生物接触氧化填料在梁滩河综合治理中的应用

刘鲁建，聂忠文，冀雪峰，熊 蔚，王 芳

（1.武汉长江工商学院科亮生物研究院，湖北 武汉 430065；2.湖北科亮生物工程有限公司，湖北 武汉 430065）

三峡水库自成库以来备受关注，如何对其水环境容量合理利用，成为重庆市可持续发展战略的难题。嘉陵江是库区重要的一级支流，也是重庆市重要的饮用水水源地［1］，梁滩河发源于重庆市九龙坡区，是重庆主城区境内嘉陵江下游的主要支流。自20世纪90年代中期以来，流域内由于家禽饲养、农业活动、工业污染、城市垃圾及生活污水的持续作用，梁滩河水质日益恶化。近年来，梁滩河水质以劣V类为主，色泽如墨，恶臭难当，成为名副其实的“黑水河”［2］。对梁滩河的综合治理工程主要采用KIC生物接触氧化技术（河道曝气＋高效菌剂投加＋生物带），通过高效微生物富集和微孔曝气，使河道污染物得到降解，改善水质。该技术的原理是通过一定的化学或物理手段，将游离的微生物（包括土著或外源微生物）固定到载体上，使微生物高度密集，并能保持微生物的活性，使其通过微生物的高效活性降解水中污染物。本工程采用生物带、河道治理专性高效菌粉、微孔曝气管组成生物反应系统，对梁滩河进行原位处理。

1 梁滩河治理的工艺流程及水质情况

1.1 处理工艺流程

通过在河底铺设生物带填料和微孔曝气管使污水通过与附着生物膜的生物带充分接触，利用生物带上附着的河道治理专性高效微生物菌群（即生物膜）的协同作用降解污水中的各类污染物质。这样既能达到良好的净化效果，又不影响沿岸原有布置。每个处理段生物带底部间隔10 m设置1根集泥管，不定期抽上游来水泥沙。该工程建新支流治理段总投资149.79万元，年运行费用为10.08万元，去除COD的费用为0.25元／kg；梁滩河天赐温泉治理段总投资131.01万元，年运行费用为8.36万元，去除COD的费用为0.25元／kg；梁滩河强化治理段总投资90.19万元，年运行费用为6.84万元，去除COD的费用为0.37元／kg。工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

1.2 水质监测和治理

根据梁滩河的水质情况，本工程选取3个治理段，分别是建新支流治理段（位于建新支流汇入梁滩河干流处，水量约10 000 m3／d，治理段长250 m）、梁滩河天赐温泉治理段（位于天赐温泉段上游，水量约15 000 m3／d，治理段长250 m）和梁滩河强化治理段（主要是强化处理梁滩河天赐温泉治理段出水，水量约25 000 m3／d，治理段长300 m）。如图2所示。

图2 监测治理断面图

1.3 进水水质及处理目标

根据需要，现场布设4个监测断面，监测进水及各处理段的处理情况，如图2所示。经多次对废水取样分析，设计水质情况见表1。处理目标为水体满足《地表水环境质量标准》Ⅴ类水域功能区要求。

表1 上游进水水质指标

2 梁滩河水质改善效果

2.1 水质情况

根据九龙坡区环境监测站监测数据显示（表2），工程区域三段河道出口断面（A3、A4、A6监测点，见图2）水质COD分别为：34.7、29.4、22.6 mg／L，均达到《地表水环境质量标准》中Ⅴ类水体要求，符合《九龙坡区次级河流水环境综合治理适用技术要求及试验示范考核办法（试行）》规定的要求。3个出口断面氨氮分别为：6.13、4.27、4.38 mg／L，尚未达到《地表水环境质量标准》中Ⅴ类水体要求和《九龙坡区次级河流水环境综合治理适用技术要求及试验示范考核办法（试行）》规定的要求，但工程的实施大幅度提高了水体对氨氮的自净能力和去除效率。考虑还存在海龙工业废水处理站出水排放、个别零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情况，因此该工程实际污染物去除效率要高于此监测数据。

由于工程实施河段上游污染物流域治理措施得力，河段进口水质相对比较理想，河段进口（A1、A2、A5监测点，见图2）COD分别只有38.2、41.5、31.6 mg／L，未给工程河段带来过大的污染物负荷，也是工程河段出口COD比较理想的重要原因之一。

2.2 污染物去除效果

根据九龙坡区环境监测站监测数据显示（表2），工程区域三段河道对COD的去除比例分别为：梁滩河真武支流段16.4%、天赐温泉海龙段23.0%、天赐温泉景区段28.5%；氨氮去除比例分别为：梁滩河真武支流段17.4%、天赐温泉海龙段19.0%、天赐温泉景区段23.6%。由此可见，工程区域各个河段均体现出了一定的COD和氨氮的去除效果，但该数据不能视为工程真实处理效果，因还存在海龙工业废水处理站出水排放、个别零星排污口未治理完全、底泥未清淤的情况，故该工程实际污染物去除效率要高于此监测数据。

表2 废水监测结果一览表

根据梁滩河天赐温泉段全年平均流量0.6 m3／s估算，该工程COD去除总量约为155 t／a，氨氮去除总量约为22.5 t／a。

2.3 河道自净能力

根据中国市政工程华北设计研究总院所编写的《重庆市梁滩河（九龙坡区段）综合治理实施方案》，工程治理之前梁滩河（九龙坡区段）污染物一级反应降解系数：Kcod为0.005 4／km、KNH3为0.002／km。经过工程强化后，3个工程河段COD降解系数分别达到：1.05／km、0.72／km、1.12／km，分别提升了194倍、133倍和207倍。氨氮降解系数分别达到0.77／km、0.84／km、0.90／km，分别提升了385倍、420倍和450倍。由此可见，该工程对于河道自净能力的提高是非常显著的。

3 梁滩河的治理结果与分析

3.1 CODCr的去除

治理系统对CODCr的去除效果见图3。

图3 CODCr的去除效果

由图3可知，系统对CODCr值的去除率在60%～80%之间，平均去除率为68%，说明系统对有机物保持了较好的去除程度。目前，处理后出水CODCr值在34 mg／L左右，处理效果明显，运行稳定。

3.2 氨氮的去除

治理系统对氨氮的去除效果见图4。

图4 NH4－N的去除效果

由图4可知，在进水NH4－N高达10 mg／L条件下，系统对氨氮的去除效率保持在80%以上，氨氮出水达2 mg／L左右。该种工艺脱氮主要是依靠微生物反硝化作用来实现的，在生物带断面上形成理想的“好氧－缺氧－厌氧”微环境，保证了硝化和反硝化反应的同时进行，使其具有高效的脱氮功能。

3.3 总磷（TP）的去除

治理系统对总磷的去除效果见图5。

图5 TP的去除效果

由图5可知，进水总磷为0.6～1.1 mg／L，经过系统处理，出水基本总磷维持在0.2 mg／L左右（达到地表水Ⅲ类、Ⅳ类水平），系统对总磷的去除率在60%～80% 范围内变动，平均去除率为67.5%，说明系统对总磷的去除效率高，处理效果显著、稳定，且通过微生物技术和生物操纵控制富营养化水体磷水平在实践中被证明是十分有效的。

4 结论

利用生物接触氧化填料技术对CODCr的去除率为68%，对氨氮的去除率为60%，对总磷的去除率达67.5%，出水CODCr为22～38 mg／L，总磷维持在0.2 mg／L左右（达到地表水Ⅲ类、Ⅳ类水平），氨氮含量降至4.38 mg／L，以上指标均达到《地表水环境质量标准》V类水域功能区要求。结果表明：

（1）这种采用微生物固定化技术并结合生物带，河道治理专性高效菌粉、微孔曝气管的技术对梁滩河进行原位处理的工艺具有良好的处理效果。

（2）该种工艺总体投资少、抗冲击性好、运行管理方便、便于维护、适用范围广，且生物带可长期使用，避免经常更换造成运行费用的增加。

（3）本工程成功抑制和削弱了污染底泥释放对水体的污染作用，使水质在整个工程段内逐渐好转，但若要得到更好的出水水质，还需对底泥进行清理。

（4）西南地区河流雨季水位陡涨，在今后的类似工程中，需进一步加强防洪和泄洪措施，防止洪水对设备和堤岸产生破坏。

（5）该工程需要稳定的供电保障，才能维持较低的运行费用，因此不适用于野外河流，若采用柴油发电机供电，运行成本过高。

［1］袁中智.水环境时空分析方法研究［J］.生态经济，2009（5）：116－119.

［2］李富宇.固定化复合微生物技术处理梁滩河水体的研究［D］.重庆：重庆大学，2011.