馮慧春

（山西省汾河水庫管理局，山西 太原 030302）

1 工程概述

2013年財政部、環(huán)境保護部組織了江河湖泊生態(tài)環(huán)境保護工作競爭，競爭包括省級推薦、初步審核和現(xiàn)場評審三個主要環(huán)節(jié)，汾河水庫的生態(tài)環(huán)境保護工程順利入選2013年度江河湖泊生態(tài)環(huán)境保護工作國家重點支持項目。

目前汾河作為汾河水庫上游主要來水水源，其水質現(xiàn)狀已不能滿足汾河水庫入庫水質要求，為了更好地保護汾河水庫的生態(tài)環(huán)境，確保汾河水庫飲用水源地水質安全，為人民群眾提供優(yōu)質的飲用水水源，需要改善汾河水庫上游汾河入庫水質，建設汾河干流水系水質改善工程。

工程位于婁煩縣汾河入庫口石峽溝汾河干流與嵐河交匯處上游東側灘涂，處理規(guī)模為36萬m3/d，出水水質達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅲ水質標準，服務范圍主要為凈化汾河水庫上游汾河流域的來水，降低汾河注入汾河水庫的各項污染物濃度，對提高飲用水水源水質安全起到工程保障作用[1]。

2 汾河干流污染成因分析

汾河干流是流域內最大的河流，河道流量大，水面寬。對三條入庫河流污染物分析發(fā)現(xiàn)（圖1），汾河干流接納的污染物量最高，其中COD占54%，氨氮占34%，主要原因是寧武、靜樂、嵐縣、婁煩沿河村莊的生活污水及汾河流域的面源污染。引黃南干線出水在寧武縣頭馬營匯入汾河干流，引黃入晉工程源頭的萬家寨水庫，由于受到水庫上游黃河干流沿岸污染排放的影響，使輸送到頭馬營的引黃水水質也不能達到穩(wěn)定的地表水環(huán)境的要求，主要超標污染物為氨氮和總氮。COD主要來自生活源和農(nóng)業(yè)源，各縣氨氮排放70%以上來自生活源[2-3]。

圖1 主要河流納污分析

3 工程措施

結合汾河水系規(guī)劃，減少河道外土地占用，盡量利用現(xiàn)有河道灘涂用地進行整體布局，環(huán)境和景觀等做到美觀大方，并充分考慮與周邊總體環(huán)境相協(xié)調。選擇技術可行的河道水處理工藝和流程，對汾河干流來水進行深度凈化，保證處理出水水質，工藝流程圖詳見圖2。

3.1 河道平流沉砂

借鑒我國著名“都江堰”水利工程的“分水魚嘴”和“飛沙堰”的設計理念，建設“分水墩”將汾河干流一分為二，右側修建長40.0 m，高3.0 m液壓壩抬升主河道水位，減緩河道流速，部分泥砂在液壓壩前沉積。另左側開挖新建一條平流沉沙河道段，沉沙段長180.0 m，寬20.0 m，工作水深2.0 m，水平流速0.1～2.0 m/s，用于河水沉沙預處理，沉沙預處理后的河水進入河道西岸的后續(xù)處理系統(tǒng)。河道平流沉沙段淤積的泥沙和淤泥采用移動式清淤設備清理外運，保持沉砂段的有效水深[4]，工程平面布置圖見圖3。

圖2 工藝流程

3.2 除藻生物柵

汾河水庫的藻類種群比較豐富，但并沒有一種藻類具有絕對優(yōu)勢，也沒有一種藻類一直為優(yōu)勢種群，在不同的季節(jié)和月份中藻類有不同的優(yōu)勢種群。而汾河干流來水中氮磷等污染物濃度較高，外來營養(yǎng)物質的輸入，導致汾河水庫存在爆發(fā)水華的風險。水華是淡水水體中藻類大量繁殖的一種自然現(xiàn)象。因而需采取相應的措施減少藻類爆發(fā)的風險，在氮磷污染物的去除基礎上，還應考慮對藻類進行協(xié)同去除。

“除藻生物柵”是一種在不進行水體投藥和外加菌劑條件下進行的，自然復合填料生態(tài)基除藻技術，綜合了物化法和生物除藻機理，對水體中藻類有較好的去除效果。新型生物材料由多種特殊耐水纖維織造，形成密集網(wǎng)狀結構，孔隙率和生物附著性優(yōu)良，可長期浸泡于水中，使用壽命大于5年，能清除河水中大量的浮游生物及藻類，減輕后續(xù)工段的處理負荷，減少出水段中的藻類物質含量。且多種填料采用特定結構排布，可采用集成設備的形式，也可采用生物繩的形式現(xiàn)場布設，污水流經(jīng)特殊設置的不同配比的多種填料，填料中可富集大量的微生物和水生植物，更容易形成生物膜，增加污染物的去除效果[5]。

“除藻生物柵”凈化單元布置于河道平流沉砂段中，水流流速較緩0.1～0.2 m/s，水中藻類易附著于生物材料上生長從而被去除。

3.3 增強型MBBR生物系統(tǒng)

汾河干流河水中氮磷濃度較高，本工程預處理單元中采用較節(jié)能的增強型MBBR（Super MBBR）工藝。首先建一座（分4組）容積為6萬m3的土池結構加土工防滲膜的構筑物，依靠生物膜系統(tǒng)去除來水中的有機污染物和氨氮，然后以過濾的方式去除生物菌膜及部分浮游生物等，保證系統(tǒng)最終的出水達標。

3.3.1 Super MBBR填料

以聚氨酯海綿為基礎，使其吸附20%～30%的粉末活性碳，載體負載的粉末活性炭具有強大的吸附能力，比表面積達到20 000 m2/m3以上，孔隙率大于97%，掛膜時間1～2 h，適宜溫度0℃～40℃度，使用壽命大于10年，數(shù)量為6 000 m3，微生物菌群附著其表面能大量繁殖，迅速形成高生物活性的生物膜；同時活性炭粉末可有效吸收氮磷等污染物供微生物利用降解，提高系統(tǒng)處理出水的穩(wěn)定性。

3.3.2 環(huán)保型復合生物活性填料

生物系統(tǒng)中配置了新型環(huán)保型復合生物活性填料，這種高效生物纖維填料是可更換的，由特殊材料和工藝織造而成，親水、親油，有儲氧能力，吸附能力強，生物活性高，傳質效率好，該填料密集網(wǎng)狀布置于系統(tǒng)內，可截留MBBR工藝段脫落的生物膜，創(chuàng)造不同的環(huán)境（好氧、厭氧及兼氧），使微生物（如硝化菌、反硝化菌等）能夠充分發(fā)揮各自效能。比表面積2 000～6 000 m2/m3，密度1.08～1.68 kg/m3，孔隙率＞99%，成膜重量100～300 kg/m3，耐日光性優(yōu)良，數(shù)量3 000 m3，使用壽命＞10年。

3.4 強化復合式潛流濕地

強化復合式潛流濕地通過對傳統(tǒng)填料強化改性，增加其除磷、脫氮能力，能提供一定量的碳源，大量的硝態(tài)氮利用碳源進行反硝化脫除。同時優(yōu)化填料孔隙率，增大水力負荷，彌補普通潛流濕地填料性能不穩(wěn)定的不足，充分發(fā)揮濕地處理的優(yōu)點，而且占地面積小，對氣候、水質類型、水力負荷等具有更強的適應性，在寒冷季節(jié)對水中的氮磷等物質仍有較強的去除能力。

潛流濕地面積20萬m2，分成250個單元，每個單元面積為800 m2，長50.0 m，寬16.0 m，高1.6 m。水力負荷1.8 m3/（m2·d），水力停留時間8.4 h，有效水深1.3～1.4 m，墻體采用M 10漿砌石擋墻，底部用原土夯實，上面鋪設400 g/m2“二布一膜”土工膜，再鋪設100 mm黏土保護層；內部填料以強化型混合填料為主，填料層總厚度為1.5 m，孔隙率大于50%。

3.4.1 強化型混合填料

濕地填料以片石為主，輔以沸石、石灰石，并在關鍵通氣部位和清淤段，設置便于清理維護的填料模塊（由混合生物繩填料、樹皮、中空球型多孔填料組成）。所用填料大部分為常見填料，但沸石、片石(頁巖）、石灰石本身孔隙率較高易于微生物附著生長，對氮磷等特征污染物有較高的去除率，中空球型多孔填料可利用河道淤泥、粘土和作物秸稈燒制而成，孔隙率較大而成本很低，且有穩(wěn)定的凈化效率；填料中的樹皮可作為處理單元中的反硝化碳源提供，促進水中的反硝化過程。

3.4.2 濕地防堵措施

濕地單元按分區(qū)設置排空點位，以保證濕地系統(tǒng)可做到定期落干輪休，以保證濕地基質層可充分處于好氧環(huán)境，利于基質層中有機污染物的分解，恢復濕地床體的滲透性。

綜合考慮污染物的凈化效率、填料粒徑配比和級配的關系，盡可能采用孔隙率較高的填料，延長濕地堵塞的發(fā)生周期。

對于易于發(fā)生淤堵或淤堵嚴重的填料上層，采用對填料系統(tǒng)微爆氣或更換部分填料修復其處理能力。3.4.3 構建濕地植物系統(tǒng)

濕地植物是濕地系統(tǒng)的重要組成部分，不僅能去除污染物，而且能美化環(huán)境，選擇耐污力強，適應當?shù)貧夂虻乃参锾J葦、香蒲、黃花美人蕉、菖蒲、篦齒眼子菜等。結合處理單元，并考慮景觀造型，形成大型的生態(tài)植物濕地系統(tǒng)。配備園林工程師和園藝工人進行栽培管理，及時撈出危害水生植物生長、發(fā)展的絲狀藻類，處置死亡的水生植物殘體，冬季收割部分水生植物。

3.5 光催化消毒

汾河干流中類大腸菌群超標，水庫作為飲用水水源地，對于匯入水質有較嚴格的要求。本項目的前端處理工序，在對有機物、氮、磷去除時，也會協(xié)同截留去除部分治病菌群，但為了保證最終出水水質中類大腸菌群達標，必須在處理系統(tǒng)出口處加設消毒處理單元，以達到較好的消毒效果。

光催化消毒技術是在紫外消毒技術上的一種改良工藝，利用新型固載型光催化材料的光催化消毒。接觸時間短，對細菌有效，病毒和芽孢部分有效；快速、無化學藥劑，對濁度控制要求不高，雖然投資略高，但能耗和運行成本顯著降低，可有效殺滅類大腸菌群。系統(tǒng)包括：不銹鋼支架；光催化網(wǎng)系統(tǒng)，負載納米二氧化鈦；犧牲陽極系統(tǒng)，曝氣清洗系統(tǒng)[6]。

4 結語

汾河水系水質工程的實施，減少了水庫淤積，使河道水系生態(tài)、水庫自然生態(tài)得以改善，為鳥類、魚類提供豐富的食物和良好的生存繁衍空間，對物種保存和保護物種多樣性發(fā)揮重要的作用，大大減少河水的水體污染，防止水體富營養(yǎng)化，改善汾河干流入汾河水庫的水質，為汾河水庫水質安全把關。改善了區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境，培養(yǎng)了群眾生態(tài)文明觀念，促進經(jīng)濟建設“又快又好”發(fā)展。預計每年的污染物消減量：BOD5為788.4 t；COD為3 285 t；SS為3.85萬t；NH3－N為131.4 t；TP為39.4 t。

［參 考 文 獻］

［1］陳夢熊.論生態(tài)地質環(huán)境系統(tǒng)與綜合性生態(tài)環(huán)境地質調查［J］.水文地質工程地質，1999（3）：3－6+12.

［2］蔡勁松，萬新南.岷江上游生態(tài)地質環(huán)境概況及其質量的模糊評價［J］.水土保持研究，2004，11（2）：113－114+124.

［3］李嶺，張振文.阜新市生態(tài)地質環(huán)境質量模糊綜合評價［J］.環(huán)境科學與管理，2008，33（2）：188－190.

［4］蔡鶴生，唐朝暉，周愛國.地質環(huán)境容量評價指標初步研究［J］.水文地質工程地質，1998，（3）：23－25.

［5］任國林，林玉山，任鷹，等.閩南三角地區(qū)地質環(huán)境質量綜合評價及分區(qū)［J］.水文地質工程地質，1991，18（5）：18－20+24.

［6］葉延瓊，樊宏，陳國階.岷江上游土地退化及其防治對策［J］.水土保持通報，2002，22（6）：56－70.