上庄水库水循环工程运行效果分析（胡淑彦）

摘要：介绍了水循环工程的概况、意义、工艺流程及去污机理, 并对处理效果进行了分析。运行实践表明, 该工程通过湿地净化作用使上庄水库水质得到了明显的改善。该项工艺在改善水库、湖泊等“静水”水质方面具有良好的应用价值和推广前景。

关键词：水循环 工程 湿地 水质

中图分类号TV62+1 文献标志码A 文章编号1673 - 4637 ( 2007 ) 06 - 0028 - 03

1 处理目标及意义

上庄水库位于温榆河上游, 是海淀区“十一五”水生态环境规划的三大生态景区之一。上庄水库流域面积186.0 km2, 库容265 万m3, 建成于1960 年。由于海淀区北部灌溉区耕地被大量征用, 水库功能已由灌溉为主转变为以改善区域生态环境和发展旅游为主, 兼有防洪和缓解下游水资源短缺等功能。

上庄水库为繁荣当地经济, 改善水库周边环境起了重要的作用, 海淀北部地区即将建成的一批科技园区和旅游休闲度假区就位于水库附近。根据北京市“十一五” 规划和海淀区后山地区总体发展要求, 上庄水库水质管理目标为Ⅳ类。但在过去一段时间内, 由于区域经济和城乡建设的发展, 流域内污水产生量逐年上升, 而污水处理设施建设则相对滞后于经济社会的发展, 造成库区纳污量居高不下。目前上庄水库总体水质评价为劣Ⅴ类, 尤其是库尾, 水流较缓, 水量较小, 致使水域稀释自净能力较弱, 水质差, 已影响了周边的生态环境和附近居民的生活质量。因此改善上庄水库水质及周边环境, 更好地为中关村科技园区服务, 已成为迫在眉睫的事情。

为了改善上庄水库的水质, 海淀区水务局根据湿地的生态净化作用以及“流水不腐”的原理修建了水循环工程。工程自2006 年12 月9 日开工, 于2007 年4 月30 日竣工, 2007 年5 月1 日正式运行。包括全长2 750 m 的渠道、1 座泵站、2 处过路涵洞、3 座连拱钢闸门, 将上庄水库和翠湖湿地连接起来。设计最大流量1.5 m3 / s。

2 工艺流程及净化原理

水循环工程的取水点位于上庄水库拦河闸上游约2 km 处北岸, 出水点位于上游约4 km 处。工程运转时, 水由引水渠道流入泵池, 经提升进入输水渠道, 再到翠湖湿地, 循环水经渠道及湿地水生植物处理后最终排入上庄水库, 使水库水体完成循环。工程正常运行40 a 可使上庄水库水体完成1次循环。具体处理工艺流程如图1 所示。

工程去污原理主要是激活水库内的“静水”, 使水通过渠道及翠湖湿地, 以生物方式得以净化, 增强上庄水库的总体自净能力, 改善区域水环境。水在提升、流动过程中与大气充分接触, 增加水中溶解氧含量;输水渠道为不衬砌的土渠, 渠道口50 m 内种植水葫芦, 渠道内种植荷花、芦苇、香蒲、水葱、睡莲、水芹、菱角、美人蕉、茨白等水生植物。这些植物能够吸收水体中的营养物质, 并通过光合作用放出氧气,增加水中溶解氧量, 同时可以美化周边环境。水进入翠湖湿地的芦苇塘后流速减慢, 颗粒性污染物质沉降下来, 和溶解性营养物质一起, 被芦苇塘内的荷花、芦苇、香蒲、水葱等10 余种水生植物及塘内微生物固定、降解和吸收, 使水得到进一步净化。

3 处理效果分析

3.1 上庄水库水质变化

以《地表水环境质量标准》(GB3838 - 2002) Ⅳ类标准作为水库水质控制类别。表1 是稻香湖湖水循环工程运行前后的水质情况。由表可见, 2006 年6 — 8月水库水质情况较差, 高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3 - N)、总磷(TP)、总氮(TN)均超标, 其中CODMn 指数最大超标0.2 倍; CODCr 最大超标1.37 倍; NH3 - N 最大超标1.13 倍; TP 最大超标8.27 倍; TN 最大超标4.16 倍, 总氮和总磷是水库的主要污染指标。

而工程运行后, 水质总体有较明显的改善, 氨氮、高锰酸盐指数、总氮等指标均已达标, CODCr 虽仍超标0.28 倍, 但较处理前有明显的下降。总磷指标改善不明显。

3.2 工程进出水水质变化

表2 为稻香湖循环工程进出水水质指标对比情况。从表2 可以看出, 系统对CODMn、CODCr 和BOD5有明显的去除效果, CODMn 的去除率为6.6 %, CODCr的去除率为34.4%, BOD5 的去除率为36.8%。其去除原理是: 不溶性有机物通过输水渠道内和翠湖湿地内水生植物的过滤作用而被截留, 和可溶性有机物一起通过植物根系生物膜的吸附、微生物降解和根系吸收作用而得以去除。CODMn、CODCr 均达到Ⅳ 类标准;BOD5 甚至达到I 类标准。

系统对NH3 - N 的去除效果较好, 出水NH3 - N 符合GB3838 - 2002Ⅲ类水质标准, 去除率为19.8%。氨氮的去除是由于输水渠道及湿地内水生植物和系统独特的结构形成好氧和厌氧的微环境, NH3 - N 在有氧条件下, 通过硝化作用逐步变为亚硝酸盐、硝酸盐,硝酸盐氮在厌氧条件下再通过反硝化变成氮气而得以去除。然而, 对比总氮的去除率可以发现, 总氮的去除率远低于氨氮的去除率, 只有4.1%。分析认为, 由于翠湖湿地是表流型湿地, 系统厌氧作用弱于好氧作用, 造成反硝化作用不充分, 部分氨氮转变为氧化态后并没有进一步反硝化而彻底去除。

从表1、2 可以看出, 系统对总磷的去除效果不明显。这是因为和BOD 及氨氮主要靠微生物去除的原理不同, 水体中磷的去除主要靠湿地的沉淀和植物根系的截留吸收来实现。由于系统从水库取水,来水中的非溶解态磷已沉降较完全, 湿地对非溶解态磷的去除效果未能显现; 另外, 由于渠道及湿地底泥中溶解态磷的背景值较高, 和来水中磷含量没有明显差距; 加上系统运行时间较短, 造成总磷去除率不高。

4 结论

(1) 工程运行结果表明: 上庄水库水循环工程对改善水库水质有较好的作用, 对水体中的CODMn、CODCr、BOD5、NH3 - N 等主要污染指标有明显的去除效果, 经湿地处理后, 水库主要水质指标达到规划的IV 类标准。

(2) 系统对总氮和总磷的去除率不高, 这和系统的结构及当地的环境背景情况有关。总氮可通过增设潜流湿地单元提高去除率, 总磷可通过提高湿地底泥中的钙质含量来提高去除率。

(3) 工程实践证明: 上庄水库水循环工程作为一种改善水库、湖泊水质的生态处理方法, 运行成熟后可使水库主要污染指标达到规划标准, 在水库、湖泊等“静水”水质的处理和改善中具有广阔的应用前景。但该项工程技术还处于研究发展阶段, 有待于进一步研究创新,以期取得更好的处理效果。

(4) 上庄水库水循环工程处理的是上庄水库内的“静水”, 使库内水体“自循环”。要想彻底改善水库的水质, 在保证工程正常运行的同时, 还要杜绝一切污染源, 使上游来水达标流入库区。

(5) 工程的运行管理和后期维护对保持上庄水库水循环工程的长期稳定运行、出水水质和改善上庄水库的水质非常关键。

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作者简介: 胡淑彦( 1962 — ) , 女, 高级工程师。

来源：《北京水务》2007.6