石花水庫水質提升治理技術方案初探

肖翔 闞飛

(四川省水利科學研究院，四川 成都 610072)

1 研究背景

由于工業化、城市化和現代農業的快速發展以及人類活動的不斷干擾，導致大量的營養元素(N、P等)及有機物排入一些面積較小、流動性差的小微水體，這些受污染的小微水體會隨著洪水或在高水位時流入大水體，影響到大河道乃至整個流域的整體水質狀況。主要表現為環境水體中的溶解氧減少、透明度下降、藻類頻繁爆發、水質發黑發臭、水生態功能退化、水質性缺水日趨嚴重。這不僅會導致水體中的動植物和微生物的大量死亡，還會嚴重威脅到水生態安全，并通過食物鏈危害人類的健康。

石花水庫位于四川省內江市東興區三烈鄉境內，是一座以灌溉為主，工業和生活供水為輔的水利工程。其所在的肖家灣支溝及三烈鎮污水處理廠尾水處總磷濃度超標，但由于其集雨面積較大、水庫換水補水率較高，因此需對水庫水質進行綜合治理。

針對石花水庫地理、水文、水質、氣象、內外源污染和水生態現狀等方面，采用與水庫管理人員和當地鄉鎮干部座談、村民走訪、資料收集、實地觀測和樣品采集相結合的方法，對水庫開展了水環境現狀調查和治理前期準備工作。

2020年3月，采用RTK對石花水庫污染源進行復核調查及現場測量工作，用以細化面源污染治理設計方案，并初定了以面源污染控制為主的生態化治理思路；2020年8月，采用無人機測量技術對石花水庫進行數字航空攝影及污染源細部調查，完成水庫正射影像圖、數字線劃圖及三維模型的制作，并基于此形成試點水庫面源污染治理設計方案；2020年10月，四川省水科院項目組成員前往內江市對石花水庫進行面源污染控制點位確定及工作量復核，并同時開展相關治理工作，主要工程措施包括生態溝渠、生態浮島、植物籬、岸坡生態修復及水生植物緩沖帶等。石花水庫調查樣點平面布置見圖1。

圖1 石花水庫調查樣點平面布置

2 方法簡介

針對石花水庫特點，摸清各種現狀(水庫類型及形態、污染源、水質、水深、水下地形、底泥及其污染物釋放原因、水生態等)基礎上，采用物理、化學、生物等多種技術手段對水庫底泥、水體及外源入庫徑流污染進行治理，使底泥污染物釋放得以控制(或底泥污染物得以消納削減)、水體目標污染物得以凈化、外源入庫徑流污染得以攔截，從而使水庫的水質從劣V類轉為非劣V類，達到水庫水質提升目的。

2.1 底泥治理

綜合利用底泥原位覆蓋、化學鈍化、深層曝氣和微生物等修復技術，控制底泥污染物的釋放。

2.2 水體凈化

以移動平臺或浮床為載體，采用曝氣、生物膜、絮凝沉淀等技術，凈化庫區水體污染物。

對于庫區污染嚴重部位(如庫灣、岸線外源徑流入庫區等)，實施生態浮島、生態網膜等技術。

2.3 面源徑流攔截

在庫區岸線外源徑流入庫的關鍵部位構建生物強化減污渠，截留外源徑流污染物。

圖2 水庫水質提升治理技術路線

3 技術方案

3.1 底泥治理

查明底泥污染物釋放的主要原因，如果由于過多魚類擾動造成的底泥污染物釋放，需要減控魚類數量。結合待治理水庫類型、底泥污染特征、水深及水下地形等特點，采用物理、化學、生物等技術手段對水庫底泥污染進行治理，使底泥污染物釋放得以控制或底泥污染物得以消納削減。

3.1.1 磷污染底泥治理

針對總磷污染底泥的處理，采用原位覆蓋或原位鈍化治理方式。

3.1.1.1 原位覆蓋

原位覆蓋材料選用生態覆蓋毯與生態草組合的構型。生態覆蓋毯與生態草的組合方式見圖3，將生態草下端固定在生態覆蓋毯上，上端懸掛于浮球上。鋪設方法：將覆蓋材料通過深水施工設備平鋪到沉積物表層，利用不銹鋼錨將覆蓋材料四周固定。若原位物理覆蓋造成局部厭氧環境時，根據需要，結合深層曝氣技術，提高沉積物微環境中溶解氧，以防止厭氧條件加速沉積物中內源磷的釋放。

圖3 原位覆蓋技術示意

3.1.1.2 原位鈍化

采用鎖磷劑對表層底泥中的磷進行原位鈍化，在淺水水體，采用直接噴灑投加的方式；在深水水體，先將鎖磷劑配制成懸濁液，通過深水施工設備直接投加至表層底泥。投加鎖磷劑可同時絮凝沉淀水體和底泥中的磷。

3.1.2 有機污染底泥治理

針對有機污染底泥的處理，采用深層曝氣(或施用溶解氧緩釋劑)和微生物修復技術結合的方式，直接吸收和降解污染物。

3.1.2.1 深層曝氣方案

水庫周邊具備電力條件時，曝氣機固定安裝于岸上，通過鋪設曝氣管網，進行深層曝氣，電源供應采用交流電，曝氣方式采用間歇曝氣。水庫周邊不具備電力條件時，采取施用溶解氧緩釋劑的方式。在淺水水體，采用直接噴灑投加的方式；在深水水體，通過深水施工設備直接施入庫底水-泥界面。

3.1.2.2 微生物修復方案

針對待治理水庫底泥的污染情況，以及土著菌的豐富度和活性，選擇采用微生物菌劑(專性優勢菌)處理底泥，還是通過對部分土著菌進行增富培養，提高其在湖泊微生物中的比重，以及對部分污染物的降解專性，從而降解底泥中有機污染物。

3.2 水體凈化技術

3.2.1 曝氣

曝氣方式根據需要和現場條件，可選擇固定式曝氣或移動式曝氣(移動式曝氣適用于表層曝氣；固定式曝氣可用于表層或深層曝氣)。

3.2.1.1 固定式曝氣方案

曝氣機固定安裝于岸上，通過在表層或深層鋪設曝氣管網，進行間隔曝氣，電源供應采用交流電。

3.2.1.2 移動式曝氣方案

移動平臺上搭載曝氣機在水體表層進行曝氣，電源供應選擇蓄電池或太陽能，曝氣方式采用間歇曝氣。

3.2.1.3 曝氣強度和曝氣間隔時間的選擇

通過定期監測水體中溶解氧含量，調整曝氣強度和曝氣間隔時間，即當溶解氧含量低于3mg·L-1時，開始提高曝氣強度和縮短曝氣間隔時間。

3.2.2 生物膜水質凈化

生物膜水質凈化根據需要和現場條件，可選擇固定式生物膜水質凈化或移動式生物膜水質凈化。固定式生物膜水質凈化方案：生物膜載體選用聚氨酯泡沫或生態網，采用生態浮島等形式固定安裝于岸線淺層水體，結合表層曝氣技術進行固定式生物膜水質凈化，曝氣機的電源供應選擇交流電或太陽能電源。

圖4 固定式生物膜水質凈化

3.2.3 化學沉淀

綜合考慮技術效果、成本和生態風險等因素。建議以噴灑鎖磷劑為主、鐵碳微電解法為輔，凈化庫區水體磷。

3.2.3.1 噴灑鎖磷劑

實際應用中，先將鎖磷劑按照比例與水混合形成均勻的懸濁液，以水上施工船或者二代移動平臺為載體，然后用投加泵將懸濁液通過噴灑管均勻地噴灑到水體表面。

3.2.3.2 鐵碳微電解法

針對鐵碳微電解產生的絮體顆粒小、沉降慢，導致水體渾濁發黃等問題，以移動平臺或浮床為載體，安裝鐵碳微電解系列裝置，并優化鐵碳微電解技術工藝，縮短水力停留時間，提高處理能力。

具體技術工藝流程：在鐵碳微電解的下一工序中投加聚合氯化鋁PAC以及聚丙烯酰胺PAM，增加絮凝效果，加快沉降；經過初沉后，在后續工序中用吸附材料(如聚氨酯填料)安裝斜板，通過斜板沉淀沉降、吸附材料吸附細顆粒絮凝體，從而降低水體濁度，提高除磷效率；斜板沉淀處理后的水進入循環池，達標后外排，否則泵回至鐵碳微電解裝置。

在優化后的技術工藝下，預期達到的效果為處理總磷濃度為1.0mg·L-1以下的水體，可將水力停留時間(水體在鐵碳微電解除磷工藝系統中的停留時間)縮短至4h以內。

3.2.4 生態浮島或生態網

對于庫區關鍵部位(如污染嚴重的庫灣、岸線外源徑流入庫區等)，采用生態浮島或生態網并結合上述相關技術，強化治理修復。

圖5 生態浮島布設示意圖及其立體圖

3.3 外源入庫徑流攔截

在庫區岸線外源徑流入庫的關鍵部位構建生物強化減污渠，截留外源徑流污染物。具體而言，結合待整治水庫外源徑流入庫的位置、地形、徑流量、污染物濃度等特點，充分利用已有的排水溝渠，經適當整治改造，在溝渠中合理布置對氮、磷等污染物具有吸附作用的砂礫石、生物襯砌材料和黏土礦物等基質材料，栽植可高吸附氮磷的鄉土溝渠植物5～8種，設置具有除氮、固磷、分解有機污染物等作用的仿生植物——碳纖維生態草，從而形成具有物理化學吸附、生物吸收、微生物分解和固定等多種功能的生物強化減污渠。

4 結語

本文以石花水庫水質提升工程為例，介紹了主要的水質提升治理措施，對于確保庫區水體不再持續惡化并恢復自凈能力有較大的促進作用。水庫主要治理對象是庫區底泥、水體及部分面源(包括庫周的水田、魚塘、村鎮污水處理廠尾水等)入庫徑流磷污染物。

對于磷污染底泥而言，通過減控水庫底層魚類的數量，并在重點污染部位(如壩前區域)采用原位覆蓋或原位鈍化治理，即可有效控制底泥磷的釋放。

對庫區水體而言，局部實施曝氣，可顯著增加水體溶解氧水平，改善水體環境并增強其自凈能力，能夠抑制底泥磷的釋放；磷污染嚴重區(如壩前區域)，通過噴灑鎖磷劑，可快速凈化水體磷，且無生態環境負效應。對于庫區關鍵部位(如磷污染嚴重的庫灣、岸線外源徑流入庫區等)，采用生態浮島或生態網，強化治理修復效果較好。

對庫區面源徑流入庫磷污染物，采用生物強化減污渠、人工濕地、植物籬等，能夠顯著削減去除面源徑流磷，效果好，成本較低。

在精準治污、水質總體改善的基礎上，利用調整水生生物群落結構的方法對水庫實施生物操縱，可達到長效維持水庫水質的目標。

綜上所述，通過對庫區磷污染底泥、水體、面源徑流磷污染物實施針對性的治理、削減、攔截等技術措施，并配合生物操縱技術，可以達到提升水庫水質、恢復水庫水體自凈能力并長效維持水質的目的。