強化脫氮濾池在城市黑臭河道應急處理中的應用

毛雪慧，林 靜，李赫龍

(深圳市碧園環保技術有限公司，廣東 深圳 518000)

1 引言

21世紀以來，我國城鎮化、工業化進入高速發展期，城市河道污染形成的黑臭水體已成為城市發展亟待解決的問題。國務院頒發“水十條”政策要求，2030年城市建成區黑臭水體總體消除。因此，國內外專家針對城市黑臭水體開展了一系列的研究，徐平波[1]研究表明水體污染源頭到終端的一體化治理措施能消除城市黑臭水體；田麗玲[2]研究表明運用生態修復工程處理城市河流“黑臭水體”；王宇亭[3]構建了城市黑臭水體治理效果與經濟協調發展狀況的評價模型；郭躍華[4]采用低壓純氧設備在排污口應急處理進行了應用；謝晴[5]在不同河段設計實施生境重構組合技術處理城市黑臭水體。胡洪營[6]對黑臭水體治理技術進行比較和分析，并對昆山市同心河和奧林匹克森林公園水質為例，分析了水體黑臭原因分析和治理后長效機制保持措施的重要性；李廣勝[7]采用曝氣復氧+微生物菌劑方法對短期無法完全截污的黑臭河道進行試驗，試驗過程中發現水體NH3-N最高去除率達到57%，COD去除率穩定在45%，可有效消除水體黑臭。同時，國內外關于反硝化濾池的研究和應用案例很多，包括脫氮機理和微生物群落研究[8]，C/N、水力停留時間、溫度等因素對脫氮的影響[9～11]，不同類型濾料和碳源的脫氮效果等[12,13]，污水處理廠采樣反硝化濾池提標至一級A標準，調試中可達到TN≤5mg/L[14,15]。

然而，針對黑臭水體的應急工程，需要一種處理水體時間短、效率高、占地面積小且成本低的工程。本文以東莞市劉周排渠排污口應急處理工程為案例，針對有閘站的重污染排渠的特點，制定應急工藝及規模，有效的降低河流的水體污染濃度，為我國城市黑臭水體治理提供參考。

2 工程概況及現狀

2.1 工程概況

根據《東莞市茶山鎮河長制“一河一策”實施方案 (2017-2020)》，劉周排渠長3.02 km，河道寬8～11 m，水深約1.3～2.5 m，集雨面積7.13 km2。旱季時，上游污水通過排渠入東引運河出口處排入干管排入茶山鎮污水處理廠，干管管徑為1 m，雨季時，上游污水由劉周排站排入東引運河，排站總排水能力為22.5 m3/s。劉周排渠將實施截污支管網建設，預計2020年前可完成上游截污，改善排渠水環境質量。近期旱季時，截污干管可保證無污水外排入東引運河，雨季時，隨著排渠水位上升，開啟排澇水泵，大量污染嚴重的混流污水排入東引運河，嚴重影響東引運河水質。因此解決雨污混流水的外排問題，建設應急處理工程，能有效減少排入東引運河的污染物總量，改善運河水質。

根據東莞市環境保護局對東莞市排污口的排查，對于有閘站的重污染排渠排污口建設有閘和泵站，排渠水位較低時泵站不運行，高出一定水位后向外圍水系強排。目前此類排渠大多截污不完善，上游存在大量直排污水口，排渠水質黑臭現象嚴重，對東莞水系考核斷面的水質達標影響較大，因此在截污未完善之前對其排污實行總口截污，建設應急處理工程以確保旱季和初小雨時排入外圍水系的水質達標，具有重要作用。

2.2 現狀水質

2018年3月23日項目組對萬江區劉周排渠斷面范圍內的污染物展開調研，綜合考慮其水質狀況、建設條件等因素，選取劉周排閘排污口采取工程措施控制污染物，削減內河涌的污染負荷，以期降低其對考核斷面的壓力。

根據現場踏勘情況看，排污口污染物濃度均較高：劉周排渠水體黑臭嚴重，散發惡臭，水面呈黑色且漂浮大量油污。現場情況如圖1所示。項目組對3個典型閘站的水樣進行水質監測分析。具體監測數據如表1。

表1 劉周排渠排污口水質監測結果 mg/L

由表1可以看出，項目組調研的排污口，污染物濃度均高于地表水環境質量標準Ⅴ類，甚至高于污水處理廠一級A排放標準。劉周排渠水質黑臭現象嚴重，COD、氨氮、總磷值達到152 mg/L、16.46 mg/L、3.02 mg/L；劉周排渠上游污水量約為2萬m3/d，經排站內截污干管接入污水處理廠處理，因此，在旱季，劉周排渠無污水外排。雨季時，排渠集雨范圍內的雨水隨污水一期排入東引運河，嚴重影響運河水質。另一方面，由于截污干管位于排渠出口，排渠上游污水直排，水質惡化嚴重，水體黑臭現場嚴重。

3 排污口應急處理方案

3.1 處理工藝

根據河流的特點，本項目制定了針對性的劉周排渠工藝方案，主要處理雨季時的混流污水，采用混凝沉淀+高效脫氮濾池工藝，保證出水水質達到一級A排放標準，旱季時河道水位保持低于排澇水位1 m左右，使河道具有一定的調蓄容量。

工藝流程：抽取雨季時劉周排渠混流污水→混凝沉淀→強化脫氮濾池→達標一級A排放標準后排入東引運河。

3.2 處理規模

3.2.1 初雨水水量計算

根據對東莞市2010～2014年降雨情況的分析，全年降雨強度在7 mm以下的降雨天數占總降雨天數的67.9%，加上旱季未降雨天數，如果收集流域范圍內7 mm降雨量的初期雨水，則可以保證全年83.7%(306 d)的天數泵站可不外排污水。因此本項目按照7 mm的初期雨水降雨量作為處理規模，初期雨水量計算公式如下：

R=P×α×A×10-3

(1)

式(1)中：R為初雨徑流量，m3；P為降雨量，mm；α為徑流系數，無量綱；A為集雨面積，m2；10-3，單位換算系數。

根據資料，劉周排渠全流域集雨面積7.13 km2，全長為3.02 km。降雨條件(包括強度、歷時、雨峰位置、前期雨量、強度遞減情況、全場雨量、年降雨量等)和地面條件(包括覆蓋、坡度、匯水面積及長寬比、地下水位等)是影響徑流系數的兩大基本因素[16]，根據2城市綜合徑流系數表，本項目選擇徑流系數為0.45(表2)。

表2 城市徑流系數Ψ值

根據以上參數計算可得初期雨水量情況如表3所示。

表3 劉周排渠初期雨水量

3.2.2 河道可利用的調蓄容量

劉周排渠長3.02 km，河道寬8～11 m，水深約1.3～2.5 m，河道能容納水量約為4～5萬m3，因此，可在旱季對河道內續存的污水進行處理達標后排放，降低河道水位，預留2.3萬m3左右的調蓄容量，用于收集流域內7 mm初期雨水。

初期雨水經調蓄后，可在3 d內全部處理完，因此本項目設計處理能力為：8000 m3/d。

3.2.3 進出水水質

根據2018年3月23日現場調查數據，劉周排渠污染物濃度為：COD：152 mg/L、NH3-N：16.46 mg/L、TN：17.8 mg/L：TP：3.02 mg/L，同時綜合考慮東莞市環境保護局2017年10月份對各排污口的水質調查數據，COD：22～93 mg/L、NH3-N：2.41～14 mg/L、TP：0.46～1.76 mg/L，因此設計進出水水質見表4。

表4 設計進出水水質

3.4 平面布置圖

劉周排站混凝沉淀+濾池處理裝置平面布置如圖2所示，占地約1000 m2，擬選址位于劉周排站西北側空地。根據茶山鎮總體規劃的用地屬性，項目擬選址用地應為農林用地，目前為空地和停車場。

圖2 劉周排渠方案設計平面布置

4 處理效果

由圖3可知，2018年4月，取劉周排渠現場水樣在實驗室搭建模擬裝置(圖4)，根據模擬裝置實驗數據表明，河道污染物濃度下降明顯，COD的去除率達到66.57%，氨氮的去除率達到72.96%，總磷的去除率達到80.79%。

圖3 劉周排渠應急處理裝置處理效果

圖4 脫氮濾池實驗室模擬裝置

5 結論

(1)針對性劉周排渠黑臭水體現狀，主要處理雨季時的混流污水，采用混凝沉淀+高效脫氮濾池工藝，保證出水水質達到一級A排放標準，旱季時河道水位保持低于排澇水位1m左右，使河道具有一定的調蓄容量。

(2)根據實驗室搭建的強化脫氮濾池模擬裝置實驗數據表明，河道污染物濃度下降明顯，COD的去除率達到66.57%，氨氮的去除率達到72.96%，總磷的去除率達到80.79%。