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海绵城市建设案例——石家庄市藁城区滹沱河污染综合治理项目
[ 编辑:admin | 时间:2017-07-05 17:27:43 | 浏览:397次 | 来源:中国市政建设网 | 作者: ]

1.项目概况

    该项目为石家庄市藁城区滹沱河污染综合治理项目。藁城区滹沱河地处石家庄市滹沱河下游,目前来水主要是藁城区水处理中心的水、雨水。境内水:藁城区水处理中心尾水约为 80000m3/天;雨水:自然降水。
    现河道面积为约为137100m2,有效水深约1.23 米左右,现存水量约:168962m3,水坑面积约250128m2,有效水深约4.8 米左右,现存水量约1200614.4m3。2006 年之前,藁城境内未设立城市污水厂,导致境内的工业废水废水直排河道,并导致河床污染物的累积;2006 年之后,藁城区的污水厂建立,排放的尾水仍高于地表水Ⅴ类水体标准,持续加重了滹沱河藁城境内水体及河道底泥的污染。如图1。

  

 漂浮物和藻类                                裸露的河床及枯败的草木

 坑道内底泥发黑                            裸露的河床板结严重

图1 藁城区滹沱河河道现状

    藁城区水处理中心水,根据市环保局提供水质检测信息,水体CODcr、NH3-N、铁离子、氯离子等含量较高。河床底泥:根据市环保局提供泥质检测信息,重金属铅、镍、锌、硫化物重度超标,镉、铬、铜中度超标。

2.治理要求与目标

    河流整治工作必须在区域污水处理厂排水全部达到一级A排放标准后进行,对未达到排水标准的区域,应立即向当地政府报告,关停影响污水处理厂排水超标因子的所有工业企业,确保污水处理厂排水稳定达标。
2.1 原位修复、泥水同治
采用原位修复、泥水同治技术,对底泥无害化治理。
(1)全面消除污染物
消除底泥中的有机污染物及氟化物、硫化物、氯化物等无机污染物,解决底泥中的重金属污染(特别是重金属铅、铬、锌等),治理后底泥PH 保持在6~9 范围内。
(2)杜绝引入外来菌种和物种
对河水及底泥进行治理后,要及时恢复和建立生物床,但不得添加外来菌种,不得引入外来物种。
(3)不得采用原始低级的治理方式
如投加氧化钙可在一定程度上使水质变清,但会增加河床底泥量,矿化底泥,加重淤泥板结,无法恢复和建立生物床。
将黑臭的底泥抽入处理池,治理结束后抽回回原位,过程为连续处理。在处理过程中,黑臭底泥逐渐转好,变为正常的土色。如图2。

   

黑臭底泥抽入处理池处理                             黑臭底泥逐渐转变为正常的土色

图2 处理过程及效果

2.2 河流水体治理目标
(1)消除河道黑臭
治理结束后,消除河道黑臭现象,水体中溶解氧DO(mg/l)≥2,氧化还原电位ORP(mv)≥50,氨氮(mg/l)﹤8。
(2)河流水体达标
治理结束半年后,水体持续达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅴ类水标准,部分指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ类水标准。
(3)生态初步恢复
治理结束3 个月后,出现生物迹象(出现鱼类、苔类等生物),形成初级生物床。治理结束6 个月后,上游水体进入治理断面流出后,具有一定的净化效果。生态恢复后,在控制总磷、氨氮的情况下,河道内不能出现蓝藻等水体富营养化现象。
(4)提升水环境容量
施工结束后,需在各污水处理厂入河断面的2公里内,形成类氧化塘,提高水体纳污能力,抗击污水处理厂因系统故障引起的突发事件,保证水质考核监测断面稳定达标。

 
图3 处理后的河底与水体环境变化

2.3 河流底泥治理目标
(1)重金属达标
治理结束半年后,底泥中重金属达到《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》中二级标准,标准中对六六六、滴滴涕有明确规定,一并执行。
(2)有机污染物达标
依据国家已发布的土壤有关标准,治理结束半年后,底泥中挥发性有机物和半挥发性有机物参照执行《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)HJ350-2007)》中B级标准。
(3)治理后一年持续达标
治理工程维持一年持续保持水质,定期对河道进行维护,以长效保持水质。如图4。

 
图4  处理后实景图

3.项目设计思路

3.1 设计原则
    滹沱河藁城区河段的水体的治理应“标本兼治以治本为主、短长期兼顾以长期为主”,最终以恢复水生态系统功能为目标。治理应坚持“因地制宜、综合措施、技术集成、统筹管理、长效运行”的基本原则。根据水体的污染程度、污染原因和污染阶段的不同,有针对性的制定合理的治理措施。根据不同的水文水质特征、不同的治理目标、不同阶段,综合采用不同的技术,并进行组合与集成,实现对黑臭水体的治理,并实现水质的长效保持。
在进行水体治理的技术选择时,要遵循“适用性、全面性、经济性、长效性和安全性”原则。
3.2 工艺选择
    选择合理的水体修复工艺,对确保运行性能、保证出水水质、降低投资费用以及运行成本起着至关重要的作用。因此应针对具体的水体水质,结合设计规模以及当地的实际条件和要求,选择切实可行且经济合理的水体水质修复工艺。
选择工艺时,一般考虑以下几个方面因素:
(1)工艺能否达到水质指标的要求。
(2)工艺是否可靠。
(3)工程投资是否节约。
(4)运行管理是否简便。
(5)运营成本的高低。
    河流生态环境修复是个复杂的系统工程,治理难度大,应根据治理对象水体的实际情况,因地制宜,进行技术优选与集成,选出最适宜的技术集成方案,实行水体的施治与长效保持。本方案在环境水体原位修复的总体思路上,辅以物理、化学方法,人工强化水体生态系统自我调节和恢复的能力,具体体现在以下两个方面。
    一方面,根据流域的具体特点(长期有毒有害物质的累积,底泥污染严重)采用自主研发并得到推广应用的底泥原位修复技术,释放底泥中的营养物质,固化重金属,提升ORP,激活土族微生物,恢复水体的自净能力,促进生态系统的良性循环。
另一方面,在水体原位修复的基础上,局部采用功能性湿地、曝气装置等,目的是在净化水质的同时提高水体本身对污染物的耐受能力,在相对较高污染物浓度的短期冲击下也不至于发生水体急剧恶化,快速恢复水体自净能力。
    同时,对沿岸入河的污水处理厂处理达标后排放,降低入河污染物浓度。
3.3 技术思路
遵循自然规律,恢复河道生态体系。以河道原位修复为主导,还原河道水系。同时激活土著微生物,连通生态链的基点,恢复河道自有生态自净能力,辅助动植物生态修复法,形成生态大循环系统,从而达到重新建立河道自由生态体系结构的目的,治理污染水体和水质的长效保持。
(1)河道、坑道的原位治理
通过在污染河道中投加新型系列高效物化凝聚剂的凝聚、吸附、电化学、螯合等形式对河道底泥中重金属等有害物质进行固化,将底泥中封闭的营养物质释放出来并转化为可被微生物利用的有效营养物质,参与生态链的循环。同时提高底泥ORP,形成类氧化塘,增强自净能力。
(2)外源污染治理
通过对藁城区境内污水处理中心入河排污口区域,放置药剂过滤坝,种植水生植物,形成类氧化塘湿地,对外来污水进行水质净化和提升,确保补水水质标准,以保护恢复生态的河道水质;

4.工艺设计和流程

4.1 技术介绍
(1)原位生态修复技术介绍
     高新型高效物化凝聚技术是采用先进的水处理药剂发明,采用了多成分、多介质、多结构、多机能的超细粉末技术,是水净化方面具有划时代意义的高效物化凝聚剂。如图5。

 
图5 高效物化凝聚剂

     高效物化凝聚剂主要成分由天然矿物组成,是一种无机中性凝集固定分离剂,适量投入不会给鱼类等水中的主体生物带来影响。这种新型污水、污泥处理剂通过凝聚、吸附、电化学、螯合固定和分离作用,无论处理有机系污水(污泥)还是处理无机系污水(污泥),都能使溶存在污水中的物质(其中包括金属类的污染物)和悬浊物很快凝集分离,使污水转化为水质优良的清洁水。高效物化凝聚剂不但能有效地将污水中的悬浮物质凝集分离,同时可将污水中的可溶性物质固化、分离除去;还能有效处理污水中的六价铬、汞、镉、砒霜等重金属;对难生物降解的物质和高色度的去除率极高,就连污水中的超微粒子悬浮物,高效物化凝聚剂也能很容易地使其凝集沉降。
(2)作用机理
     固液分离加固化技术,通过材料间的凝聚、吸附、氧化、电化学、螯合、固化等作用和反应,对底泥中存在的有机或无机物进行液相和固相的分离,再对固相进行固化处理,使其不返溶。从而达到泥土结构的稳定、澄清和净化水体的目的。反应过程中产生以下效应,如图6。

 

图6 反应过程

工艺流程如图7。

 

图7 工艺流程图

(3)高效物化凝聚剂治理河流湖泊的技术特点
①高效物化凝聚剂是一种无机中性凝集固定分离剂,具有凝集及沉降速度特别快、污泥含水率低、作业时占地小的优势,因而适应河流、湖泊治理的要求。使用高效物化凝聚剂比传统凝聚剂省空间、省时间、高效能,可进行连续处理。从河流、湖泊抽上来的污水和污泥,加入高效物化凝聚剂进行处理,3min就可以对操作面内的泥水完成凝聚反应、固液分离。澄清水返回河流,沉淀的污泥比较容易脱水,方便运输和综合利用。用高效物化凝聚剂处理一段河流的时间,包括污水和污泥处理,比单纯围堰清淤的时间要快得多且轻便、简洁和不影响环境。
②水体修复不仅仅是水质的达标,最终是要通过治理逐渐恢复河流、湖泊污泥的活性,使河流、湖泊恢复自净能力,达到水体中微生物、动物及植物的生态平衡。因此,河流、湖泊水体修复的关键是怎样移除过度积累的有机污染物和重金属,怎样恢复污泥的活性。其治理技术应包括:去除污泥技术、水质净化技术和恢复污泥活性技术这三种技术。现在,用高效物化凝聚剂清除河流、湖泊富余的泥水污染物为河道、湖泊的生态修复创造环境条件。
③采用高效物化凝聚剂可以同时快速处理河流、湖泊的污水和污泥,既分离和清除了河流底部不稳定污泥,又同步净化了河流水体的水质。这是一种非常先进的清淤和净化水质方法,短时间就可以使河流、湖泊水质还清,消除黑臭。
④利用高效物化凝聚剂凝集、沉淀以及分离后的污泥具有极高的稳定性,不易碎裂,并且随着时间的增加可进一步促进造粒化,不会发生分解、再析出、悬浊的特性,可以在泥水结合面形成一层隔离层。此隔离层能够阻止残余污泥起作用,更重要的是隔离层又像一个过滤层,可以隔离水中的污染物与污泥结合,避免其对污泥活性的影响;因为所形成的隔离层是自然性的透气隔离层,不会阻隔水跟泥的接触,使污泥的活性作用能够发挥,一段时间后随着污泥的活性就能复活,生态生物系统就可恢复。
⑤可以实现原位治理,为后续重建河流、湖泊的水生生物链,恢复河流、湖泊自净能力打下良好的基础。
⑥在河流、湖泊治理时分段建造操作断面,定期采用高效物化凝聚剂的方法可以很快清除沉积池的污泥,有利于河流、湖泊生态环境的维护。
4.2 工艺路线
    藁城区的滹沱河下游污染治理,首先进行10.4公里河道的底泥和水体进行原位修复;然后对张村桥处积水坑道进行强化治理;最后选取藁城区水处理中心入河排放口至下游2公里河段,作为藁城区水处理中心尾水的预处理段,以保障和减少对下游水质的冲击影响。通过以上三个实施措施来全面消除滹沱河藁城段下游的污染,恢复其生态环境,具体设计方案如下:
(1)藁城区滹沱河下游河道治理工程
项目针对藁城区滹沱河河道治理工程,采用技术如下:
①通过高效物化凝聚技术,对水体进行治理,降解水体中的CODcr,破坏TN、TP、NH3-N之间的平衡状态,抑制水体富营养化;
②通过高效物化凝聚技术,破坏盐类与重金属之间的结合,杜绝类似硫化铁等还原物质形成,保障水体的及底泥的氧化还原电位的提升;
③通过高效物化凝聚技术,降低水体中的SS及色度,澄清水体,使其清澈;
④在高效物化凝聚的治理前提下,后期对水体进行曝气增强,加快水体的修复,促进土著微生物的生长;
(2)张村桥断面积水坑道治理工程
    项目针对张村桥断面积水坑治理工程采用技术,高效物化凝聚剂技术的核心是通过快速还原水体生态链的关键胚体——底泥,激活土族微生物,重构生态系统,从而达到恢复水体的自净能力。具体通过以下措施实现对水体修复。
①臭氧曝气:坑道治理过程中,采用高级氧化技术,打开酚类等有毒有害物的环链,消除对底泥的毒害作用。
②设置类氧化塘功能区:对进入湖泊的上游河床,进行原位修复,并放置特质药饼,形成类氧化塘功能区。
③原位修复:对河流底泥中重金属等有害物质进行固化,将底泥中封闭的营养物质释放出来并转化为可被微生物利用的有效营养物质,参与生态链的循环。同时提高底泥ORP,形成类氧化塘,增强自净能力。对底泥的修复,实践中可将原淤泥厚度消减一半,从而扩大了河床的容积。特别可有效避免清淤过程中二次污染的产生。
④曝气净化功能区:对已修复的湖泊(坑道)水体,装置景观曝气设备,加快水体的修复。
⑤过滤区:利用特质过滤材料,对出水做深度过滤,以保障出水水质稳定。
1)工艺流程图,如图4-11-8。

图4-11-8 工艺流程图

2)总体工艺路线说明
①上游来水指的是河道水补入坑道水;
②上游来水不流经5#积水坑道,待治理后打开,流通;
③积水坑道出水区域设置强治理区域;
④闭环坑:主干河道不流经治理坑道的,单独治理;
⑤干涸坑:河床板结、无流水的,引河道水治理;
⑥水流坑:主干河道流经需治理坑道的,将河床与坑道隔离治理,其河水可以流入坑道,但不让其流出,可水利蓄水,待全部治理完成后,在贯通主河道。
3)积水坑道出水强化治理
采取功能性手段,将断面检查站4#坑道及上游3#坑到区域做强制性的治理,以达到藁城境内出水水质达标排放的目的。
4)功能性区域划分及说明
①类氧化塘域。首先对水体强制行治理区域做原位治理,形成类氧化塘功能;在进入强治理区域处放置药饼。
②曝气加药区域。利用曝气搅拌方式,对自动加入的药剂,进行搅拌,以降解水体污染物。
③好氧区域。在该区域进行强曝气,对水体进行增氧,以此来降解部分水体污染物,同时可进行反硝化,去除氨氮。
④沉淀+过滤区域+类氧化塘。在河内设置深度过滤区,以去除可溶性的污染物,及保证出水水质的稳定排放。
5)功能性区域图,如图9。

(3)藁城区水处理中心入河排污口预处理工程
项目针对藁城区水处理中心的尾水,采用物化手段对其处理,使其水质指标得到一定的降解,进而达到提升滹沱河藁城断面水生态环境的目的。
技术介绍:通过凝聚、吸附、电化学、螯合固化和分离作用,无论处理有机系废水还是处理无机系废水,都能使溶存在污水中的物质(其中包括金属类的污染物)和悬浊物很快凝集分离,使污水转化为水质优良的清洁水。
预处理段参数:2000m×10m×1.2m=24000m3
日处理水量:80000m3/天;
设计流量(Q):3333.33m3/h;
水力停留时间(HRT):7.2h;
采用工艺:类氧化塘湿地工艺;
4.3 项目整体工艺流程
工艺流程如图10。

 
 图10 工艺流程图

4.4 原位治理药剂量测算
(1)治理段的泥量及水量的计算
全流域10.4km泥量为95.8万m3,水量为136.9万m3
①治理段1#、2#、3#、4#泥量占总量比例为:34.72%;治理河道泥量为:95.8万m3×34.72%=33.26万m3
②治理段5#泥量占总量比例为65.26%;治理断面5#泥量为:95.8万m3×65.26%=62.52万m3
③治理段1#、2#、3#、4#水量占总量比例为12.32%;治理坑水量为:136.9万m3×12.32%=16.87万m3
④治理段5#水量占总量比例为87.66%;治理断面5#泥量为:136.9万m3×87.66%=119.95万m3
(2)各段治理药剂量测算
预处理药剂量:80000m3/天×365天×6.64ppm=193.8吨;
①1#,2#,3#,4#治理断面药剂量。治泥药剂量:33.26万m3×607.8ppm=202.2吨;治水药剂量:16.87万m3×280ppm=47.3吨;药剂量为202.2+47.3=249.5吨;
②5#治理断面药剂量。治泥药剂量:62.52万m3×607.8ppm=380.0吨;治水药剂量:119.95万m3×251ppm=301.07吨;药剂量为:380+301.07=681.07吨;
(3)合计药剂量
药剂量为:193.8+249.5+681.07=1124.37吨;

5.治理后的维护方案

5.1 维护技术措施
(1)药包更换
 预处理类氧化塘和功能性湿地内使用的药包,根据药效实际情况,一般在3个月左右,更换一次药包,同时对湿地内垃圾进行清理、打捞。
(2)功能性湿地维护
  正常的情况下,每年一次对湿地内滤池的填料进行一次清洗,湿地内植物做好收割、越冬、养护等工作。
(3)沿岸排污口排查及控制
为保障河道下游水质的稳定,不定时的对沿岸排污口进行排查,及时发现,并采取有效措施。
(4)水生植物维护
1)水生植物的收割
根据水生植物的生长情况,及时收割、收集、处置或利用,去除多余的水生植物,避免其腐败分解,败坏水体,控制其可能对环境产生的不利影响。挺水、浮水植物收割应根据生长情况和景观要求,及时收割,夏季应每隔半个月收割一次,防止因收割不及时阻塞航道,影响景观。水生植物的收割方式为手工操作,不使用化学灭草剂,这将大大减少对水环境产生的不利的影响。
2)水生植物的越冬
冬季大多数高等水生植物生长极其缓慢,一些挺水、浮水与浮叶植物死亡,其残体易引起二次污染;而单独用一些冬季能够生长的水生植物,难以取得理想效果。因此,考虑采用保持水位、保持水流的方法,使植物能安全越冬,为水生植物的生长及种群自我演替提供了保障。
3)水生植物的繁殖
水生植物的繁殖是保存和丰富植物种质资源的重要手段。通过适宜的繁殖栽培方法,既稳定了植物的生理生态特性,又提高了植物的繁殖系数,从而获得健壮的水生植物种类。
4)水生植物的病虫害防治
工程实施过程中发现病虫害及时防治,对于长势茂盛的植物以圈养种植、收割等方式,控制其蔓延,防微杜渐,避免水体走向淤积过度导致沼泽化,同时也可增加水体中污染物的输出量。
5.2 水质检测
检测指标:检测主要的水质指标为pH、溶解氧、CODcr、氨氮和总磷。
样点分布:主要为藁城污水处理中心入河排污口、正北沙场断面、西里村断面、滹沱河大桥积水坑道、张村桥出境断面等5个断面。
采样频次:施工前全面监测一次作为本底值,工程施工期间每天采样一次,施工结束后每月2次。检测效果对比如图11。


图11 水质采样检测对比
 

 

     此案例摘自《海绵城市建设实用技术手册》,如需要了解更多海绵城市建设内容及案例,可订购此图书。 
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