高效生態(tài)塘在污水廠尾水深度凈化中的應(yīng)用研究

高 洋

（上海太和水科技發(fā)展股份有限公司，上海 201700）

引言

2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（又稱”水十條”），要求對(duì)江河湖海實(shí)施分流域、分區(qū)域、分階段科學(xué)治理，系統(tǒng)推進(jìn)水污染防治、水生態(tài)保護(hù)和水資源管理。生態(tài)文明建設(shè)對(duì)河道、湖泊的水質(zhì)要求及管控措施也日益嚴(yán)格[1-2]。2019年住建部、生態(tài)廳、發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021）》，要求加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板，盡快實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理，保護(hù)環(huán)境，推動(dòng)綠色發(fā)展。目前，大多數(shù)污水處理廠可實(shí)現(xiàn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)排放，但是尾水中的污染物仍然是河流湖泊的重要污染源，因此對(duì)尾水的深度凈化尤為必要。高效、穩(wěn)定的生態(tài)塘可用來(lái)對(duì)污水處理廠的尾水進(jìn)行深度凈化，發(fā)揮較好的減污作用，增強(qiáng)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[3-5]。本文以江蘇南部某城鎮(zhèn)污水處理廠尾水的深度凈化工程為例，對(duì)生態(tài)塘凈水原理、設(shè)計(jì)參數(shù)以及去除效果等進(jìn)行探討及分析。

1 工程概況

該工程污水廠日處理污水量為30 000 m3，污水廠進(jìn)出水水質(zhì)CODCr濃度為18～25 mg/L，TP濃度為0.04～0.19 mg/L，NH3-N濃度為0.07～1.05 mg/L。處理該尾水的深度凈化工程處理規(guī)模為30 000 m3/d，并將污水處理廠東側(cè)原有魚塘，升級(jí)改造為生態(tài)塘，總占地面積為36畝。采用“生態(tài)塘”工藝進(jìn)一步凈化污水處理廠尾水，使處理后的污水達(dá)到工程水向生態(tài)水轉(zhuǎn)變的目的，同時(shí)能夠有效改善下游區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

該尾水的深度凈化工程依托于“大型浮游動(dòng)物引導(dǎo)的水體生態(tài)修復(fù)技術(shù)”，利用項(xiàng)目區(qū)塊的地形優(yōu)勢(shì)，打造“深度涵養(yǎng)生態(tài)塘”的多級(jí)并聯(lián)生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)，構(gòu)建大型浮游動(dòng)物、沉水植物、水生動(dòng)物、微生物群落的共生生態(tài)系統(tǒng)。恢復(fù)沉水植物，利用其光合作用提升水體溶解氧，改善水體氧化還原電位；利用大型浮游動(dòng)物控藻；通過沉水植物與藻類產(chǎn)生種間競(jìng)爭(zhēng)抑制藻類爆發(fā)；通過水生動(dòng)物的牧食作用，使水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽由植物蛋白向動(dòng)物蛋白轉(zhuǎn)化。健康的微生物群落，可大大提高水體自凈能力，以此構(gòu)建健康完善的水體生態(tài)系統(tǒng)，打造“水清氣凈”的“生態(tài)景觀”水體，提升區(qū)域綜合環(huán)境質(zhì)量。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程生態(tài)塘主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：水力停留時(shí)間為1.46 d，水力負(fù)荷為0.21 m3/m2·d，表面有機(jī)負(fù)荷為8.69 kg/hm2·d，均滿足《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）[6]的要求。

2.3 生態(tài)塘設(shè)計(jì)

2.3.1 生態(tài)塘水流方向與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

污水廠尾水經(jīng)管道輸送至生態(tài)塘，通過串并聯(lián)方式，最終由7#生態(tài)塘排放至外河道，如圖1所示。生態(tài)塘駁岸坡度設(shè)置在1:1.5～1:2之間，二級(jí)平臺(tái)寬度為1～1.5 m，水深為30 cm，生態(tài)塘水深控制在1.2～1.8 m。

圖1 生態(tài)塘平面布置圖

2.3.2 生態(tài)塘生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵因子浮游動(dòng)物的作用

生態(tài)塘生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)初期，水下光照是沉水植物群落生長(zhǎng)的限制性因素。大型浮游動(dòng)物攝食能力強(qiáng)，可有效去除水體中的有機(jī)懸浮顆粒物，快速提高水體透明度，明顯改善水下光照條件，為沉水植物光合作用提供基礎(chǔ)，有利于沉水植物群落的正常生長(zhǎng)。

2.3.2.2 植物的選擇原則與設(shè)計(jì)

植物的選擇應(yīng)有層次感，相關(guān)人員可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳌⑺驴臻g情況，選擇搭配不同類型的品種。沉水植物應(yīng)選擇四季常綠、去污能力強(qiáng)的品種；挺水植物應(yīng)選擇蔓延性較差的品種，便于維護(hù)管理；草本植物應(yīng)考慮不同花期，同時(shí)以廣布種和本土種品種為主，防止外來(lái)物種入侵，最終實(shí)現(xiàn)沉水植物、挺水植物、草本植物的生物多樣性和景觀協(xié)調(diào)性。

該工程在生態(tài)塘梗上配置的草本植物有百慕大、柳葉馬鞭草、大花金雞菊、山桃草、美麗月見草、紫嬌花、常夏石竹，打造成片的花草景觀；在生態(tài)塘二級(jí)平臺(tái)上配置有挺水植物水生鳶尾、水生美人蕉、千屈菜、燈芯草、香蒲，浮葉植物有睡蓮與銅錢草；在塘底配置的沉水植物有矮型苦草、改良刺苦草、小茨藻等（見圖2）。

圖2 生態(tài)塘植物配置斷面圖

2.3.2.3 水生動(dòng)物的選擇原則與設(shè)計(jì)

該工程生態(tài)塘中投放了大型肉食性魚類及底棲動(dòng)物，利用生物操縱原理，控制水體中的野生雜魚，防止雜食性魚類和底棲魚類影響沉水植物生長(zhǎng)，利用底棲動(dòng)物的牧食作用，過濾凈化水體，加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自凈能力。

2.4 輔助設(shè)施設(shè)計(jì)

本工程考慮到水體生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及水質(zhì)凈化的高效性等多重要求，欲打造水體內(nèi)部微循環(huán)系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)水體良好增氧效果的同時(shí)，提升水質(zhì)凈化效率，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過曝氣增氧系統(tǒng)的增氧、造流、循環(huán)、凈化水質(zhì)等功能，可以推動(dòng)水體流動(dòng)，促進(jìn)水體交換，避免水體死角產(chǎn)生，防止非流動(dòng)性的水質(zhì)得不到充分凈化。根據(jù)生態(tài)塘水深及形狀，本工程在每個(gè)生態(tài)塘配置1套小型浮水泵起到曝氣增氧，推動(dòng)水體流動(dòng)的作用。

3 工程效益分析

3.1 生態(tài)塘凈化效果分析

3.1.1 生態(tài)塘溶解氧濃度分析

該工程人工濕地建成后，形成了以四季常綠矮型苦草為主要建群種的水下生態(tài)系統(tǒng)。沉水植物的光合作用使生態(tài)塘始終處于高溶解氧狀態(tài)，7個(gè)生態(tài)塘溶解氧年平均值為10.97～13.01 mg/L（見表1），大大提高了生態(tài)塘的自凈能力。

表1 各生態(tài)塘溶解氧年平均值 單位：mg/L

3.1.2 生態(tài)塘出水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分析

生態(tài)塘建成后，起到了涵蓄水源、調(diào)節(jié)水量的作用，該工程在運(yùn)行養(yǎng)護(hù)期間每個(gè)月對(duì)生態(tài)塘出水進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)分析，數(shù)據(jù)見表2。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，生態(tài)塘出水pH值在6.98～7.56之間，全年平均值為7.25，偏弱堿性。這主要是因?yàn)槌了参锕夂献饔么罅肯乃w中的二氧化碳，使水體中二氧化碳的濃度降低，進(jìn)而表現(xiàn)出水體pH值升高。生態(tài)塘出水CODCr濃度為18～24 mg/L，全年平均值為21.25 mg/L，去除率在20%～30%之間；TP濃度為0.04～0.12 mg/L，全年平均值為0.06 mg/L，去除率在20%～30%之間；NH3-N濃度為0.17～0.24 mg/L，全年平均值為0.21 mg/L，去除率在20%～30%之間。經(jīng)過生態(tài)塘凈化后，出水達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）[7]中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足景觀補(bǔ)水的水質(zhì)需求。

表2 生態(tài)塘出水1～12月營(yíng)養(yǎng)鹽濃度 單位：mg/L（pH除外）

3.2 生態(tài)與景觀效益

該工程在生態(tài)塘梗上種植觀花類草本植物；在生態(tài)塘二級(jí)平臺(tái)上配置挺水植物、浮葉植物；在塘底配置沉水植物。生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定后，沉水植物覆蓋率達(dá)到80%以上。沉水植物為魚類、底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)物提供了棲息地；挺水植物為水鳥、昆蟲等動(dòng)物提供了食物來(lái)源。該工程建立起了物種多樣化的濕地系統(tǒng)，改變了污水廠周邊環(huán)境，使其成為科普教育基地，其生態(tài)與景觀效益為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)做出了貢獻(xiàn)。

4 生態(tài)塘的管理與維護(hù)

生態(tài)塘水下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定是其長(zhǎng)期保持自凈能力的基礎(chǔ)。水下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定取決于沉水植物能否健康生長(zhǎng)。在運(yùn)行養(yǎng)護(hù)期間，相關(guān)人員要定期監(jiān)測(cè)水生動(dòng)物的種類及數(shù)量，使肉食性、雜食性魚類處于相對(duì)穩(wěn)定的比例范圍內(nèi)；二級(jí)平臺(tái)上的挺水植物在冬季要及時(shí)收割，以防干枯倒伏后二次污染生態(tài)塘；同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)沉水植物種類的調(diào)控，減少頂冠型沉水植物（如狐尾藻、輪葉黑藻等）的比例，以防四季常綠的矮型苦草在種間競(jìng)爭(zhēng)中失去優(yōu)勢(shì)，避免生態(tài)塘出現(xiàn)水華現(xiàn)象；定期收割也有助于植被擴(kuò)張與根系生長(zhǎng)，使植物保持較高的新陳代謝率，達(dá)到去除水中營(yíng)養(yǎng)鹽的功效。

5 結(jié)語(yǔ)

城市污水廠尾水深度處理技術(shù)一方面可以減輕尾水對(duì)自然水體的污染，另一方面可以將其回用于生產(chǎn)生活領(lǐng)域，緩解水資源短缺的問題[8-9]。高效率的生態(tài)塘凈化系統(tǒng)對(duì)降低水污染、保護(hù)水資源有重大意義，可最大限度地減少水資源的浪費(fèi)和污染，促進(jìn)資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。對(duì)有條件的污水處理廠，利用其周邊閑置地塊，將其改造成高效生態(tài)塘，并加強(qiáng)對(duì)生態(tài)塘的管理與維護(hù)，保證水下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定及可持續(xù)性，充分利用生態(tài)塘的凈化能力對(duì)污水廠尾水進(jìn)行進(jìn)一步凈化，對(duì)城鎮(zhèn)生態(tài)文明建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展具有一定積極意義。