針對低污染水體的多級生態塘工藝的應用效果分析

李 健

（山東港通工程管理咨詢有限公司， 山東 煙臺 264000）

水資源是自然資源和景觀資源最為重要的基礎， 是城市生態環境保護和濕地生態的重要組成部分， 也是城市水資源可持續發展和城市居民身心健康的重要保障[1]。 然而， 隨著城市化進程的加劇，城區地表水體越來越多地被生活生產廢水污水所污染， 使得水體中的有機物和有害無機物含量迅速增加， 水體黑臭， 原生態水生物遭到破壞， 給城市的水環境造成巨大的負擔， 加劇了人水矛盾[2]。 為此，采用科學合理的水環境治理工藝是污染事后處理的重要研究工作， 對于不同污染程度的水體， 需研究其適合的處理路徑和處理方法， 才能使水體得以恢復。 本文結合實際生態工程案例， 嘗試采用多級生態塘工藝進行地表水系的恢復治理， 研究成果可為城區地表低污染水體的治理提供參考。

1 工程概況

山東省煙臺市某水系位于城區南側， 屬于天然河道， 區域氣候為溫帶季風氣候， 年平均降水量為524.9 mm， 夏季降水量為331.92～422.24 mm， 春季降水量為87.32～121.81 mm， 使得豐水期與枯水期的河道水量差異較大。 近年來， 隨著城市的擴張，河道成為居民生活廢水和污水的排放渠道， 河道上游有污水處理廠1 座， 其污水處理尾水排放入河流中， 成為河道枯水期的主要生態補水水源。 由于河道長期接納污水處理尾水以及生活廢排水， 水體水質逐步惡化， 表現為水體中的氮磷含量逐年增加，水化現象凸顯， 水質劣于地表水環境質量標準， 嚴重影響城市的水環境可持續發展和周邊居民的用水和身心健康[3-5]。 為了保證河流水環境質量， 提升水系周邊自然資源和景觀資源價值， 采用多級生態塘處理技術， 對污染水體進行治理， 研究處理前后的水體污染物分布特征， 從而為城市低污染水環境治理決策提供有益的依據[6]。 研究水系由1 條主河道和2 條支流（支流A 和支流B） 組成， 在河道的不同地點布置水樣監測點15 個， 監測點編號為P-1～P-15， 其 中P1-1～P-5 分 布 在 支 流A 中，P1-6～P-10 分布在支流B 中， P1-11～P-15 分布在主干河道中， P12 位于污水處理廠尾水排水口附近。 水樣提取時間為2022 年1 月—2022 年10 月。

2 水體污染物特征分析

為了研究多級生態塘工藝對水體水質的處理效果， 有必要對水系的水樣進行提取， 分析其污染物的成分組成、 空間分布特征等[7]。 因此， 對15 個水樣監測點的水樣進行水體污染物分布特征分析， 結果見第58 頁表1。 可以看出， 各污染物的質量濃度在河流水體中的分布并非是均勻的， 污染物的質量濃度極值出現位置也并非是同步的， 存在顯著的空間變異性； 在所有污染中， 水體中的總磷（TP） 質量濃度最高， 占據主導地位， 其次為化學需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5）。 水體中的磷反映了水體富營養化的內在機理， 同時也在一定程度上反映了人類活動對水體污染過程的影響， 因此有必要對水體中的各形態磷展開進一步的特征分析。

表1 水體污染物分布特征分析結果 mg·L-1

對15 個水樣監測點的水樣進行水體中各形態磷分布特征分析， 結果見圖1。 從圖1 中可以看出，水體中各形態磷在空間分布上也表現為明顯的空間變異性， 質量濃度波動性大。 在各形態磷中， 鐵磷（Fe-P） 的質量濃度最大， 且空間變異巨大， 其變化范圍為210.13 mg/L～1 302.90 mg/L， 最大值出現在P-14 監測點（主河道） ， 最小值出現在P-15 監測點（主河道） ； 閉蓄態磷（Oc-P） 的質量濃度變化范圍為19.40 mg/L～399.23 mg/L， 最大值出現在P-9 監測點（支流B）， 最小值出現在P-14 監測點（主河道）； 鈣磷（Ca-P） 的質量濃度變化范圍為23.60 mg/L～345.82 mg/L， 最大值出現在P-13 監測點（支流B）， 最小值出現在P-10 監測點（支流B） ；碎屑磷（De-P）的質量濃度變化范圍為6.66 mg/L～180.80 mg/L， 最 大 值 出 現 在P-10 監 測 點（支 流B）， 最小值出現在P-12 監測點（主河道）； 交換態磷（Ex-P） 的 質 量 濃 度 變 化 范 圍 為11.17 mg/L～117.56 mg/L， 最大值出現在P-8 監測點（支流B） ，最小值出現在P-3 監測點（支流A） ； 鋁磷（Al-P）質量濃度變化范圍為17.52 mg/L～87.90 mg/L， 最大值出現在P-15 監測點（主河流） ， 最小值出現在P-7 監測點（支流B） ； 有機物磷（OP） 的質量濃度最小， 其變化范圍為2.57 mg/L～15.79 mg/L， 最大值出現在P-12 監測點（主河流） ， 最小值出現在P-15 監測點（主河道）。

圖1 水體中各形態磷分布特征分析結果

3 多級生態塘工藝處理效果分析

為適應水體的恢復治理， 采用多級生態塘工藝進行處理， 詳細的處理流程見圖2。 在流程的厭氧處理中， 對化學需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5） 的去除率可達到85%～90%。 其中， 一級生態塘的面積為4 000 m2， 以直徑為15 cm 的圓礫鋪底， 攤鋪厚度為20cm； 二級生態塘的面積為2500m2，以直徑為15 cm 的細砂鋪底， 攤鋪厚度為15 cm；并種植有沉水植物， 維持水深約1.5 m。

圖2 多級生態塘處理工藝的處理流程

研究結果表明， 2022 年1 月—2022 年10 月，基于多級生態塘處理工藝的低污染水體處理效果中， 各個污染物的去除率存在不同程度的差異， 其中針對化學需氧量（COD） 、 五日生化需氧量（BOD5） 、 銨態氮（NH4+-N） 和總磷（TP） 的去除率較高， 化學需氧量（COD） 去除率達到85.38%～89.79%，五日生化需氧量（BOD5）去除率達到85.59%～89.82%， 銨態氮（NH4+-N） 去除率達到80.03%～84.73%， 總磷（TP） 去除率達到85.18%～89.44%。而針對總氮（TN） 的去除率較為一般， 為65.77%～69.84% ， 這是由于多級生態塘對于硝態氮（NO3--N） 、 亞硝態氮（NO2--N） 的去除率較低所致， 但硝態氮（NO3--N） 、 亞硝態氮（NO2--N） 在水體中的質量濃度非常低， 因此， 對總氮（TN） 的去除率并不影響水體的整體處理效果。

4 結論

以山東省煙臺市某水系生態環境治理工程為研究對象， 通過現場采樣分析方法， 研究水體中污染物及各形態磷的特征及空間分布， 并運用多級生態塘工藝進行水體恢復治理， 得到以下3 個結論。

1） 各污染物的空間分布表現為顯著的空間變異性； 在組成特征上， 總磷（TP） 的質量濃度在全水系的分布最多， 其次為化學需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5） ， 影響著水體的污染程度和污染過程。

2） 各形態磷的空間分布也表現出明顯的空間變異性； 在組成特征上， 鐵磷（Fe-P） 的質量濃度最大， 有機物磷（OP） 的質量濃度最小。

3） 運用多級生態塘處理工藝， 可以大幅度地降低水體中的化學需氧量（COD） 、 五日生化需氧量（BOD5） 、 銨態氮（NH4+-N） 和總磷（TP） ， 去除率達到80%以上。