黎河是河北省遵化市的一条天然河道, 自1983年引滦入津以来担负着向天津水输水的重要任务。但是随着近年来黎河流域的经济的发展, 流域内污染日趋严重。流域范围内的生活污水、农田排水和选矿尾水不断向支流河道排放, 造成支流河道中积累大量的污染物, 如不采取措施治理支流河道任其排放会造成黎河水质污染进而造成引滦水质的污染。
西山桥上左岸支流口治理工程主要是以黎河支流口为治理重点通过治理工程改善支流水质有效遏制支流污染水质进入黎河。
1 西山桥上左岸支流口污染现状
西山桥上左岸支流主要污染源为上游选矿厂排放的尾水, 主要污染物为悬浮物和总氮, 该支流主要污染物为悬浮物和总氮, 其中总氮浓度相当于地表水III类标准8.36倍至20.4倍, 悬浮物高达1834mg/L, 相当于《环境质量报告书编制规范》推荐值的12.2倍。此外, 总磷硝酸盐氮和高锰酸盐指数也有超标现象。
该支流流量受两岸选矿厂污水排放及降雨影响, 流量波动较大。2008年和2009年对该支流流量进行了监测, 结果见表1。
2 西山桥上左岸支流口工艺设计
根据该支流水质特点, 本设计拟采用表流湿地+沉砂池+人工湿地相结合的处理工艺, 综合利用物理、微生物和植物的多重作用实现对污染物的去除。处理工艺流程见图1。
(1) 表流湿地:表流湿地技术是模拟自然湿地生态系统的基本原理, 在河渠内种植水质净化能力强的高等水生植物, 提高支流河道的自净能力。表流湿地对水体的净化机理包括: (1) 水生植物直接吸收水体中的氮、磷等营养元素, 并同化为自身的结构组成物质, 实现对水体的净化; (2) 通过呼吸输氧作用提高根区溶解氧含量, 形成良好的根际微生态环境, 与微生物协同作用, 实现对污染物的去除; (3) 高等水生植物通过对水流的阻挡和对颗粒物的吸附与拦截, 促进颗粒态污染物在水体中的沉降, 同时, 水生植物及其共生细菌构成的多级生态系统分泌物, 可与水体中的悬浮颗粒及胶体凝聚后沉降, 快速提高了水体透明度; (4) 水生植物还可以通过植物化感作用抑制藻类及细菌的生长, 部分水生植物还对汞、铅、镉、铜、砷、铬、酚、苯等多种金属及有机污染物具有较强的富集、去除能力。
(2) 沉砂池:选矿厂尾水中含有大量的泥砂, 而且泥砂比重大于水的比重。泥砂如果进入湿地, 极易造成后续人工湿地内部的堵塞。沉砂池的主要作用是通过对水流流速的减缓, 利用泥砂自重作用进行自然沉降, 防止泥砂进入后续人工湿地内造成湿地系统的堵塞。
沉砂池形式采用折流式重力沉砂池。进水由拦污控制堰上游引入, 出水进入人工湿地。
(3) 人工湿地:人工湿地处理系统设在支流口附近空地内, 人工湿地处理单元采用波式流湿地结构。波式流人工湿地处理单元由人工基质、水生植物和附着在基质及植物根区的微生物组成, 是一种独特的“基质—植物—微生物”生态系统。该系统中, 植物扎根于基质床的表层, 植物根系和填料为微生物提供附着的载体, 同时植物根系为微生物提供氧源, 在靠近根区的填料层形成好氧区, 而在远离根区的填料层形成厌氧或兼氧区, 水体以波浪式流经填料表层和底层时, 反复经过好氧、厌氧以及硝化和反硝化的过程, 从而实现对有机污染物和氮磷的高效去除。与自然湿地相比, 波式流人工湿地在相同面积条件下处理能力大幅度提高, 能够克服天然湿地比较脆弱的缺点, 具有负荷率高、占地面积小、效果可靠、耐冲击负荷等优点, 而且水流在填料表层以下流动, 不易滋生蚊蝇。
湿地进水由沉砂池引入, 出水排入拦污控制堰下游支流口。湿地表面种植水质净化能力强、景观效果好的水生植物, 在净化水质的同时, 起到良好的景观效果。
3 西山桥上左岸支流口工程总体布置及运行设计
(1) 工程总体布置。
工程选址于西山桥支流口以上约1.0km的河段, 全部工程由拦污控制堰、表流湿地、沉砂池和人工湿地等四部分组成。总处理规模按34000m3/d设计。
(1) 拦污控制堰:拦污控制堰设在支流口上游0+300m处, 主要作用是拦截上游选矿厂排放的尾水及初期雨水, 防止高悬浮物的选矿尾水直接进入黎河。汛期行洪水量较大时, 雨洪水从坝顶漫流进入黎河。
坝体采用浆砌石坝, 坝顶高程47.6m, 坝顶宽0.5m, 河底设计高程46.6m。挡水面为直墙, 背水面坡度为1∶1.5, 坝长依河宽设计。坝底部设浆砌石基础, 基础厚度为0.3m, 宽度2.5m, 长度依河宽设计, 正常运行水位47.6m。
(2) 表流湿地:表流湿地布设在西山桥上左岸支流河道内, 正常处理水量按34000m3/d考虑, 总面积8000m2, 自支流口断面 (邦宽公路附线桥下游侧20m处) 起至上游1.0km处断面的区域, 该河段河底平均宽度约10m, 在现状河床上种植水质净化能力强的水生植物, 形成一段河道自然湿地, 河道断面形状及河底高程均维持现状。植物种类以芦苇、黄花鸢、黑三棱和香蒲为主, 面积各为2500m2。
(3) 沉砂池:沉砂池形式采用折流式重力沉砂池, 位于西山桥上左岸支流口上游400m处, 支流河道的左岸, 该处现状地面高程为48.1m。沉砂池水力停留时间按7小时设计, 水处理规模为8000m3/d, 沉砂池有效容积为2500m3。池内净尺寸为15m×60m×3m (宽×长×深) , 内部设5道隔墙, 隔墙中心线间距为10m。边墙及中间隔墙均采用浆砌石墙, 顶高程47.6m, 宽0.4m, 边坡1∶0.5, 池底高程44.6m。池顶上部至地表边坡1∶2, 采用绿色混凝土护坡。
(4) 人工湿地:湿地形式采用波式流人工湿地, 位于西山桥上左岸支流口上游0+300m断面处, 支流河道的左岸。共分8组面积和形状完全相同的人工湿地处理池。
湿地在原状土上开挖, 地表高程50.0m, 湿地表面高程为47.3m, 底部高程45.8m, 每个湿地处理池底部长50m, 宽20m。处理池底部粘土压实后回填0.2m粘土和0.1m粗砂, 然后再回填1.2m滤料层。每个湿地单元内部设3道阻水墙分为4个串联的小池, 通过阻水墙改变水流方向, 使水流呈现波式反复通过湿地表层和底层, 湿地表层由于植物根系释氧和大气复氧形成好氧区, 湿地底部由于微生物消耗形成缺氧区, 使水流在流经湿地的过程中反复经过厌氧—好氧的过程, 增强对污染物的去除。湿地边墙及阻水墙坡比为1∶1, 为粘土压实, 粘土上部铺一层土工膜, 隔墙顶宽0.6m。填料表面以上至地表边坡1∶1。
湿地填料从第一个小池开始按水流方向依次填充碎石、陶粒、页岩和碎石。湿地表面种植黄花鸢尾、芦苇和黑三棱等水生植物。
湿地进水由沉砂池处通过DN500管道引入, 于高程46.8m处穿墙进入湿地, 正常运行水位47.1m, 经过3道粘土隔墙后, 由湿地的另一端进入湿地出水管, 湿地出水管于高程47.1m处穿墙出湿地, 经湿地出水主干管 (DN500) 排入支流拦污控制堰下游的河道表流湿地内。
为防止运行多年, 湿地堵塞, 湿地底部布置反冲洗管道, 间距1.0m。反冲洗管干支两级, 干管Φ200mmPVC管, 支管Φ40mmPVC管, 支管上打孔, 干管引出地面预留接口。每个小池底部设一根排空管 (便于排空湿地中的水) , 在湿地的出水管及排空管处设阀门井。
(2) 工程运行方式。
工程运行方式采用串联与并联相结合的方式。其中表流湿地、沉砂池和人工湿地采用串联方式运行, 选矿厂尾水自流进入拦污控制堰上游侧的河道表流湿地内, 经水生植物初步净化、沉淀后经管道自流进入沉砂池, 沉砂池内清水自流进入人工湿地, 人工湿地出水自流返回拦污控制堰下游河道表流湿地, 下游表流湿地主要起维持和进一步净化水质的作用, 出水自流进入黎河干流。8组人工处理池采用并联方式运行。表流湿地、沉砂池和人工湿地均为每天24小时连续运行。
根据西山桥上左岸支流口污染物以悬浮物和总氮为主的特点, 工程进水水质指标主要采用悬浮物、化学需氧量、总氮、总磷四项指标进行控制, 控制指标值参照现状水质监测结果确定, 并适当考虑水质的波动情况, 确定工程进水水质指标如下。
SS:≤1900mg/L, CODCr:≤60mg/L, TN:≤18mg/L, TP:≤0.8mg/L。
根据现场取样实验, 支流口水体静置停留时间为3小时, 悬浮物沉降可达到80%左右, 静置停留时间为6小时, 悬浮物沉降可达到95%。确定工程进水水质指标如下。
SS:≤100mg/L;COD:≤30mg/L;TN:≤4.6g/m2.d;TP:≤0.2g/m2·d;
4 西山桥上左岸支流口工程设计综述
通过西山桥上左岸支流口示范工程实施, 为水库上游主要污染河道的治理, 总结经验, 进而推动上游区域点面源治理的进程。
摘要：对西山桥上左岸支流口示范工程实施, 为水库上游主要污染河道的治理, 总结经验, 进而推动上游区域点面源治理的进程。
关键词：浅谈,支流口,治理工程