苏州河综合治理工程水质影响评价

苏州河综合治理工程水质影响评价

1北新经济段北新大力/华文水水质污染苏州河（江苏省下游河段，又称吴松江河）是黄浦江最大的支流，也是太湖与黄浦江之间最重要的运河之一。苏州河全长约125km,上海市境内长度为53.1km,上海市区内河段长17km。苏州河上海市区内河道属于六级航道,河道宽度在40~60m,河口宽度约80m左右,河道平均水位2.5m左右,下游河道桥梁西藏路桥桥底标高最低,为4.98m。苏州河为中等强度感潮河流,潮型属不正规半日潮,每天两涨两落,其潮界区在赵屯以上。随着上海城市发展,工业兴起,人口增长,两岸工厂、农业、生活废水不加处理直排苏州河,使苏州河的水质受到严重污染。监测结果表明,上游白鹤断面多项水质指标低于国家Ⅳ类地面水标准,其中COD和TP未达到国家V类地面水标准,上游来水水质较差直接影响了下游水体环境容量。苏州河北新泾下游水体污染严重,DO,COD,BOD,TP和TN等污染指标均劣于国家V类地面水标准,尤其是NH3-N和P的浓度处于严重污染水平。该河段的主要污染源是支流(包括木渎港、新泾港、彭越浦、真如港)、沿岸工业企业废水、合流泵站暴雨时排江以及河道上船舶、垃圾与粪便装卸带来的污染,随着苏州河综合整治工程的开展,直排苏州河及其支流的污染源被截留集中处理,支流与合流泵站成为苏州河最主要的污染源。相对于水体的污染负荷,河道的水体含氧量和自净能力差(平均DO<0.5mg/L),加上潮汐的影响,污染水体在河道内往复回荡,造成北新泾下游17km河段水体常年处于黑臭状态,北新泾至华漕6.8km河段水体时常处于黑臭状态。苏州河上海境内示意图见图1。2to2/d的充氧能力河道曝气复氧技术从60年代起被很多国家应用于河道治理。美国为了改善进入Chesapeake海湾的Hamewood运河的水质,1989年在河口处安装了曝气设备。曝气结果证明即使很小的曝气装置也能够使底层水温和溶解氧得到增加,并能够增加河道生物量。德国Berlin河上的1994年运行的曝气复氧船,充氧能力5tO2/d,极大地保持了河流水体的水质和净化功能。英国泰晤士河1977年运行的10tO2/d充氧能力和1985年运行的30tO2/d充氧能力的曝气复氧船,极大地改善了暴雨期间地面径流、污水处理厂排水和混合污水溢流等冲击负荷污染,大大提高了水体的溶解氧,同时河中鱼类因缺氧而窒息死亡的现象也大大减少。国内于1990年亚运会期间,在北京清河一个长约4km的河段中放置了8台15马力(1马力=0.735kW)的曝气设备进行人工充氧。在8月26日到9月29日期间,基本消除了曝气复氧段的臭味,BOD去除率约60%,曝气区的DO从0上升到5~7mg/L,曝气区邻近区域的DO上升到4~5mg/L。国内外的实际运行经验表明在河道中进行充氧不但能改善水体黑臭状况,而且能使上层底泥中还原性物质得到氧化或降解。曝气在河底沉积物表层形成了一个以兼性菌为主的环境,并使沉积物表层具备了好氧菌群生长刺激的潜能。从而能够在较短的时间内降低水体中有机污染物,提高水体溶解氧的浓度,增强水体的自净作用,改善水环境。3根据苏州河上海段的通气复氧量计算3.1污染水的需氧量计算以苏州河第三次综合调水第二阶段试验(1999年7月28日~8月28日)平衡期8月17日~21日各个断面与各个主要支流实测数据平均值为计算数据。由于缺乏一个经过验证的苏州河水质模型,此处采用较简便的组合式推流反应器计算模型进行需氧量计算。假定各污染源只是在各反应器首端集中进入,各污染源入流水质、水量恒定,各污染源进入反应器后立即同进水均匀混合。水体的需氧量由式(1)估算:需氧量=BOD耗氧量+硝化耗氧量+底泥耗氧量-大气复氧量(1)将苏州河上海境内53.1km河道分为10个不同长度的计算河道,沿程各污染源的水质水量采用1999年8月17日~21日第三次调水第二阶段试验平衡期的实测数据的平均值。计算结果显示,为保证夏季水温30℃时在苏州河赵屯至北新泾河段(36km)与北新泾下游至河口河段(17km)分别保持≥4.0mg/L和≥2.0mg/L的溶解氧(无黑臭),总需氧量为22.3tO2/d,其中北新泾以下河段需氧量为16.5tO2/d。3.2非单次降水期3.2年月内,3座合流水泵对河流中的还原性物质耗氧量分析北新泾以下共有37座市政泵站(其中合流泵站35座),在暴雨季节雨水混同合流管中的污水通过泵站直排苏州河。泵站排水对水质的影响表现在两个方面,首先是增加水质污染浓度,河水的COD指标一般可增加10~20mg/L。其次是导致河水的黑臭,由于暴雨初期泵站排出的污水挟带有大量的合流管底沉淀污泥,COD浓度基本在200mg/L以上,严重时达到500~1000mg/L,远高于平时合流管中的污水浓度。这种黑臭浓汤掺入河水后,使河水的溶解氧水平急剧下降,河水中混掺黑臭污水团,如果扩散到整个断面,河水就产生黑臭现象。根据苏州河第三次调水第二阶段试验降雨期间北新泾下游合流泵站排放水量、COD排放量以及排放水质统计数据表明:雨季时合流泵站对苏州河下游的COD贡献量最大为390t/d,平均COD为122t/d;雨季初期排江水水质很差,COD高达400~500mg/L,随着雨季的持续,排放水的COD逐渐下降为110mg/L左右,见表1。由于排水量、降雨强度与COD排放量之间无较好的对应关系,因此选择北新泾下游37座合流泵站的COD日排放总量作为参考。根据上海市环科院1998年对苏州河武宁路桥断面黑臭河水的耗氧特性研究,还原性物质(黑臭物质)耗氧可占水体COD的15%~20%。以此推算,如以第三次苏州河综合调水第二阶段试验期间合流泵站的COD最高日排入量为390t计算时,还原性物质的耗氧量可达58.5~78tO2/d。综合考虑调水试验期间合流泵站的COD日均排放量、排放COD中还原性物质耗氧所占的比例、可能承受的投资费用与运行费用等因素,取合流泵站的COD排放量为200t/d,还原性物质耗氧量占17.5%计,37座泵站排放污水的需氧量为35tO2/d。3.3北新经济走廊下总需氧量苏州河上海市区段53.1km河道需氧量包括无冲击负荷时需氧量(22.3tO2/d)和北新泾下游37座泵站雨天冲击负荷需氧量(35tO2/d),考虑稍留有余地,总需氧量约60tO2/d。4变压吸附制氧河道曝气复氧可以采用固定式充氧和移动式充氧两种形式。苏州河北新泾下游河段,由于37座泵站直排江的影响,属于突发性的冲击负荷污染。采用移动式充氧形式能够灵活地针对污染河段进行充氧,曝气复氧船作为移动式充氧的成熟形式,因其快速、方便、高效而在国外污染河道被成功地应用。曝气复氧船可根据苏州河河道的DO水平与污染源排放的情况进行充氧作业,主要运行区域为苏州河北新泾至河口的17km河道上,根据需要亦可开往上游区域。曝气复氧船的关键设备为变压吸附制氧系统和混流增氧充氧系统,前者将空气现场制成纯度90%~95%的氧气,再通过后者将氧气充分溶解到河道水体中。变压吸附制氧(PressureSwingAdsorption,PSA)指常温下压缩空气进入沸石分子筛吸附床底部,分子筛吸附N2和极少量O2,大部分O2流至吸附床顶部作为产品,直至分子筛达到饱和。空气的吸附分离主要为以下三个步骤:(1)净化:环境空气在进入一个鼓风机系统(无油鼓风机)前将会被净化以除去粉尘。(2)吸附:经过预处理的空气进入装有沸石分子筛的吸附塔。沸石分子筛在去除空气中的水分和二氧化碳后,吸附氮气,剩下的氧气从吸附塔中流出。该吸附过程将在沸石分子筛的吸附能力饱和前停止。(3)解吸:解吸饱和的沸石分子筛通过减压达到再生的目的(即释放被吸附气体,包括水分、二氧化碳和氮气)。这个步骤通过一个简单的压力释放系统来实现,废气自动放空。整套PSA装置包括空压机、空气预处理系统、分子筛吸附塔、缓冲罐和冷却系统等单元(如图2)。混流增氧充氧系统包括水泵、文丘里管混流装置、喷嘴以及有关的控制和监测装置。河水经泵抽吸,加压后的水强迫通过文丘里管,氧气则在此时注入,通过混流装置强烈的紊流混合作用,将气态氧充分溶解到水中,富氧以后的河水,再经过特别设计的曝气喷嘴注回到河水中,以使其完全分布均匀。苏州河综合整治提出了2010年远期目标:实现苏州河与黄浦江、苏州河干流与支流水质同步改善,基本实现水系环境生态功能,市区段中有鱼。要实现这一目标,苏州河曝气复氧工程还应该采用移动式充氧和固定式充氧形式相结合的充氧方式,以保证全河道溶解氧水平≥4.0mg/L。固定式充氧站的优点是单位充氧量的建设成本和运行成本较低,适合于诸如苏州河支流等固定污染源。在苏州河干流上海境内53.1km河道水域,充分考虑支流对苏州河的污染贡献,合理确定固定充氧站的充氧量、站点个数和位置,进行河道充氧。5统一调度系统