河北某河段水體應急治理實例*

豐 元，葉慧敏，栗勇田，2，3

(1 潤田環(huán)境工程有限公司，湖南 長沙 410221；2 天津大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300072；3 河北省河道水質(zhì)凈化及生態(tài)修復重點實驗室，河北 秦皇島 066000)

根據(jù)《中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》，2021年，我國七大流域和浙閩片河流等主要江河監(jiān)測3117個國考斷面中，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面占87%，比2020年上升2.1%；劣Ⅴ類占0.9%，比2020年下降了0.8%。其中不達標的河段主要集中流經(jīng)城市的河段；突發(fā)環(huán)境事件中水污染事件占60%[1-3]。河道水往往總量大，一旦發(fā)生污染，污染程度隨河流徑流量變化，污染物擴散快，影響不限于發(fā)生河段，上游河段污染會很快影響下游。流動性差的河段則易形成黑臭水體，采取快速有效的治理極為重要。目前常用的河道應急治理方法有吸附法、吹脫法和化學藥劑處理法。吸附法主要針對芳香族化合物、石油類等可吸附有機物的泄露，處理效果好，操作簡單，但吸附材料用量多，成本昂貴；吹脫法用于脫除水中某些易揮發(fā)性物質(zhì)，如氯代烴類污染物，處理效果穩(wěn)定，流程簡單，但易引起大氣二次污染；化學藥劑處理是通過投加適宜的應急藥劑降低水體污染物指標的方法，處理效果好，靈活多變，操作簡單。

根據(jù)污染水體的水質(zhì)特點，選取PAC、COD去除劑和氨氮去除劑三種應急藥劑展開研究，考察三種藥劑的去除效果，通過在該應急河道現(xiàn)場運行，驗證藥劑的效果和穩(wěn)定性。利用應急藥劑多點投加并配合人工增氧措施和微生物活化裝置，在治理河道進行三段強化治理，改善河道生態(tài)環(huán)境，水質(zhì)凈化后達到《大清河流域水污染物排放標準》中重點控制區(qū)排放限值。

1 項目概況

項目地點位于河北省，該河段水面寬約40 m，水深0.5～3.5 m，總長約4.5 km，面積約為18萬m2，水量約33萬m3。治理期間，東三環(huán)泵站又排入污水約2萬m3，總水量約為35萬m3。整個河段上游水量較少，水質(zhì)較好，水面水草較多。東二環(huán)泵站以東水質(zhì)較差，水體顏色較深，水面有垃圾、雜草等漂浮物，呈輕度黑臭，水體基本呈現(xiàn)滯留狀態(tài)。東三環(huán)泵站不定時排放污水，下游水量最大，水質(zhì)較惡劣。該項目主要治理段在東二環(huán)至終點，東二環(huán)至東三環(huán)之間河道水質(zhì)較差；東三環(huán)后，市政雨水管網(wǎng)中積存污水不定期排放；另外，該項目治理周期10天，時間短，體量大，水質(zhì)治理要求高，治理后要求水質(zhì)達到《大清河流域水污染物排放標準》中重點控制區(qū)排放限值。

2 試驗材料與方法

2.1 水樣采集

2021年4月18日，我公司委托有CMA資質(zhì)的第三方檢測機構(gòu)，對河道治理區(qū)域進行分段取樣檢測，檢測點位置如圖1所示。

圖1 取樣點位置示意圖

檢測結(jié)果如表1所示。

表1 河北某河段治理區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

以上數(shù)據(jù)表明，該河段內(nèi)主要污染物數(shù)值超標，數(shù)值為《大清河流域水污染物排放標準》中重點控制區(qū)排放限值的2～4倍。

2.2 藥劑試驗

(1)試驗原水

原水選取前述具有代表性的河段——河道污染較嚴重的2#取樣點的污水，COD濃度為120 mg/L，氨氮濃度為8 mg/L，TP濃度為1.45 mg/L。

(2)儀器及試劑

恒溫磁力攪拌器(BM-09A5T)，上海貝茵生物科技有限公司生產(chǎn)。

藥劑采用PAC、COD去除劑、氨氮去除劑進行試驗。

PAC有效成分含量為30%。COD去除劑有效成分含量85%，由斷鏈劑、耦合劑、催化劑等主要成分組成，通過破壞有機物大分子結(jié)構(gòu)，從而去除COD，并對氨氮有催化、分解作用。氨氮去除劑有效成分含量為11%。氨氮去除劑專門解決水中氨氮而研發(fā)的新型藥劑，對污水中的氨氮有催化、分解作用，能使廢水中的氨氮迅速轉(zhuǎn)為無害氣體而達到去除氨氮的目的。

(3)試驗設計

采用實驗室試驗和原位模擬試驗，實驗室試驗主要研究藥劑對河道原水的處理效果，確定最佳投加量；原位模擬試驗采用實驗室試驗中確定的最佳投加量進行現(xiàn)場試驗，驗證處理效果。

實驗室試驗：量取1 L水樣于2 L燒杯中，試驗在恒溫磁力攪拌器上進行。藥劑單獨投加時，PAC投加量分別為20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60mg/L，COD去除劑的投加量分別為200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L，氨氮去除劑投加量分別為100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L。單獨投加藥劑，攪拌15 min后靜置30 min。取上清液檢測試驗結(jié)果。

原位模擬試驗：借助去除底板的水桶，將水桶垂直插入河床底部圈出試驗場地，使試驗水體基本不與外部水體接觸[4]，藥劑投加量采用實驗室試驗中的最佳投加量，并按照PAC-COD去除劑-氨氮去除劑的順序投加，其他同實驗室試驗。

3 結(jié)果與討論

(1)實驗室試驗時的去除效果如圖2所示。

圖2 各藥劑單獨投加時的去除效果

①當PAC投加量在0～40 mg/L時，COD、TP下降較快，于40 mg/L時，水樣中COD降至81.6 mg/L，TP降至0.522 mg/L，去除率分別為32%、64%；大于40 mg/L時，COD、TP下降逐漸變緩。氨氮無明顯變化。

②當COD去除劑投加量在0～600 mg/L時，COD、氨氮下降較快，于600 mg/L時，水樣中COD降至46 mg/L，氨氮去除劑降至4.3 mg/L，去除率分別為61.6%、46.3%；大于600 mg/L時，COD、氨氮下降逐漸變緩。TP無明顯變化。

③當氨氮去除劑投加量在0～300 mg/L時，氨氮下降較快，于300 mg/L時，水樣中氨氮下降至2.88 mg/L，去除率為64%；大于300 mg/L時，氨氮下降逐漸變緩。COD和TP無明顯變化。

綜合考慮經(jīng)濟成本和降低污水指標的效率，確定PAC、COD去除劑、氨氮去除劑的最佳投加量為40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L。

(2)原位模擬試驗結(jié)果如表2所示，結(jié)果顯示處理效果基本能與實驗室試驗相佐，同時，氨氮檢測結(jié)果已達標，COD、TP得到明顯改善，COD、氨氮、TP的去除率分別69.6%、71.4%、70%。

表2 原位模擬試驗檢測結(jié)果

4 應急處置應用

4.1 工程措施

4.1.1 控制污染源

組織力量全面排查沿岸企業(yè)、居民區(qū)、清理排污暗管，特別重視臨河小區(qū)的污水直排口、混接雨水排放口對河道的污染[5]。治理前與有關(guān)部門取得聯(lián)系，將河道周邊排污口進行封堵。隨后，通過人工先將河段內(nèi)漂浮物打撈至岸邊，然后一并清理沿岸垃圾，避免雨水沖刷岸邊垃圾至河道引起污染，全面切斷污染源。

4.1.2 水體全面治理

為保證應急治理時效性，緩解因污水不定期排放造成的河道環(huán)境壓力，該項目主要采用應急藥劑來降低水中COD、氨氮、TP的指標。試驗表明PAC、COD去除劑、氨氮去除劑最佳投藥量為40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L，TP、COD、氨氮去除率分別70%、69.6%、71.4%。由于治理河段基本呈現(xiàn)滯留狀態(tài)，為保證水質(zhì)達標排放，輔助采用人工增氧和微生物活化裝置等措施進行治理，工藝流程如圖3所示：

圖3 工藝流程圖

根據(jù)河道水質(zhì)污染情況，將治理河段分為三段：起點-東二環(huán)(預處理段)、東二環(huán)-東三環(huán)(一級強化治理段)、東三環(huán)-終點(二級強化治理段)。藥劑投加形式：多點投加。

預處理段，水質(zhì)相對較好，通過向河道投加3種應急藥劑，起到預混作用；隨后進入一級強化治理段，該段水體呈輕度黑臭，通過設置兩級噴泉曝氣，噴泉曝氣機配置有高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，可以充分攪拌水體，在內(nèi)部形成循環(huán)，預處理段河水逐漸也與該段水體混合，繼續(xù)投加應急藥劑充分與水中污染物作用，COD、氨氮、TP均得到改善；進入二級強化治理段，上游水體與下游水體由于混合作用，水中污染物部分下降，在應急藥劑的進一步作用下，水質(zhì)達到凈化，同時設置微生物活化裝置、迅速產(chǎn)生高密度微生物菌群，在高能氧微納米曝氣機曝氣作用下，恢復水中好氧微生物的優(yōu)勢菌群效應，加強河道自凈能力，水質(zhì)達標后排放。

4.2 主要構(gòu)筑物及設備

4.2.1 藥劑投加

根據(jù)試驗確定PAC、COD去除劑、氨氮去除劑最佳投藥量為40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L，應急污水總量35萬m3，計算得到總加藥量分別為14 t、210 t、105 t，藥劑分9天投加完畢，配藥濃度0.5%～10%。

溶藥池：現(xiàn)場土方開挖，尺寸6 m×6 m×3 m，2座，在東二環(huán)與東三環(huán)各設一座，土池表面鋪設防水膜，配備加藥泵，利用船只沿河寬鋪設加藥管道進行投加，加藥管道經(jīng)浮筒固定。

高壓噴霧機，流量25 L/min(可調(diào)節(jié))、射程8～12 m，單臺尺寸120 mm×500 mm×800 mm，配套藥箱400 L，共計4臺，作為移動式投加。

配備船只若干。

4.2.2 人工增氧設備

噴泉曝氣機利用水利機械的攪拌提升原理，可將水體提升后與空氣接觸，令水層產(chǎn)生上下循環(huán)，內(nèi)部配置高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，可以攪拌河水，從而使河水充分曝氣。單臺設備的服務面積約為500 m2，配置功率為2.2 kW，共計安裝曝氣設備10臺，分別在東二環(huán)和東三環(huán)泵站排水口附近放置一組(5臺)。

高能氧微納米曝氣機可將空氣中的氧氣注入水體中，在水體中形成微小氣泡，當氣泡直徑在100 μm以下稱作微米氣泡，直徑為100 nm以下的氣泡稱為納米氣泡。由于氣泡的體積可以達到分子級別，因而具備常規(guī)宏觀大氣泡所沒有的物理與化學特性，比表面積增加數(shù)萬倍，體積小上升速度慢，可長時間滯留在水中，提高水中溶氧度。設備單臺服務面積約5 000 m2，功率為15 kW，共設置2臺，分別安裝于河段東側(cè)下游，如圖4所示。

圖4 曝氣設備放置位置示意圖

4.2.3 微生物活化裝置

通過生物凈化自然降低水中有機物的過程是河水自凈的主要機理之一，當污染程度超過自凈能力，僅靠水體本身所含的土著微生物無法維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。微生物活化裝置是通過離子吸附、包埋、交聯(lián)、共價結(jié)合等生物工程手段，利用特定污染物選配的優(yōu)勢菌群固定于多酶體系的載體上。通過與當?shù)氐乃h(huán)境相適應，迅速產(chǎn)生高密度微生物菌群并激發(fā)本地微生物的生長，快速有效地降解有機污染物，滿足改善水質(zhì)的要求。

載體一旦放入水體，載體中的母體微生物就可以持續(xù)繁殖出大量優(yōu)質(zhì)組合微生物菌群，能同時去除有機物、氨氮、磷，對河道不會產(chǎn)生二次污染。

微生物活化裝置，單臺4.20 m×1.40 m×1.2 m，功率2.2 kW，共計投放10臺，設備共分2組間隔500 m進行放置，每組5臺并聯(lián)，置于該河段下游。

5 應急治理情況

經(jīng)過10天治理，COD、氨氮、TP含量逐漸降低至29.84 mg/L、2.48 mg/L、0.3 mg/L，去除率分別為68.7%、62.6%和75.6%，具體水質(zhì)變化如圖5所示。治理后，河道水面整潔，水體透明度增加，水質(zhì)逐步恢復至《大清河流域水污染物排放標準》中重點控制區(qū)排放限值。

6 經(jīng)濟分析

該項目水量約為35萬噸，主要采用應急藥劑治理，用電設備主要為噴泉曝氣機、高能氧微納米曝氣機等，現(xiàn)場用工23人左右，考慮藥劑費、電費、人工費，運行費用約為0.57元/(m3·d)，經(jīng)濟性較好。

7 結(jié) 論

外源污染物突發(fā)進入河道水體后，通過河道自凈能力往往難以達到降解水中污染物的目的，必須采取有效措施進行治理。治理之前應及時聯(lián)系有關(guān)部門封堵排污口、清理河道垃圾以切斷污染源，確保河道治理措施有效實施。通過采集河段具有代表性水樣進行PAC、COD去除劑、氨氮去除劑藥劑試驗，并綜合考慮經(jīng)濟成本和降低水質(zhì)效率，確定PAC、COD去除劑、氨氮去除劑最佳投加量為40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L。

針對河道污染狀況，利用三種藥劑多點投加并配合人工增氧措施和微生物活化裝置，在治理河道進行三段強化治理，治理后水質(zhì)達到《大清河流域水污染物排放標準》中重點控制區(qū)排放限值，COD、氨氮、TP去除率分別達到68.7%、62.6%和75.6%。