方的水生植物塘的水位。为此，建议在该处设置水闸调节。
　　4 结论与建议
　　同沙水库的初期雨水处理净化子工程自运行以来，出现了设计水利负荷不足、污染物削减量不降反升、潜流湿地堵塞严重、出水水质恶劣等问题。通过对项目参数复核、工程现场调查及水质监测结果，结合运营管理情况及相关资料整理分析，提出了相关的优化及整改措施，以期能达到进一步净化水质、维持湿地水面和水体流动通畅、恢复植被和生态系统的目的。
　　同沙水库的初期雨水处理净化子工程也暴露出人工湿地工程在实际应用中的一些不足，例如处理负荷偏低、受冲击能力小、容易阻塞、水位不畅等。但作为一项生态友好的处理技术，人工湿地还是被广泛应用在水污染防治上，因此，在以后的工艺设计与工程建造中，如何科学地设计湿地工艺及后续维护管养，仍然是人工湿地发挥效益的最关键之处。
　　参考文献
　　[1]刘树元，阎百兴，王莉霞.潜流人工湿地中植物对氮磷净化的影响[J].生态学报，2011，31（6）：1538-1546.
　　[2]张荣新.不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响[J].环境污染与防治， 2018，40（7）.
　　[3]吴英海，杨旭楠，韩蕊.复合人工湿地对氮的深度处理效果及影响因素[J].湿地科学，2014，12（1）：35-42.
　　[4]夏宏生， 向欣. 氮、磷在湿地基质中降解的机理研究[J]. 四川环境， 2012， 31（2）：78-84.
　　[5]马飞，蒋莉，熊洁羽等.反冲洗措施改善垂直潜流人工湿地水力特性的研究[J]. 环境科学与技术， 2011， 34（7）：46-49.
　　收稿日期：2019-04-29
　　作者简介：潘嘉立（1990-），男，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为水污染治理。
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