景觀水體污染處理工藝研究及工程應(yīng)用
0 前言
隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越向往小橋流水如詩(shī)如畫(huà)般的生活環(huán)境，向往碧波蕩漾，魚(yú)鳥(niǎo)成群的自然美景。在城市綠地、公園建設(shè)和大型標(biāo)志性建筑中，人工湖泊、人工河道及景觀水池不斷涌現(xiàn)，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)中水景住宅也成為一大熱點(diǎn)。景觀水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富集，使藻類(lèi)異常增殖，產(chǎn)生水華或湖靛，水體透明度下降，溶解氧降低，水質(zhì)嚴(yán)重惡化，這就是水體的富營(yíng)養(yǎng)化。
水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化，不僅在湖泊、水庫(kù)和海灣這些封閉或半封閉性水體中發(fā)生，而且也可能在河流、河口水域發(fā)生。因此應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)新的死水湖、臭河浜，加強(qiáng)景觀水體環(huán)境治理工藝研究是一項(xiàng)緊迫而艱巨的課題。本論文結(jié)合上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)景觀水池這一實(shí)際工程對(duì)景觀水體環(huán)境治理工藝進(jìn)行討論。
1 工程概況
上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)作為上海市的窗口和標(biāo)志性建筑之一，受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，其景觀水池的水質(zhì)直接影響到浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的總體形象。按照藍(lán)天碧水的總體構(gòu)思，浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)設(shè)置了大小不一的7個(gè)景觀水池，占地總面積約17 hm2，池深4 m，設(shè)計(jì)常水位為3 m ，極限低水位為2.5 m，整個(gè)水池有池中地面道路匝道，7個(gè)水池各自獨(dú)立，但池與池之間由dn400 pvc管道連通，總蓄水量為51萬(wàn)m3。
由于沒(méi)有考慮水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)上亦沒(méi)有考慮對(duì)水池水進(jìn)行必要的處理，致使景觀水池水體逐年變差。為防止池水的水質(zhì)變壞，浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)一直委托一家水處理公司進(jìn)行一般的日常維護(hù)。該公司通過(guò)投加殺藻劑的方法來(lái)控制水體的藻類(lèi)大量繁殖。近年來(lái)，隨著水體水質(zhì)的惡化，藥劑的投加量也逐年上升，由原來(lái)5 t/月增至10 t/月，但水體水質(zhì)仍有變壞趨勢(shì)。
2 景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因
根據(jù)藻類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)分子式c106h263o110n16p，我們可以推算出，水體每生成1 g藻，需供給0.009 g的磷和0.063 g的氮。早在20世紀(jì)40～ 50年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)當(dāng)水環(huán)境中總磷濃度超過(guò)0.015 mg/l，tn超過(guò)0.3 mg/l 時(shí)，藻類(lèi)就出現(xiàn)惡性繁殖，藻類(lèi)的繁殖量與外界輸入的p與n濃度值成正比。
由于藍(lán)藻、綠藻具有固氮能力，能夠把大氣中的氮轉(zhuǎn)化為能被水生植物吸收和利用的硝酸鹽形式，因而使得藻類(lèi)能夠獲得充足的氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。即使在向水體排放的污水中的氮受到了控制，這些藻類(lèi)仍然可以從大氣中進(jìn)行固氮作用而源源不斷地供給硝酸鹽，以此繼續(xù)滿(mǎn)足自身合成的需要。因此，控制氮供給源，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體來(lái)說(shuō)，是非常困難的。另外，從藻類(lèi)經(jīng)驗(yàn)公式不難看出，藻類(lèi)的生產(chǎn)量主要取決于水環(huán)境中磷的供應(yīng)量，當(dāng)水環(huán)境中磷的供應(yīng)量充足時(shí)，藻類(lèi)可以得到充分增殖，而且當(dāng)磷的濃度超過(guò)藻類(lèi)的直接需要時(shí)，磷便在藻類(lèi)的細(xì)胞中儲(chǔ)存起來(lái)。
浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)景觀水池容積達(dá)51萬(wàn)m3，水體主要來(lái)源補(bǔ)充水(自來(lái)水)、雨水和部分地下水。從水體水源水質(zhì)來(lái)看，均為潔凈水，水源中的n和p指標(biāo)均很低。但從水體水質(zhì)采樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，水體存在著高錳酸鹽指數(shù)總體呈上升的趨勢(shì)，溶解氧指標(biāo)較低，透明度有下降的趨勢(shì)，景觀水池池底有沉積的淤泥，水體中cu，fe離子濃度日趨升高，ph偏高。所有這些均反應(yīng)水體有變壞的跡象。
產(chǎn)生這些跡象的主要原因有：①水池面積約17 hm2，水體的自然蒸發(fā)使得原本潔凈的水體中n和p累積，致使藻類(lèi)以及其他水生生物過(guò)量繁殖，水體透明度下降，溶解氧降低，造成水體水質(zhì)的惡化；②水體不具備流動(dòng)性，幾乎完全是一潭死水；③復(fù)合殺藻劑的大量使用，不僅增加了水池的淤泥沉積，而且使得水池水顏色變綠，透明度下降。
3 處理工藝選擇
對(duì)景觀水體通常采用的處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。
表1 不同處理方法比較
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注：*一種多層濾池，因含有一層較大的鵝卵石濾層而命名。
針對(duì)浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)景觀水池的實(shí)際情況，我們結(jié)合多年來(lái)水處理工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，考慮上述不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，我們將其中的幾種方法進(jìn)行組合，形成以下三組方案：
方案一：曝氣，外循環(huán)加石床或砂濾組合，考慮結(jié)合池內(nèi)循環(huán)，添加部分自來(lái)水/地下水和季節(jié)性切換。
方案二：生物防治和曝氣組合，考慮結(jié)合石床或砂濾、池內(nèi)循環(huán)、添加自來(lái)水/地下水和季節(jié)性切換。
方案三：曝氣和添加自來(lái)水或地下水組合，考慮結(jié)合池內(nèi)循環(huán)和季節(jié)性切換(夏季增用石床或砂濾)。
上述三組方案均考慮曝氣法，這種方法是必要的。通過(guò)曝氣，可提高水體中溶解氧濃度，使好氧微生物通過(guò)自身的新陳代謝作用把水中的有機(jī)污染物分解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，達(dá)到水體的凈化作用。方案二中的生物防治是效果顯著而且價(jià)廉的方法，但其受環(huán)境溫度的影響較大。方案三中添加自來(lái)水或地下水的方法，牽涉耗水、耗電等費(fèi)用。綜合以上三組方案，方案一較為符合實(shí)際情況。
4 工藝討論
4.1 外循環(huán)系統(tǒng)
外循環(huán)水處理工藝流程見(jiàn)圖1。外循環(huán)水處理系統(tǒng)是將7#水池的水經(jīng)過(guò)提升泵提升，通過(guò)砂濾池過(guò)濾處理，過(guò)濾后的水通過(guò)投加殺藻劑進(jìn)行滅藻殺菌處理，并在靜態(tài)混合器中進(jìn)行反應(yīng)，最后出水由管道引至1#水池。通過(guò)外循環(huán)處理，可去除水中的懸浮物、色度、藻類(lèi)及細(xì)菌，減緩水體自然蒸發(fā)所造成的n，p累積。砂濾池自動(dòng)反沖洗，反沖洗排水排至景觀水池附近的明渠排放，整個(gè)系統(tǒng)呈連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。
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圖1 外循環(huán)水處理系統(tǒng)工藝流程
4.2 內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)
浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)景觀水池內(nèi)循環(huán)布置見(jiàn)圖2。
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圖2 內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)示意
景觀水池占地面積大，池與池之間被立交道路分割。各池之間雖有管道相連，但由于未設(shè)置推動(dòng)池水流動(dòng)的裝置，故池水基本處于死水的狀態(tài)。特別是在標(biāo)高為±0.00的高架道路擋土墻附近的區(qū)域，這是造成池水水質(zhì)日趨下降的主要原因之一。因此，為了進(jìn)一步達(dá)到水體凈化和水質(zhì)混合的均勻性，在7個(gè)水池中分別增設(shè)液下推進(jìn)裝置，推動(dòng)池水循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到流水不腐的目的。
4.3 曝氣系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)
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圖3 曝氣系統(tǒng)示意
水體中溶解氧的存在，可以使好氧微生物通過(guò)自身的新陳代謝把水中的有機(jī)污染物降解成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，起到水體的自?xún)糇饔。另外水體中藻類(lèi)的繁殖會(huì)引起水體中溶解氧的消耗，導(dǎo)致水體缺氧并滋生厭氧微生物，造成水體發(fā)黑發(fā)臭。因此，水體中應(yīng)維持一定的溶解氧水平。為了增加水中的溶解氧(do)，同時(shí)也可避免池水因液下推進(jìn)裝置推流過(guò)程中形成死角，進(jìn)一步加強(qiáng)池水的流動(dòng)性，因此對(duì)水池采取液下曝氣措施。
根據(jù)水池造型特點(diǎn)，在4個(gè)大池子中各設(shè)1臺(tái)曝氣裝置，每臺(tái)曝氣裝置連接2個(gè)曝氣盤(pán)，分置于4個(gè)水池的池底，電纜線(xiàn)從池底沿池壁引至水池附近的配電柜，可控制開(kāi)停。
4.4 補(bǔ)充水系統(tǒng)
水池面積達(dá)17 hm2，由于受自然蒸發(fā)和外循環(huán)系統(tǒng)過(guò)程反沖洗水的消耗，景觀水池必須適當(dāng)增加補(bǔ)充水。補(bǔ)充水水源近期可考慮來(lái)自部分自來(lái)水，另外從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行的角度也可考慮采用深井水。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)充自然蒸發(fā)年水量為5.95 萬(wàn)m3，約占總水量的12%。因此，預(yù)計(jì)每年補(bǔ)充水總量為6.12萬(wàn)m3。
5 結(jié)語(yǔ)
景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化治理是一個(gè)極為困難的過(guò)程。本文依據(jù)上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)實(shí)際工程，分析了景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因，并提出了一套可行的處理工藝。目前，該項(xiàng)目正處于實(shí)施階段，相信該工藝一定具有應(yīng)用前景。
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