西海后海連通渠生物填料更新工程適用性分析

齊 雯

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 工程背景

西海后海連通渠位于西海和后海之間，總長為240 m，通道寬5 m，日常運行水位44.50 m（水深1.5 m）。現階段通道內安裝了37臺水下曝氣機和生物填料，主要通過水下曝氣機給水體充氧，提高水體中的溶解氧［1］，生物填料主要凈化水體中的污染物，通過曝氣充氧和生物填料降解水中的有機物，對水質進行改善。水體從西海向后海流動，流量為0.5 m3/s。

由于現有治理措施為2007 年建設，設備已達使用年限，凈化效率降低，不能滿足功能區要求的水質標準，現階段有害昆蟲較多，周邊群眾反應強烈，因此需對生物填料進行更新，即利用原有的處理設施進行改造。

2 工程實施方案

利用原有的曝氣充氧設備，并配合彈性生物填料、陶粒微生物載體對水體進行處理。根據河段水文條件、河床結構及水質狀況，采用河水原位凈化系統，如圖1所示。

系統由2 個部分組成，即生物接觸氧化凈化單元和陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元。河水依次流經2個單元，實現水體污染物的凈化。

生物接觸氧化凈化單元通過彈性生物填料表面生物膜及物理攔截作用，凈化水體污染物和促使顆粒物沉降；底部利用原有的曝氣機進行適度曝氣增氧，為彈性生物填料表面好氧生物提供適宜的生存環境，提高其污染物凈化能力［2］。陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元與前段相比，具有更高的生物量和凈化能力；底部利用原有的曝氣機進行曝氣，以保證載體上好氧生物膜系統的生存條件，提高其污染物凈化能力。載體床內部預設的反沖洗系統保證不發生堵塞現象。

生物接觸氧化凈化單元的停留時間按照30 min考慮，陶粒微生物載體接觸氧化凈化單元的停留時間按照3 min 考慮。系統總平面示意，如圖2所示。

圖2 系統總平面示意

對西海后海連通渠內原有的生物填料進行拆除，更換新的彈性生物填料，并繼續利用原有的曝氣機對填料進行曝氣。

首先拆除原有的生物填料，然后清理通道內的底泥和雜物，通道清理干凈后將加工好的填料架和填料運到現場，在河道內進行組裝，組裝好以后通水調試。

設計安裝彈性生物填料750 m3，共分30 組，每組用槽鋼和圓鋼作為鋼制支架用以栓掛填料，在每組填料中間設置1臺曝氣機。填料和填料之間保留1 m的間距，總的安裝長度大約180 m。

在生物接觸氧化凈化單元后設置一段陶粒微生物載體，總長按照10 m 考慮，此單元分為5 段，每段按照2 m 考慮，使水流在其中折向流動，增加接觸時間。陶粒段共5 組，每組均由布水板、濾料承托層、濾料層組成。其中，濾料承托層由卵石組成，濾料層由陶粒濾料組成。濾料承托層高度按照200 mm 考慮，上部為陶粒層，高度按照600 mm 考慮。陶粒層平面尺寸為3 m×2 m。在陶粒段的放置1 臺水下曝氣機，對陶粒段進行曝氣，為附著在陶粒上的微生物提供氧氣［3］。

3 工程實施過程的跟蹤監測方案

本工程于2014年4月底完工。2012年4、6、9月及2013 年3 月對原有設備運行進行實時監測，所獲數據反映工程實施前的水質情況，即原有設備治理下的水質狀況，每月1 次。2014 年5—9 月對設備運行進行實時監測，所獲數據可反映更新設備后的水質狀況，每月1次。水體自西海經連通渠流入后海，選取連通渠入口和出口2個監測點。連通渠入口位于西海，可反映西海水質，即措施實施前的水質狀況。連通渠出口位于后海，可反映后海水質，即措施實施后的水質狀況。

西海后海連通渠生物填料更新工程的核心技術即為生物接觸氧化技術，生物接觸氧化技術核心部分為生物填料，它是生物膜的載體，使填料上生長一層生物膜，水體持續進入生物填料后，水中的有機物被生物膜吸附，生物酶發揮催化作用，生物膜發生新陳代謝，氧化分解有機物，從而去除水中的大部分有機物［4］。因此，該工程對水體中的化學需氧量（CODcr）有明顯影響。同時，西海、后海是著名的旅游景點，污染源主要為外源污染，如漂浮的垃圾雜物等，氨氮（NH3-N）是反映外源污染的重要指標。另外，總磷（TP）等化學性指標是反映水體富營養化的主要因素，因此選取化學需氧量、總磷和氨氮等水質指標進行監測。測定水質指標按我國地表水環境質量標準（GB3838-2002）進行，采取單因子評價方法，對水質類別進行分析。監測項目和測定方法，詳見表1。

表1 監測項目和測定方法

4 生物接觸氧化凈化技術對內城河湖水質的改善

為改善后海水質，實施西海后海連通渠生物填料更新工程，核心技術為生物接觸氧化凈化技術，對該技術進行應用效果評估和適用性分析。

工程實施前，通道內安裝了37 臺水下曝氣機和生物填料，現有設備下水質情況詳見表2，監測指標變化情況如圖3—5 所示。從表2 和圖3—5 可以看出，通過現有連通渠設備后的水質雖略有好轉，但效果已不明顯，不能達到治理目標，因此進行連通渠生物填料更新。

表2 現有設備的水質現狀 mg/L

圖3 治理前CODcr變化

圖5 治理前TP變化

4.1 水質改善的評價

本工程于 2014 年 4 月底完工。2014 年 5—9 月對設備運行進行實時監測，監測的水質指標有化學需氧量、氨氮、總磷，治理效率明顯提高，水質明顯改善：化學需氧量≤20 mg/L，達到Ⅲ類水標準，功能要求為Ⅳ類；氨氮≤1.0 mg/L，達到Ⅲ類水標準，功能要求為Ⅳ類；總磷≤0.3 mg/L，達到Ⅳ類水標準，功能要求為Ⅳ類；三者均達到工程設計目標。更新設備后的水質現狀，詳見表3。監測指標具體數據曲線，如圖6—8所示。

表3 更新設備后的水質狀況 mg/L

圖6 治理后CODcr變化

圖7 治理后NH3-N變化

圖8 治理后TP變化

4.2 技術有效性分析

利用生物接觸氧化技術結合曝氣實施西海后海連通渠更新工程，合理地利用了地理位置優勢，通過更換最新的生物填料凈化水體污染物，提高了措施效率，使得水質指標化學需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學需氧量和氨氮達到Ⅲ類水標準、總磷達到Ⅳ類水標準，水質明顯改善，達到水域功能要求及工程設計目標。

該技術核心部分為生物填料，選用優質的生物填料具有微生物無毒性、傳質性能良好、性質穩定、不易被生物分解、強度高、壽命長、價格低廉等特點。由于設備安裝對水體地理位置有一定要求，同時由于設備運行會對行洪有一定影響，所以該技術適用于相對封閉靜止、地理位置有條件安裝設備、同時對行洪要求不高的水體。因此，生物接觸氧化技術在城市相對靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。同時，設備需要后期的運行維護，以保證在運行管理中密切監管，定期觀察運行情況，監測處理效率，隨時掌握設備運行狀況，以便及時處理出現的故障或者更新設備。

5 結論與建議

生物接觸氧化技術結合曝氣使得水質指標化學需氧量、氨氮、總磷下降，其中化學需氧量和氨氮達到Ⅲ類水標準、總磷達到Ⅳ類水標準，水質明顯改善。該技術核心部分為生物填料，選用優質的生物填料具有微生物無毒性、傳質性能良好、性質穩定、不易被生物分解、強度高、壽命長、價格低廉等特點。由于設備安裝對水體地理位置有一定要求，同時設備運行會對行洪有一定影響，所以該技術適用于相對封閉靜止、地理位置有條件安裝運行設備、同時對行洪要求不高的水體。綜上，生物接觸氧化技術在城市相對靜止的湖泊通道中可以使用，有一定的推廣意義。