生物接觸氧化填料在梁灘河綜合治理中的應(yīng)用

劉魯建，聶忠文，冀雪峰，熊 蔚，王 芳

（1.武漢長江工商學(xué)院科亮生物研究院，湖北 武漢 430065；2.湖北科亮生物工程有限公司，湖北 武漢 430065）

三峽水庫自成庫以來備受關(guān)注，如何對(duì)其水環(huán)境容量合理利用，成為重慶市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的難題。嘉陵江是庫區(qū)重要的一級(jí)支流，也是重慶市重要的飲用水水源地［1］，梁灘河發(fā)源于重慶市九龍坡區(qū)，是重慶主城區(qū)境內(nèi)嘉陵江下游的主要支流。自20世紀(jì)90年代中期以來，流域內(nèi)由于家禽飼養(yǎng)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、工業(yè)污染、城市垃圾及生活污水的持續(xù)作用，梁灘河水質(zhì)日益惡化。近年來，梁灘河水質(zhì)以劣V類為主，色澤如墨，惡臭難當(dāng)，成為名副其實(shí)的“黑水河”［2］。對(duì)梁灘河的綜合治理工程主要采用KIC生物接觸氧化技術(shù)（河道曝氣＋高效菌劑投加＋生物帶），通過高效微生物富集和微孔曝氣，使河道污染物得到降解，改善水質(zhì)。該技術(shù)的原理是通過一定的化學(xué)或物理手段，將游離的微生物（包括土著或外源微生物）固定到載體上，使微生物高度密集，并能保持微生物的活性，使其通過微生物的高效活性降解水中污染物。本工程采用生物帶、河道治理專性高效菌粉、微孔曝氣管組成生物反應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)梁灘河進(jìn)行原位處理。

1 梁灘河治理的工藝流程及水質(zhì)情況

1.1 處理工藝流程

通過在河底鋪設(shè)生物帶填料和微孔曝氣管使污水通過與附著生物膜的生物帶充分接觸，利用生物帶上附著的河道治理專性高效微生物菌群（即生物膜）的協(xié)同作用降解污水中的各類污染物質(zhì)。這樣既能達(dá)到良好的凈化效果，又不影響沿岸原有布置。每個(gè)處理段生物帶底部間隔10 m設(shè)置1根集泥管，不定期抽上游來水泥沙。該工程建新支流治理段總投資149.79萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為10.08萬元，去除COD的費(fèi)用為0.25元／kg；梁灘河天賜溫泉治理段總投資131.01萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為8.36萬元，去除COD的費(fèi)用為0.25元／kg；梁灘河強(qiáng)化治理段總投資90.19萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為6.84萬元，去除COD的費(fèi)用為0.37元／kg。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 水質(zhì)監(jiān)測和治理

根據(jù)梁灘河的水質(zhì)情況，本工程選取3個(gè)治理段，分別是建新支流治理段（位于建新支流匯入梁灘河干流處，水量約10 000 m3／d，治理段長250 m）、梁灘河天賜溫泉治理段（位于天賜溫泉段上游，水量約15 000 m3／d，治理段長250 m）和梁灘河強(qiáng)化治理段（主要是強(qiáng)化處理梁灘河天賜溫泉治理段出水，水量約25 000 m3／d，治理段長300 m）。如圖2所示。

圖2 監(jiān)測治理斷面圖

1.3 進(jìn)水水質(zhì)及處理目標(biāo)

根據(jù)需要，現(xiàn)場布設(shè)4個(gè)監(jiān)測斷面，監(jiān)測進(jìn)水及各處理段的處理情況，如圖2所示。經(jīng)多次對(duì)廢水取樣分析，設(shè)計(jì)水質(zhì)情況見表1。處理目標(biāo)為水體滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水域功能區(qū)要求。

表1 上游進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

2 梁灘河水質(zhì)改善效果

2.1 水質(zhì)情況

根據(jù)九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（表2），工程區(qū)域三段河道出口斷面（A3、A4、A6監(jiān)測點(diǎn)，見圖2）水質(zhì)COD分別為：34.7、29.4、22.6 mg／L，均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水體要求，符合《九龍坡區(qū)次級(jí)河流水環(huán)境綜合治理適用技術(shù)要求及試驗(yàn)示范考核辦法（試行）》規(guī)定的要求。3個(gè)出口斷面氨氮分別為：6.13、4.27、4.38 mg／L，尚未達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水體要求和《九龍坡區(qū)次級(jí)河流水環(huán)境綜合治理適用技術(shù)要求及試驗(yàn)示范考核辦法（試行）》規(guī)定的要求，但工程的實(shí)施大幅度提高了水體對(duì)氨氮的自凈能力和去除效率。考慮還存在海龍工業(yè)廢水處理站出水排放、個(gè)別零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情況，因此該工程實(shí)際污染物去除效率要高于此監(jiān)測數(shù)據(jù)。

由于工程實(shí)施河段上游污染物流域治理措施得力，河段進(jìn)口水質(zhì)相對(duì)比較理想，河段進(jìn)口（A1、A2、A5監(jiān)測點(diǎn)，見圖2）COD分別只有38.2、41.5、31.6 mg／L，未給工程河段帶來過大的污染物負(fù)荷，也是工程河段出口COD比較理想的重要原因之一。

2.2 污染物去除效果

根據(jù)九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示（表2），工程區(qū)域三段河道對(duì)COD的去除比例分別為：梁灘河真武支流段16.4%、天賜溫泉海龍段23.0%、天賜溫泉景區(qū)段28.5%；氨氮去除比例分別為：梁灘河真武支流段17.4%、天賜溫泉海龍段19.0%、天賜溫泉景區(qū)段23.6%。由此可見，工程區(qū)域各個(gè)河段均體現(xiàn)出了一定的COD和氨氮的去除效果，但該數(shù)據(jù)不能視為工程真實(shí)處理效果，因還存在海龍工業(yè)廢水處理站出水排放、個(gè)別零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情況，故該工程實(shí)際污染物去除效率要高于此監(jiān)測數(shù)據(jù)。

表2 廢水監(jiān)測結(jié)果一覽表

根據(jù)梁灘河天賜溫泉段全年平均流量0.6 m3／s估算，該工程COD去除總量約為155 t／a，氨氮去除總量約為22.5 t／a。

2.3 河道自凈能力

根據(jù)中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院所編寫的《重慶市梁灘河（九龍坡區(qū)段）綜合治理實(shí)施方案》，工程治理之前梁灘河（九龍坡區(qū)段）污染物一級(jí)反應(yīng)降解系數(shù)：Kcod為0.005 4／km、KNH3為0.002／km。經(jīng)過工程強(qiáng)化后，3個(gè)工程河段COD降解系數(shù)分別達(dá)到：1.05／km、0.72／km、1.12／km，分別提升了194倍、133倍和207倍。氨氮降解系數(shù)分別達(dá)到0.77／km、0.84／km、0.90／km，分別提升了385倍、420倍和450倍。由此可見，該工程對(duì)于河道自凈能力的提高是非常顯著的。

3 梁灘河的治理結(jié)果與分析

3.1 CODCr的去除

治理系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果見圖3。

圖3 CODCr的去除效果

由圖3可知，系統(tǒng)對(duì)CODCr值的去除率在60%～80%之間，平均去除率為68%，說明系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物保持了較好的去除程度。目前，處理后出水CODCr值在34 mg／L左右，處理效果明顯，運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 氨氮的去除

治理系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果見圖4。

圖4 NH4－N的去除效果

由圖4可知，在進(jìn)水NH4－N高達(dá)10 mg／L條件下，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效率保持在80%以上，氨氮出水達(dá)2 mg／L左右。該種工藝脫氮主要是依靠微生物反硝化作用來實(shí)現(xiàn)的，在生物帶斷面上形成理想的“好氧－缺氧－厭氧”微環(huán)境，保證了硝化和反硝化反應(yīng)的同時(shí)進(jìn)行，使其具有高效的脫氮功能。

3.3 總磷（TP）的去除

治理系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效果見圖5。

圖5 TP的去除效果

由圖5可知，進(jìn)水總磷為0.6～1.1 mg／L，經(jīng)過系統(tǒng)處理，出水基本總磷維持在0.2 mg／L左右（達(dá)到地表水Ⅲ類、Ⅳ類水平），系統(tǒng)對(duì)總磷的去除率在60%～80% 范圍內(nèi)變動(dòng)，平均去除率為67.5%，說明系統(tǒng)對(duì)總磷的去除效率高，處理效果顯著、穩(wěn)定，且通過微生物技術(shù)和生物操縱控制富營養(yǎng)化水體磷水平在實(shí)踐中被證明是十分有效的。

4 結(jié)論

利用生物接觸氧化填料技術(shù)對(duì)CODCr的去除率為68%，對(duì)氨氮的去除率為60%，對(duì)總磷的去除率達(dá)67.5%，出水CODCr為22～38 mg／L，總磷維持在0.2 mg／L左右（達(dá)到地表水Ⅲ類、Ⅳ類水平），氨氮含量降至4.38 mg／L，以上指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V類水域功能區(qū)要求。結(jié)果表明：

（1）這種采用微生物固定化技術(shù)并結(jié)合生物帶，河道治理專性高效菌粉、微孔曝氣管的技術(shù)對(duì)梁灘河進(jìn)行原位處理的工藝具有良好的處理效果。

（2）該種工藝總體投資少、抗沖擊性好、運(yùn)行管理方便、便于維護(hù)、適用范圍廣，且生物帶可長期使用，避免經(jīng)常更換造成運(yùn)行費(fèi)用的增加。

（3）本工程成功抑制和削弱了污染底泥釋放對(duì)水體的污染作用，使水質(zhì)在整個(gè)工程段內(nèi)逐漸好轉(zhuǎn)，但若要得到更好的出水水質(zhì)，還需對(duì)底泥進(jìn)行清理。

（4）西南地區(qū)河流雨季水位陡漲，在今后的類似工程中，需進(jìn)一步加強(qiáng)防洪和泄洪措施，防止洪水對(duì)設(shè)備和堤岸產(chǎn)生破壞。

（5）該工程需要穩(wěn)定的供電保障，才能維持較低的運(yùn)行費(fèi)用，因此不適用于野外河流，若采用柴油發(fā)電機(jī)供電，運(yùn)行成本過高。

［1］袁中智.水環(huán)境時(shí)空分析方法研究［J］.生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2009（5）：116－119.

［2］李富宇.固定化復(fù)合微生物技術(shù)處理梁灘河水體的研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2011.