同沙水库水质净化工艺探讨

2021-03-25詹健钧

河南水利与南水北调 2021年1期

詹健钧

(广东省东莞市水务工程建设运营中心，广东东莞 523000)

0 引言

随着中国社会经济的不断发展，自然环境下各种水体的水质受人类活动的影响都存在着不同程度的污染。据统计，中国湖泊和城市河流的污染程度分别达到了75%和90%。水体的污染已经影响了当地的生态环境。同沙水库是东莞城区库容量最大的水库，但目前同沙水库已经受到严重污染，其水质只能达到农业用水及一般景观用水标准，丧失了饮用水源水功能。

1 水库概况及存在的问题

1.1 水库概况

同沙水库位于广东省东莞市东南8.50 km的东城区同沙村，周边由环城路、莞长路、连马路和莞深高速公路围合。同沙水库的集雨面积100 km2，其中大岭山区域约60 km2，东城区域约40 km2。从2006年起，同沙水库虽然作为东莞市重点保护饮用水水源之一，但该水库已经受到了严重的污染，其水质只能达到农业用水及一般景观用水标准，丧失了饮用水源水功能。

1.2 存在的问题

①南边汇入同沙水库的黄沙河为排洪河道，旱季时上游部分城镇生活污水汇入黄沙河东支流及连平河并最终进入同沙水库，成为水库的主要污染来源。②由于雨季上游汇水区受污染雨水的影响，雨水同样要通过黄沙河汇入到同沙水库中，所以黄沙河受有机物、N、P等因素的污染严重，水质一直都很差。

因此，为了使同沙水库恢复为饮用水源的功能，控制黄沙河外源污染已经刻不容缓。

2 水质净化工艺

为了解决上述问题，最终实现同沙水库饮用水源的功能，东莞市政府采取了一系列的综合治理措施。其中，重要的部分就是在黄沙河西岸建设水质净化工程对黄沙河水进行处理，使之成为同沙水库南入口的一道天然屏障，切实保护同沙水库水质，使之成为黄沙河西岸一道亮丽的风景线，为当地乃至整个东莞人民提供一片风景优美的休闲乐土。因此，水质净化工艺的选择尤为重要。水质净化范围见图1所示。

图1 水质净化范围(红线部分)图

常见水质净化工艺主要有：活性炭吸附法(PAC、GAC、BAC三类)、混凝沉淀工艺、膜分离法(微滤、超滤、纳滤及反渗透等)、高级氧化(湿式氧化法、湿式催化氧化法、超临界水氧化法、光化学催化氧化法及电化学氧化法等)、臭氧法、曝气生态砾石床及生态型高效垂直流人工湿地等新型工艺技术，各种工艺均具有不同的适用范围及相应的经济技术指标。

2.1 混凝土沉淀工艺

混凝土沉淀工艺是通过向污水中投加絮凝剂(絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂)，使得污水中胶体粒子以及微小悬浮物得到聚集，其中水中的金属离子和磷酸盐可与混凝剂发生化学反应，生成不溶或者难溶的沉淀物，水中悬浮颗粒依靠重力作用，从水中分离出来，从而使水质得到明显改善。这种工艺广泛应用于给水处理以及电镀、纺织印染、造纸、矿井等工业废水处理中。

2.2 人工湿地工艺

根据水流方式，人工湿地可分为三类：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地。与表面流人工湿地和水平潜流人工湿地相比，垂直流人工湿地具有较高的氧转移效率和污染物净化效率，且占地面积相对较小，这使其在实际工程中的应用日益广泛。但是，人工湿地工艺对污染物的去除方法是比较复杂的。一般来说，人工湿地是利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，与此同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物的生长并使其增殖，以实现废水的无害化和资源化。因此，本质上人工湿地对污染物的去除机理和去除途径与自然湿地相同。其去除污染的作用见表1。

表1 人工湿地去除污染的作用表

2.3 工艺的选择

通过上述的介绍，需要从这两种工艺的优点、缺点、应用范围、资金投入运行成本和占地面积这几方面进行比较，以确定出适合本次水质净化工程的工艺。其比较方案见表2。

从这两种工艺的比较中不难看出，高效垂直流人工湿地工艺+自然湿地的工艺更加适合本次水质净化工程。该工艺具有工艺简单、无需使用大型设备、投资少、运行费用低、对水质水量的适应性强、操作管理简便、景观效果好等优点。当然，此方案也存在占地面积大的缺点，但是本次的水质净化工程选址范围有大面积的平、洼地，可结合公园整体建设，从而为工程的建设提供了有利的用地条件。人工湿地样图见图2。

表2 工艺的比较表

图2 人工湿地样图

3 水质净化系统的设计

3.1 高效垂直流人工湿地工艺的流程和设计

通过工艺的比选已经确定采用的是高效垂直流人工湿地工艺，工艺由拦水引水、初雨调蓄池、生态氧化池、高效垂直流人工湿地系统、塘床系统等组成。黄沙河的污水经过拦水闸截流，通过引水箱涵自流进入调蓄池，经提升进入生态氧化池，生态氧化池出水自流进入垂直流人工湿地，垂直流人工湿地出水自流进入塘床系统，再自流进入同沙水库。污水通过生态氧化塘、人工湿地、塘床系统等去除水中大部分的有机物、N、P、S等。其污染物的去除率见表3。

表3 黄沙河污染物去除率表

3.2 主要系统的设计

拦水闸控制水位标高为21.00 m，所蓄滞的水位超过21.00 m即自动开闸行洪。为将拦水闸蓄滞的旱季污水及初期雨水径流引入到调蓄池中进行处理，根据河道水系和调蓄池所在地实际标高情况，工程需要建设引水箱涵来解决旱季污水及初期雨水的输送问题。在箱涵的前端设置粗、细格栅及相关控制闸门。由于旱季时河道流量比较平均且小，故引水系统的设计不宜采用旱季河流的相关数据进行设计，而必须采用雨季时间流量参数进行设计才能同时满足旱、雨季的引水要求。

初雨调蓄池属于地面敞开式调蓄池，无需另设沉砂池，便于清洗及清砂清淤，相比地下全封闭式的调蓄池降低了管理和维护的工作量。由于本调蓄池的防渗及防漏要求不高，所以为节省资金，本调蓄池拟做成“调蓄塘”的形式，即不用钢筋混凝土的结构形式。调蓄池拟将池底处理后做成素混凝土硬底，方便日后清运，池壁采用喷混凝土护坡的形式，这样可以节约大部分的资金。调蓄池的有效容积为137 000 m3，可以在4 d内处理完成。

生态氧化池根据其湿地的实际位置分成了两块，采用的是片状微生物床填料。生物浮床技术是按照自然界自身规律，人工把高等水生植物或改良的陆生植物种植至富营养化水体内，通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理，消减富集水体中的氮磷及有害物质，从而达到净化水质的效果，同时又可营造出水上的景观。水质净化工程的人工浮床是一种像筏子的人工浮体，在上边栽培一些水生植物，漂浮在水面。人工浮床的水质净化针对富营养化的水质，利用生态工程学原理，降解、吸收水中的有机物、氮、磷等。