城市雨源型河道原位水质净化系统设计与特点分析

第３１卷第２２期　中国给水排水　ＣＨＩＮＡ　ＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．２２　ＮＯＶ．２０１５　２０１５年１１月　城市雨源型河道原位水质净化系统设计与特点分析　易　皓，　邴永鑫，　虢清伟，　刘　芸，　曾　东，　陈思莉　（环境保护部华南环境科学研究所，广东广州５１０６５５）　摘要：针对城市雨源型河道水质特征，利用现有条件采用原位水质净化处理系统，该系统　采用了改良型Ａ　／Ｏ＋人工湿地＋氧化塘组合工艺，最大处理能力为６００　ｍ　／ｄ，设计出水水质主要　指标达到《地表水环境质量标准》（ＧＢ　３８３８－－２００２）Ｖ类标准（ＮＨ　一Ｎ≤４．８　ｍｇ／Ｌ）。实际运行数　据表明，该系统在常规污染物削减达标的情况下能进一步对特征痕量有机污染物进行有效去除，具　有典型的示范意义。　关键词：　雨源型河道；　水质净化处理系统；　痕量有机污染物　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ｃ　文章编号：１０００—４６０２（２０１５）２２—００５４—０４　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｎ—ｓｉｔｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｕｒｉｉｃａｔｉｏｎ　ｆＳｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｒａｉｎ　Ｓｏｕｒｃｅ．ｔｙｐｅ　Ｕｒｂａｎ　Ｒｉｖｅｒ　ＹＩ　Ｈａｏ，　ＢＩＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｘｉｎ，　ＧＵ０　Ｑｉｎｇ—ｗｅｉ，ＬＩＵ　Ｙｕｎ，　ＺＥＮＧ　Ｄｏｎｇ，　ＣＨＥＮ　Ｓｉ—ｌｉ　（Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，ＭＥＰ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０６５５，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｎ　ｓｏｕｒｃｅ—ｔｙｐｅ　ｕｒｂａｎ　ｒｉｖｅｒ，ａｎ　ｉｎ．ｓｉｔｕ　ｗａ．　ｔｅｒ　ｐｕｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｌｏｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ａ　／０　ｐｒｏｃｅｓｓ．ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｗｅｔｌａｎｄ　ａｎｄ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｐｏｎｄ．Ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　６００　ｍ　／ｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｅｆｌｕｅｎｔｆ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｓｈｏｕｌｄ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓ　Ｖ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｆｏｒ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｔｅｒ（ＧＢ　３８３８—２００２）ｗｉｔｈ　ａｍｍｏｎｉａ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｏｆ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　４．８　ｍｇ／Ｌ．Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｄａｔａ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｕｌｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎＭ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖｅ　ｔｒａｃｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｓｉｇｎｉｉｃａｎｃｅ．ｆ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｒａｉｎ　ｓｏｕｒｃｅ—ｔｙｐｅ　ｒｉｖｅｒ；　ｗａｔｅｒ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｔｒａｃｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔ　随着工业化、城镇化进程的逐步加快，人口聚　染，甚至很多出现了季节性和常年性水体黑臭现象。　因此，城市河道污染治理已成为城市生态系统建设　的当务之急。　集、下垫面的改变造成区域水环境压力逐渐增　大　，特别是对于城市河道而言。城市河道多属　于雨源型河道，其水源补给主要来自降雨产生的地　表径流、截污不完善所带来的生活污水及污水处理　厂尾水　Ｊ。受这些外来污染源的影响，城市河道污　坪山河是东江水系淡水河的一级支流，其水质　好坏直接影响到广东及香港４　０００万人的饮水安　全，也影响到珠江口东岸地区经济社会可持续发　展　Ｊ。由于坪山河受纳流域内５３家重污染企业　染日趋严重，河道生态功能日益退化和丧失。据调　查，我国８０％以上的城市河道受到了不同程度的污　（包括电镀厂、漂染厂、线路板厂等）尾水及占坪山　基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２００８ＺＸ０７２１１－００３）　通信作者：陈思莉　Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｓｉｌｉ＠ｓｃｉｅｓ．ｏｒｇ　・５４・　易　皓，等：城市雨源型河道原位水质净化系统设计与特点分析　第３１卷第２２期　全年废水排放量的８２．６％的生活污水，水体污染呈　合工艺，工艺流程如图１所示。　现可降解有机物向有机污染、营养盐失调以及生物　毒性物质复合污染演变的严峻态势，对东江饮用水　源构成了长期风险　。　—匝垂　巫　．　１工程概况　坪山河人工化痕迹比较明显，其目前主要功能　出水　为泄洪、排污，环境自净能力较差　ｊ。鉴于此，在河　道中间的天然湾畔构建具备沉砂、二级生化和沉淀　图１　河水处理工艺流程　以及深度净化等功能的河湾水质净化工程。根据实　Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｉｆｖｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　地调研资料确定设计最大处理量为６００　１ＴＩ　／ｄ（平均　２．３总平面布置设计　处理量为３６０　ｉｎ　／ｄ），工程选址位于惠阳区淡水镇　利用在河道中构建的堆石坎拦截河水，并将其　土湖派出所附近的一个小岛上，占地面积为５５０　提升至植物预处理塘，出水自流至接触氧化池，经二　１ＴＩ　。通过构建堆石坎等简易型水工构筑物，旱季时　级强化处理后的出水再进入沉淀池进行沉淀；沉淀　拦截河水并将其提升至预处理塘，再经生物接触氧　池末端上清液经配水自流至湿地系统，最后深度处　化＋人工湿地组合工艺深度净化处理后作为河道生　理出水集中汇人景观塘后排入坪山河。同时，周边　态补水；雨季时优先保证河道行洪安全，从而达到改　设有比较密集的灌木带和竹编的篱笆，可以作为缓　善坪山河水质、确保东江水质安全的目的。　冲带，避免洪水时过多的泥沙和杂物进入系统。这　２设计水质与工艺流程　一流程中，处理（辅建）构筑物布置紧凑、用地节约，　２。１设计进、出水水质　实现经济布局、合理规划的总体布置要求。工程总　坪山河经过整治后，水质有了初步改善，但仍为　占地面积约４００　１ＴＩ　，工程总平面布置设计如图２所　劣Ｖ类水。根据《广东省跨地级以上市河流交接断　示　面水质达标管理方案》的规定，坪山河水质目标为　地表水Ⅲ类，第一阶段出水指标执行地表水Ｖ类标　准，其中上洋断面ＮＨ　一Ｎ浓度控制在４．８　ｍｇ／Ｌ以　内。针对近一年河道水质监测数据，确定了坪山河　水质净化系统设计进出水水质，具体见表１。另外，　结合工程总体要求，在实现系统高效脱氮除磷的同　时，还需对痕量有毒污染物水平削减达４０％以上。　表１设计进、出水水质　Ｔａｂ．１　Ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｆｌｕｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｆｎｕｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍｇ・Ｌ一　项目　Ｃ０Ｄ　ＢＯＤ　ＮＨ　一Ｎ　ＴＰ　进水　６０　１０　１５　２　图２工程总平面布置图　出水　≤４０　≤５　≤４．８　≤０．４　Ｆｉｇ．２　Ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｌａｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ　２．２　工艺流程　３主要构筑物设计　河道水质净化工艺的选择需根据进水水质特点　①预处理池　和出水水质要求，在保证出水达标的前提下，同时兼　预处理池１座，面积为３０　ＩＴＩ　，总高为２　ｍ，有效　具痕量有毒污染物的削减，从而降低它们对人体健　水深为１．５　ｍ，土堤土坡坡度为１：１；设计日平均处　康和水环境的潜在风险。除此之外，作为天然河床　理量为３６０　ｍ　／ｄ，设计水力停留时间为１．５　ｈ，表面　的改造工程，设计应贴近自然，贯彻“生态治水，景　水力负荷为０．６２　Ｉｎ。／（ｍ　・ｈ）。　观活水”的设计理念。综合以上各因素，工程采用　②接触氧化池　改良型生物接触氧化＋景观人工湿地深度处理的组　接触氧化池分２座设计，单座设计尺寸为３．０　・５５・　第３１卷第２２期　中国给水排水　ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ　ｍ×３．０　ｍ×２　ｍ，有效水深为１．４５　ｍ，中间设土埂隔　墙。各座均由曝气段和非曝气段组成，其容积比为　２：１，其中曝气段采用ＳＨＸ半软性填料，非曝气段　堤岸种植风车草、花叶芦竹等挺水植物，增添景观效　果。　４工艺设计特点　①净化系统的经济性、高效性和可持续性　工程采用河湾水质净化系统，该系统是一种河　流原位修复技术，其利用天然河床进行改造，使其包　括生物接触氧化二级强化处理以及人工湿地深度处　理，既可以保证污染河水得到充分有效的处理，又可　以保障河道原有各功能的作用，减少管网费用。与　此同时，可以因地制宜，选取合适的工艺进行组合，　灵活运用，大大减轻了城市污水处理厂处理负荷的　压力，在河道污染治理方面有着较大的发展前景和　应用空间。　采用弹性立体填料，填料均用绳索进行固定，其填充　率为６０％，填料容积负荷为２５０　ｇＢＯＤ　／（ｍ　・ｄ）。　利用鼓风机通过穿孔管进行曝气。　设计夏季最高水温为３０℃，冬季最低水温为　１５℃，接触氧化池需气总量为９６　ｍ　／ｈ，气水比为　６．４：１，设计水力停留时间为２．２　ｈｏ　③沉淀池　沉淀池采用平流式，分２座设计，每座又由导流　隔墙分隔成两格，设计土堤土坡坡度为１：１。单座　设计尺寸为５　ｍ×２　ｍ×２　ｍ，有效水深为１．４　ｍ，水　平流速为０．７　ｍｍ／ｓ，沉淀时间为２．０　ｈ，表面水力负　荷为１．８　ｍ　／（ｍ　・ｈ）。　④人工湿地　②排水毒害物质去除效果　多环芳烃（ＰＡＨｓ）、多溴联苯醚（ＰＢＤＥｓ）和双酚　Ａ（ＢＰＡ）是一种具有明显毒性（致癌、致畸、致突变）　人工湿地处理系统设计水量为３６０　ｍ　／ｄ，设计　表面负荷为０．０８　１３３　／（ＩＴＩ。・ｈ）；分２个处理区，其中　湿地Ｉ的面积为１００　ｍ　，采用垂直流布水方式；湿　地Ⅱ由土埂分隔成两格，面积分别为３７　１ＴＩ。和５１　ｍ　，采用水平潜流布水方式。人工湿地设计总高为　１．５　ｉｎ，有效水深为０　９　Ｉｎ，底部坡度为６．７％，设计　水力停留时间为１１　ｈ。　的持久性有机污染物，大都以痕量浓度的形式存在　于自然环境中。目前，世界各国已将其列为优先控　制的环境污染物。调研发现，ＰＡＨｓ、ＰＢＤＥｓ和ＢＰＡ　在东江干流及主要支流均有检出，其中，ＰＢＤＥｓ主　要以十溴联苯醚（ＢＤＥ一２０９）的形式存在。坪山河　中ＰＡＨｓ、ＢＤＥ一２０９和ＢＰＡ浓度分别达到５１６．６—　９６１．０　ｎｇ／Ｌ（平均值为７３７．６　ｎｇ／Ｌ）、１．７～１６．５　ｒｉｇ／　Ｌ（平均值为８．５２　ｎｇ／Ｌ）、１１．５９～２９．５２　ｇ／Ｌ（平均　湿地Ｉ按功能划分为５个区，分别为一级导水　区、二级导水区、核心处理区、一级集水区和二级集　水区；湿地内铺设碎石填料，其中一级导水区采用填　值为１９．１２　ｇ／Ｌ），远高于珠江口表面水体中该类　污染物的浓度水平（１．１２　ｎｇ／Ｌ、６．３７　ｎｇ／Ｌ、２．０６　Ｌ）　～　。　料粒径规格为１２～１６　ｍｍ，填料体积为２．５　Ｉｎ　；二级　导水区为８—１２　ｍｍ，体积为２　１３ｑ　；核心处理区为０．５　１　ｍｍ，体积为６６　ｉｎ。；一级集水区为８～１２　ｍｍ，体　～本次实施的河道水质净化系统，对ＰＡＨｓ的去　除率在４０％以上，对ＰＢＤＥｓ和ＢＰＡ的去除率在　积为２　ｉｎ　；二级集水区为１２～１６　ｍｍ，体积为２．５　Ｉｎ　。种植植物千屈菜６Ｏ丛，花菖蒲１８０丛，美人蕉　７２丛，风车草２１０丛，水葱２４０丛，花叶芦竹３２５丛。　湿地Ⅱ导水区填料粒径规格为８～１２　ｍｍ，填料　９０％以上，出水生物毒性显著降低，极大地推动了坪　山河流域污染治理工程措施从单一污染物总量减排　转向兼具脱毒减害功能，初步实现了流域性水源风　险能控制可预防。　体积为５．５　ｍ　；核心处理区为０．５～１　ｍｍ，体积为　４７　ｉｎ。；集水区为８～１２　ｍｍ，体积为７　Ｉｎ　。种植植物　千屈菜８０丛，花菖蒲１３０丛，美人蕉２４丛，风车草　１０５丛，水葱１９５丛，花叶芦竹１９５丛。　５运行效果及经济技术比较　坪山河河道水质净化系统自２０１１年４月投入　运行以来，总体运行效果良好，除ＮＨ　一Ｎ外常规指　标出水浓度均优于《地表水环境质量标准》（ＧＢ　３８３８－－２００２）Ｖ类水标准（见表２）。与此同时，系统　对坪山河受纳水体中痕量有机污染物也具有良好的　净化作用，其对ＰＡＨｓ处理效率在４５％～７０％，对　ＢＤＥ一２０９、ＢＰＡ的去除率在９０％以上，毒害污染物　削减显著，已达到了设计总体要求。实际运行效果　⑤氧化塘　氧化塘设１座，其设计面积为８３．４　Ｉｎ　，长宽比　为２．５：１，超高为１　ｍ，总高为１．５　ｍ，土堤土坡坡度　采用１：１。设计水量为３６０　ｉｎ　／ｄ，ＢＯＤ　负荷为　０．０５　ｋｓ／（１０　ｍ　・ｈ），停留时间为５．６　ｈ。塘内及　・５６・　ＷＷＷ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ＣＯｒｎ　易　皓，等：城市雨源型河道原位水质净化系统设计与特点分析　第３１卷第２２期　如表３和图３所示。　除效果，对控制流域水质风险具有典型的示范作用。　表２实际进、出水水质指标　③该系统设计充分结合河道自然环境、水质　Ｔａｂ．２　Ａｃｔｕａｌ　ｉｎｔｌｕｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｆｆｌｕｅｎｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　特征以及经济承载力、社会效益等因素，适应能力　项　目　ＣＯＤ　Ｂ０Ｄ　ＮＨ３一Ｎ　ＴＰ　强，出水水质稳定，可以为我国其他污染河道治理提　进水／　５７．８６±　９．４８±　１２．９７±　１．４８±　供借鉴。　（ｍｇ・Ｌ　）　２．０８　１．２３　４．９７　０．０９　出水／　２３．８７±　４．１０±　４．６４－４－　０．３５±　（ｍｇ・Ｌ　）　１．０４　０．２２　０．０３　０．０２　参考文献：　去除率／％　５８．８７±　５６．７５±　６４．２２±　７６．３５±　［１］　李新，焦锋．苏南地区城镇化对水环境的胁迫效应　０．３１　３．２９　１６．Ｏ８　０．０８　［Ｊ］．环境保护科学，２００５，３１（１６）：４—７．　表３系统对ＢＤＥ一２０９、ＢＰＡ的去除效果　［２］　周海丽，史培军，徐小黎，等．深圳城市化过程与水环　Ｔａｂ．３　ＲｅｍｏｖＭ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＤＥ一２０９　ａｎｄ　ＢＰＡ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ　境质量变化研究［Ｊ］．北京师范大学学报：自然科学　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　版，２００３，３９（２）：２７３—２７９．　项　目　ＢＤＥ一２０９／（ｎｇ・Ｌ　）　ＢＰＡ／（　ｇ・Ｌ　）　［３］　庞翠超，吴时强，周杰，等．城区地表径流面源污染和　进水　８．５２　１９．１２　河道水环境治理的研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１２，　出水　０．５６　１．０８　３５（１２）：１７５—１７９．　注：ＢＤＥ一２０９检出限为０．０７　ｐｇ／Ｌ，ＢＰＡ检出限为０．７　［４］　黄奕龙，王仰麟．深圳市河流水质退化及其驱动机制　ｎｇ／Ｌ。　研究［Ｊ］．中国农村水利水电，２００７，（７）：１０—１３．　６ｏｏ　［５］应光国，彭平安，赵建亮，等．流域化学品生态风险评　８０　５００　价——以东江流域为例［Ｍ］．北京：科学出版社，　４００　６０　２０１２．　３００　［６］　张文娟，李贵才，曾辉，等．城市化地区湿地生态系统　４０　篓２００　服务干扰评价——以深圳坪山河流域为例［Ｊ］．应用　２０　生态学报，２０１０，２１（５）：１１３７—１１４５．　１００　［７］　罗孝俊，陈社军，余梅，等．多环芳烃在珠江口表层水　Ｏ　０　萘　芴　菲　芘　荧蒽　体中的分布与分配［Ｊ］．环境科学，２００８，２９（９）：２３８５　ＰＡＨｓ　—２３９１．　图３系统对ＰＡＨｓ的去除效果　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｍｏｖａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＰＡＨｓ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　工程总投资为３５．４１万元，用地指标为０．９１７　ｍ　／ｍ　，处理单位水量耗电量为０．１５４　ｋＷ・ｈ／ｍ　，　处理单位水量运行费用为０．１９　ｍ　。　６结论　①从实际运行情况来看，河道水质净化技术　采用原位处理法是合适的，它不仅符合坪山河河道　水文、水质情况，且净化效率高，出水大部分指标优　于《地表水环境质量标准》（ＧＢ　３８３８－－２００２）Ｖ类水　作者简介：易皓（１９８２一　），　男，湖南岳阳人，硕　标准，具有良好的环境经济效益。　士，高级工程师，　研究方向为河流湖泊水　②坪山河河道采用生物接触氧化二级强化与　污染治理技术。　人工湿地深度处理技术，在脱氮除磷的同时兼具脱　Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｉｈａｏ＠ｓｃｉｅｓ．ｏｒｇ　毒减害功能，对特征痕量有机污染物具有一定的去　收稿日期：２０１５—０４—１５　・５７・