娄烦县岚河段水质治理措施

冯慧春

（山西省汾河水库管理局 山西太原 030302）

1 治理娄烦县岚河段的必要性

岚河是汾河水库的直接入库河流，目前不能满足地表水Ⅲ类水体水质要求，直接影响汾河水库水环境质量。为改善汾河水库入库水质，使岚河达到地表水Ⅲ类水质标准，急需对岚河进行水质改善工程，恢复其健康水体功能，以确保省城供水安全。开展娄烦县岚河段水质改善工程建设，是对上游来水水质的“把关工程”；也是岚河流域环境综合整治工程的需要和保护汾河水库水体水质和生态环境的需要及维护岚河健康生态系统，提供居民良好的休闲场所的需要。项目区位于岚河干流娄烦县北部静游镇上静游村，北起岚河桥，南至岚河与汾河交叉口，河道治理长度为2km。

2 岚河流域主要环境问题

根据目前环境保护部门掌握的污染源分布情况，2013年岚河在岚县和娄烦县共接纳化学需氧量307.39 t，总磷 12.29 t，总氮 97.28 t，氨氮 63.166 t。

水体污染的主要原因是岚县1/3的散排生活污水未经污水厂处理直排岚河，工业废水来自岚县一座煤矿排污口和一个工业园区排污口。岚河流域岚县和娄烦县的面源污染，农业面源污染排放量每日2.37 t，水体污染主要途径是逐级河流纳污传递，污水经各支流汇合进入岚河。

3 水质治理措施

根据国内外的成熟工艺，结合岚河流域污水的特点，同时考虑到现场的地形条件及施工条件，以及对后续处理工艺的影响，选择处理效果好、运行稳定和受冰封期及汛期影响较小的沉砂塘+氧化塘+潜流人工湿地作为污水处理的主体工艺，工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

3.1 沉砂塘

从岚河桥为起点，将河道改造成为沉砂塘，总面积为12hm2，设计流量为1.0m3/s，设计流速为0.26 m/s，污水停留时间为5 d，日沉砂量为86.4 t。泥沙定期利用洗沙机清掏运至县堆砂场，可作建筑材料利用。在沉砂塘出水侧设有200 m长拦河橡胶坝，来水进入沉砂塘通过橡胶坝抬高水位后进入进水渠，后通过进水分闸进入氧化塘。沉砂塘作为氧化塘系统的预处理，接受岚河受污染水源初步沉淀和植物拦截，大部分悬浮物将在该区消除。

3.2 氧化塘

氧化塘占地7.76 hm2。它的主要功能是水质初级净化。利用好氧细菌对进水有机物进行分解，生成的营养性无机物和二氧化碳为藻类所利用，藻类光合作用所产生的氧又为好氧细菌所利用。在这天然的菌藻共生过程中，污水得到净化。塘内定植阿科曼生态基，并加入微生物菌剂，对污染物充分降解，最大限度地去除影响人工湿地长期稳定运行的悬浮物，并减轻人工湿地的污染负荷，污水在塘内停留1.35 d，出水通过排水渠依次进入垂直潜流和水平潜流人工湿地中。

3.2.1 增加生物载体

在氧化塘内布置生物膜载体，选用BDF沉水型阿科曼生态基，该生态基是一种高分子纤维聚合物，使用年限约为8～10年，对自然环境无任何危害。1 m2的阿科曼产品能够提供微生物附着表面积高达250m2，它长得像水草，能使水流平缓，增加颗粒物与生物膜的接触机会。水中的悬浮固体在与阿科曼碰撞过程中充分沉淀。纤维中布满了无数小孔，一面粗糙，一面柔软。粗糙密实的一面非常适合于硝化和反硝化细菌的附着，能非常高效去除污水中的氮磷等营养物，柔软的一面有利于藻类的生长。由于其高生物附着表面积、适宜的孔结构、超级的编织技术、两面型设计，为微生物的多样性，并建立起高效水生态系统提供了最理想的条件，完整的固定底座使阿科曼能放置在氧化塘适当位置。通过对有机营养物吸附、氧化、分解，高效去除水中的污染物。

3.2.2 阿科曼生态基的用量计算

采用生物法处理城市污水的常用负荷计算方法-BOD5-容积负荷计算法，结合处理污水中BOD5的经验参数来计算生态基生物膜用量F=WBK/D，式中：F—需要的载体的面积，m2；W—河道日进污水量，m3/d；B—需降低BOD5的含量水平，mg/L；K—利用系数；D—处理污水中BOD5的经验参数，g/（m2·d）。塘系统日进污水量为8.64万m3，降低BOD5的水平为12.4 mg/L，因水体流速较快，利用系数取值0.75，处理污水BOD5的经验参数值为18.6 g/（m2·d），经计算所需载体的面积为43 200 m2。

3.2.3 投入微生物菌剂

通过化验作为污染物载体的河道底泥，针对所含成分培养适合河道水环境生长的微生物种群，根据微生态学原理，在实验条件下，培养出最优化的菌剂配比才能建立起微生物之间共生增殖关系，形成一个复杂而稳定的微生态系统，并发挥去除氮磷等其他污染物的功能，根据进水水量，菌剂投放量=8 000∶1，可知一般每次投入10 t微生物菌剂即可。

3.2.4 冰层-空气层保温技术

根据2003—2013年岚河月平均流量和2010—2014年岚河水质监测月最大值，本项目冬季进水量很小，而且冰封期进水污染特别是氮磷营养盐总量不大，客观上需要保证冬季的去除率。为提高低温条件下的污染物去除率，可采用“冰层-空气层”保温技术，如图2。在冬季冰封期来临前提高氧化塘水位，当冰层形成一定厚度时，开起拦河闸，使塘内水位下降10～20 cm左右，达到阻止水体热量散失，提高微生物生化作用速率的目的。

图2 冰层-空气层保温与冰下曝气示意图

4 潜流湿地

由于前处理工艺采用去除效率高的氧化塘处理工艺，进入湿地的污水有机物浓度相对较低，所以垂直潜流湿地面积选择11.52 hm2，水平潜流湿地的面积选择 5.76 hm2，面积比 2∶1。

1）垂直流湿地的水流情况综合了表流湿地和潜流湿地的特性，水流在基质床中基本上呈由上而下的垂直流，水深1～1.5 m。氧的供给主要依靠植物根系输氧，大气复氧，质流输氧也是氧的一个重要来源。水力负荷高，降解氨氮能力强，对有机物的处理效果不如水平潜流湿地，并且能够以间歇的计量将废水施于床表面，废水垂直渗过多为砂砾的基质，达到较好的处理效果，而交替的潮湿和干燥期则可以提高基质的固磷作用。基建要求高，控制相对复杂。

2）水平潜流湿地水深0.5～1.1 m，以满足湿地植物根生长穿透整个床体，水流在地表下流动，具有保温性较好，处理效果受气候影响小的特点，脱氮、脱磷不如垂直潜流人工湿地，对有机物的去除能力强，能承载较高的污染负荷和水力负荷。

3）选用基质：砂砾和碎石，粒径分别为Φ4～8 mm、Φ6～15 mm和Φ30～50 mm。潜流人工湿地系统能较好地适应高有机负荷污水，与传统型表流湿地相比有更高的脱氮处理能力，这与系统内基质的吸附能力相关。基质的物理化学作用主要是吸附和沉淀，容易堵塞，必须加强管理，及时更换。

4）植物品种：结合汾河水库地区的水文气象条件、当地土壤状况及来水水质条件，提前在现场进行多种植物优选培植，遴选适应当地气象、水质的优良湿地植物。并根据根系发达程度、地上生物量、生长期、景观效果等因素综合优选，潜流湿地植物品种以黄菖蒲、芦苇、梭鱼草等为主，种植密度为9～16株/m2，拟选择汾河水库周边地区、白洋淀及东北地区的优良品种进行遴选，不仅具有良好的净水效果，而且适合观花观叶，有很好的美学功能和生态功能。

5 监测断面布设

根据岚河段水质改善工程监测工作需要，拟布置下列监测断面：

1）一级控制断面

（1）沉砂塘系统引水口：沉砂塘主要功能是沉砂，设计在沉砂塘系统引水口（即岚河引水口）处设监测断面，以监测系统的进水水质和流量等。

（2）氧化塘出水口：氧化塘是岚河湿地系统的一个重要组成部分，拟在岚河氧化塘出口处布设一个断面，以监测岚河氧化塘的水质净化效果。

（3）人工湿地进出水口：拟在人工湿地进出水口处设置两个控制断面，以监测人工湿地的运行情况，掌握其水质净化效果。

2）二级控制断面

在氧化塘的最深点设一二级监测点。

选6个人工湿地单元为监测样本，在其出水处设置二级监测断面，均匀分布于第一、二排，以监测和掌握各单元的运行情况，分析其水质净化效果。

整个系统的监测采用在线监测、便携式监测仪与人工采样分析的方式相结合。

6 结语

娄烦县岚河段水质治理后，达到地表水Ⅲ类水质标准，每年主要污染物消减量分别为：化学需氧量851.47 t，生化需氧量 665.95 t、氨氮 126.14 t、总磷10.0 t、总氮 299.59 t，泥沙量 31 536.0 t。改善了岚河的生态景观和水质，从而间接地改善了汾河水库水质，完善了岚河流域生态系统，增加了生物多样性，提高了居民的环境保护意识和公共健康水平，有效地涵养了水源，控制了水土流失，减少了泥沙淤积。