合肥市滨河新区景观河道塘西河生态补水方案研究

合肥市滨河新区景观河道塘西河生态补水方案研究

塘西河是巢湖水系的一条支流。它从西到东在合肥经济技术开发区和湖滨新区之间汇合，面积50公里2公顷。这是湖滨新区的一条非常重要的景观河流。近年来因生产、生活污水排放和缺乏水源补给,水体污染严重,河道淤塞,生态系统严重退化,总体水质为劣V类,总氮、总磷超标严重。近年来,合肥市对塘西河实施了一系列的综合整治工程,包括河道整治、污染治理等。而塘西河属于城市季节性、雨源性河流,河道落差大,维持自身生态系统平衡所需的水量以及蒸发、渗漏量也非常大。所以,为保证塘西河生态基流,改善塘西河水质,实现其生态景观廊道的功能,对其实施生态补水至关重要。目前城市景观水体的补水来源大多是利用污水处理厂的再生水,但符合GB18918—2002的一级A标准的水质依然为劣Ⅴ类水,补充到河道以后虽然可维持河道水量,但河道水质却得不到有效改善,仍然存在发生水华的风险。巢湖水西半湖的CODMn和氨氮年均值在Ⅴ类水以内,但TP为劣Ⅴ类,有效除磷后巢湖水有望达到Ⅲ类水质,从而成为优质水源补给城市河道。某工程以巢湖水为水源,在原位经适当处理后通过管道输送至塘西河上游。利用巢湖水实施生态补水,水质上较污水厂再生水有优势,水量上更有常态化保证。1项目内容1.1水处理设施建设本工程选址于合肥市供水集团巢湖水源厂内,利用已废弃的伸向巢湖湖心方向1.5km的泵房取水管道提供进水水源,在已废弃的原1.5km泵房取水井位置建设主体水处理设施,出水经厂外长约14km的输水管道送至塘西河上游补水头部。工程实施目的是为塘西河补充清洁水源,改善水体流动性,修复河道生态系统和自净能力,既消除塘西河劣Ⅴ类入湖水质,同时又移除巢湖水体污染物。工程设计规模为5×104m3/d,设计出水TP≤0.05mg/L、浊度≤15NTU、色度≤30倍。1.2工艺方案硅藻土除磷控藻技术本工程联合采用“鳃式过滤器”和“硅藻土除磷控藻技术”。鳃式过滤器为中科院南京地理与湖泊研究所的原创性科技成果,采用微孔滤膜实现零压差自由过滤,在太湖和巢湖的工程应用证明,对蓝藻具有显著而稳定的去除效果。硅藻土除磷控藻技术为安徽省环境科学研究院的原创性科技成果,尤其适用于开放水体处理,硅藻土除磷是一个物化过程,包括直接吸附、化学沉淀、电中和、脱稳絮凝、吸附架桥等作用。该技术不但具有优异的除磷效果,对氨氮、COD等污染物也有很好的去除效果,且出水清澈、透明、无异味。该技术已在合肥市包河公园得到成功应用,示范工程在夏秋季节以2.5×104m3/d的规模循环处理包河水,大大降低了包河水体的总磷浓度和藻密度,控制了藻类的生长,极大改善了周边的自然环境。混合池+斜管沉淀池工艺流程见图1。巢湖原水通过伸向湖心1.5km的管道自流入提升泵房,之后视原水水质情况分3条工艺路线。在蓝藻高发、频发时期,巢湖来水在提升泵房经泵提升后首先进入过滤除藻单元,经鳃式过滤器过滤后进入混合池;在混合池配加一定量的改性硅藻土水处理剂,使硅藻土与湖水快速混合,混合后的湖水自流进入折板絮凝池;在絮凝池内通过水力搅拌,产生速度梯度,促使颗粒相互碰撞聚集,形成絮体大颗粒,而后通过配水区均匀地进入上向流斜管沉淀池;斜管沉淀池内设有六边形蜂窝管,实现泥水分离后,清水自流入出水泵房,经泵抽送至塘西河上游进行补水,此为路线1。当湖水蓝藻数量不太多时,湖水经泵提升后可超越鳃式过滤器进入混合池,利用硅藻土除磷控藻工艺即可满足出水要求,此为路线2。当巢湖水质较好时,湖水可由进水泵房直接超越至出水泵房,泵送至塘西河上游进行补水,此为路线3。折板絮凝池和斜管沉淀池中的污泥排入集泥槽,定期排泥至贮泥池,经脱水后临时放至污泥堆场,定期外运。1.3处理单元的主要设计参数进出水泵设计进、出水提升泵房合建,平面尺寸为9.5m×15m。进出水各设3台可提升式无堵塞潜水泵,均为2用1备,单台泵设计流量均为1042m3/h。进、出水泵扬程分别为100kPa和260kPa。蓝藻及其他单台滤膜过滤除藻单元尺寸为16.9m×9.7m,设3台鳃式过滤器并联运行。单台最大进水量为2×104m3/d,滤膜孔径为30μm,可滤除肉眼可见蓝藻及其他30μm以上固体颗粒近100%,产水率>90%。每台鳃式过滤器配备一套清洗设备,在运行状态下定期清洗。折板絮凝池分组混合池、折板絮凝池和沉淀池合建。混合池尺寸为3.7m×8.6m,混合搅拌时间为60s。折板絮凝池分两组并联运行,单组尺寸为7.6m×9.4m,反应时间为16min,平均速度梯度为49.1s-1。沉淀池分两组并联运行,单组尺寸为19.5m×9.4m,设计上升流速为1.9mm/s;斜管为乙丙共聚六边形蜂窝管,孔径为∅35mm,斜长为1m。贮泥池污泥、回用带压滤机污泥浓缩脱水机房利用原泵房改造而成。内设一台带式污泥浓缩脱水一体机及附属设备,处理能力为20m3/h,有效带宽为1.5m。来自贮泥池的污泥含水率约为92.5%,绝大部分为无机污泥,较易脱水,只需简单加药调理即可进入带式压滤机,出泥含水率≤75%。每日新增绝干污泥量约为4~6tDS/d(视巢湖水质情况调整加药量),泥饼含水率按75%计,泥饼产量为14~22t/d。2不同季节、不同水质、加药量处理的原则该工程于2011年10月开始运行,至今已运行一年多。巢湖为开放水体,其水质随季节不同变化较大。夏秋季节,营养盐尤其是总磷浓度偏高,故加药量最高达到70mg/L左右;冬春季节,营养盐浓度相对较低,水质相对较好,加药量只需50mg/L左右即可保证处理效果。综合来看,5月—9月为蓝藻高发频发期,巢湖原水需先经鳃式过滤器过滤后再进混合池,过滤除藻单元运行时间约4~5个月/a。2.1水质、水量、水质总结一年的运行数据,工程进、出水水质如表1所示。由表1可知:①进水总磷浓度波动较大,但出水总磷始终保持在0.05mg/L以下,总磷去除率全年基本稳定在90%以上,按照《地表水环境质量标准》(GB3838—2002),出水总磷可达Ⅱ类以上水平,30%可达Ⅰ类水平。②进水氨氮浓度变化幅度较大,水质从Ⅱ类到劣Ⅴ类都有发生,约有75%在Ⅲ类以下,但出水基本稳定在Ⅲ类以上,约70%可达Ⅱ类水平。③巢湖原水CODMn相对较低,基本在Ⅴ类以上,出水CODMn可稳定在Ⅲ类以上,约20%可达Ⅱ类水平。④一般当原水藻密度达到106数量级时,即要启用鳃式过滤器,而蓝藻大规模暴发时,原水藻密度将达到107数量级,原水经鳃式过滤器过滤后,藻密度可降至104~105数量级,去除率达99%。⑤该套工艺对巢湖水的除浊能力很高,且对原水浊度变化适应性很强,出水浊度基本在5NTU以下。该工艺在除浊的同时,也可同步降低原水色度。出水浊度和色度完全可满足《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)标准。综合来看,工程出水水质优于设计标准。就总磷、氨氮和CODMn来说,工程运行全年出水可保证在Ⅲ类水质以上。图2为工程现场单组斜管沉淀池,斜管上方水深为1.2m,池中斜管清晰可见。2.2补水前后各指标平均浓度自工程运行以来,定期对塘西河沿线采样监测,跟踪水质变化情况。2011年10月—2012年2月每天监测一次,2012年2月至今每周监测一次。选取塘西河上游从补水头部至徽州大道塘西河桥约3km河段作为重点监测河段,共设3个监测断面。统计该河段2012年5月—10月的监测数据进行分析,因该河段上游以及该段河道自5月份以后除初期雨水之外无其他明显外源污染输入,所以监测数据能较好地反映补水效果(该段河道下游因仍有其他明显点源污染进入河道影响水质,故在此不作讨论)。各监测点补水前后各指标平均浓度见表2。由表2可知,补水前塘西河上游3个取水断面水质均为劣Ⅴ类,实施补水后水质明显改善,主要水质指标已完全消除劣Ⅴ类。其中玉龙路桥断面和紫云路桥断面平均水质已稳定在Ⅲ类,接近Ⅱ类。徽州大道桥断面稳定在Ⅳ类,接近Ⅲ类。补水后水体透明度也大大提高,河水清澈,游鱼成群,水生态系统在逐渐修复。图3为实施补水前、后的补水头部景象。据测算,工程全年满负荷运行,每年可从巢湖中移出总磷为8~10t、氨氮为9~12t、COD为80~100t。洁净水补充到河道后,河道生态基流的量与质得到了保证,生态系统也会逐渐修复,水体自净能力相应提高,有利于河水中污染物的进一步去除。3土壤改良剂制作的可行性该工程以巢湖水为水源,湖水原位净化后补给城市内河,水流经河道后最终仍汇入巢湖,既从巢湖中移出了污染物,又有助于解决城市河道水量短缺、水质较差的难题,既有利于巢湖水质改善,