西海后海连通渠生物填料更新工程适用性分析

齐 雯

（北京市城市河湖管理处，北京 100089）

1 工程背景

西海后海连通渠位于西海和后海之间，总长为240 m，通道宽5 m，日常运行水位44.50 m（水深1.5 m）。现阶段通道内安装了37台水下曝气机和生物填料，主要通过水下曝气机给水体充氧，提高水体中的溶解氧［1］，生物填料主要净化水体中的污染物，通过曝气充氧和生物填料降解水中的有机物，对水质进行改善。水体从西海向后海流动，流量为0.5 m3/s。

由于现有治理措施为2007 年建设，设备已达使用年限，净化效率降低，不能满足功能区要求的水质标准，现阶段有害昆虫较多，周边群众反应强烈，因此需对生物填料进行更新，即利用原有的处理设施进行改造。

2 工程实施方案

利用原有的曝气充氧设备，并配合弹性生物填料、陶粒微生物载体对水体进行处理。根据河段水文条件、河床结构及水质状况，采用河水原位净化系统，如图1所示。

系统由2 个部分组成，即生物接触氧化净化单元和陶粒微生物载体接触氧化净化单元。河水依次流经2个单元，实现水体污染物的净化。

生物接触氧化净化单元通过弹性生物填料表面生物膜及物理拦截作用，净化水体污染物和促使颗粒物沉降；底部利用原有的曝气机进行适度曝气增氧，为弹性生物填料表面好氧生物提供适宜的生存环境，提高其污染物净化能力［2］。陶粒微生物载体接触氧化净化单元与前段相比，具有更高的生物量和净化能力；底部利用原有的曝气机进行曝气，以保证载体上好氧生物膜系统的生存条件，提高其污染物净化能力。载体床内部预设的反冲洗系统保证不发生堵塞现象。

生物接触氧化净化单元的停留时间按照30 min考虑，陶粒微生物载体接触氧化净化单元的停留时间按照3 min 考虑。系统总平面示意，如图2所示。

图2 系统总平面示意

对西海后海连通渠内原有的生物填料进行拆除，更换新的弹性生物填料，并继续利用原有的曝气机对填料进行曝气。

首先拆除原有的生物填料，然后清理通道内的底泥和杂物，通道清理干净后将加工好的填料架和填料运到现场，在河道内进行组装，组装好以后通水调试。

设计安装弹性生物填料750 m3，共分30 组，每组用槽钢和圆钢作为钢制支架用以栓挂填料，在每组填料中间设置1台曝气机。填料和填料之间保留1 m的间距，总的安装长度大约180 m。

在生物接触氧化净化单元后设置一段陶粒微生物载体，总长按照10 m 考虑，此单元分为5 段，每段按照2 m 考虑，使水流在其中折向流动，增加接触时间。陶粒段共5 组，每组均由布水板、滤料承托层、滤料层组成。其中，滤料承托层由卵石组成，滤料层由陶粒滤料组成。滤料承托层高度按照200 mm 考虑，上部为陶粒层，高度按照600 mm 考虑。陶粒层平面尺寸为3 m×2 m。在陶粒段的放置1 台水下曝气机，对陶粒段进行曝气，为附着在陶粒上的微生物提供氧气［3］。

3 工程实施过程的跟踪监测方案

本工程于2014年4月底完工。2012年4、6、9月及2013 年3 月对原有设备运行进行实时监测，所获数据反映工程实施前的水质情况，即原有设备治理下的水质状况，每月1 次。2014 年5—9 月对设备运行进行实时监测，所获数据可反映更新设备后的水质状况，每月1次。水体自西海经连通渠流入后海，选取连通渠入口和出口2个监测点。连通渠入口位于西海，可反映西海水质，即措施实施前的水质状况。连通渠出口位于后海，可反映后海水质，即措施实施后的水质状况。

西海后海连通渠生物填料更新工程的核心技术即为生物接触氧化技术，生物接触氧化技术核心部分为生物填料，它是生物膜的载体，使填料上生长一层生物膜，水体持续进入生物填料后，水中的有机物被生物膜吸附，生物酶发挥催化作用，生物膜发生新陈代谢，氧化分解有机物，从而去除水中的大部分有机物［4］。因此，该工程对水体中的化学需氧量（CODcr）有明显影响。同时，西海、后海是著名的旅游景点，污染源主要为外源污染，如漂浮的垃圾杂物等，氨氮（NH3-N）是反映外源污染的重要指标。另外，总磷（TP）等化学性指标是反映水体富营养化的主要因素，因此选取化学需氧量、总磷和氨氮等水质指标进行监测。测定水质指标按我国地表水环境质量标准（GB3838-2002）进行，采取单因子评价方法，对水质类别进行分析。监测项目和测定方法，详见表1。

表1 监测项目和测定方法

4 生物接触氧化净化技术对内城河湖水质的改善

为改善后海水质，实施西海后海连通渠生物填料更新工程，核心技术为生物接触氧化净化技术，对该技术进行应用效果评估和适用性分析。

工程实施前，通道内安装了37 台水下曝气机和生物填料，现有设备下水质情况详见表2，监测指标变化情况如图3—5 所示。从表2 和图3—5 可以看出，通过现有连通渠设备后的水质虽略有好转，但效果已不明显，不能达到治理目标，因此进行连通渠生物填料更新。

表2 现有设备的水质现状 mg/L

图3 治理前CODcr变化

图5 治理前TP变化

4.1 水质改善的评价

本工程于 2014 年 4 月底完工。2014 年 5—9 月对设备运行进行实时监测，监测的水质指标有化学需氧量、氨氮、总磷，治理效率明显提高，水质明显改善：化学需氧量≤20 mg/L，达到Ⅲ类水标准，功能要求为Ⅳ类；氨氮≤1.0 mg/L，达到Ⅲ类水标准，功能要求为Ⅳ类；总磷≤0.3 mg/L，达到Ⅳ类水标准，功能要求为Ⅳ类；三者均达到工程设计目标。更新设备后的水质现状，详见表3。监测指标具体数据曲线，如图6—8所示。

表3 更新设备后的水质状况 mg/L

图6 治理后CODcr变化

图7 治理后NH3-N变化

图8 治理后TP变化

4.2 技术有效性分析

利用生物接触氧化技术结合曝气实施西海后海连通渠更新工程，合理地利用了地理位置优势，通过更换最新的生物填料净化水体污染物，提高了措施效率，使得水质指标化学需氧量、氨氮、总磷下降，其中化学需氧量和氨氮达到Ⅲ类水标准、总磷达到Ⅳ类水标准，水质明显改善，达到水域功能要求及工程设计目标。

该技术核心部分为生物填料，选用优质的生物填料具有微生物无毒性、传质性能良好、性质稳定、不易被生物分解、强度高、寿命长、价格低廉等特点。由于设备安装对水体地理位置有一定要求，同时由于设备运行会对行洪有一定影响，所以该技术适用于相对封闭静止、地理位置有条件安装设备、同时对行洪要求不高的水体。因此，生物接触氧化技术在城市相对静止的湖泊通道中可以使用，有一定的推广意义。同时，设备需要后期的运行维护，以保证在运行管理中密切监管，定期观察运行情况，监测处理效率，随时掌握设备运行状况，以便及时处理出现的故障或者更新设备。

5 结论与建议

生物接触氧化技术结合曝气使得水质指标化学需氧量、氨氮、总磷下降，其中化学需氧量和氨氮达到Ⅲ类水标准、总磷达到Ⅳ类水标准，水质明显改善。该技术核心部分为生物填料，选用优质的生物填料具有微生物无毒性、传质性能良好、性质稳定、不易被生物分解、强度高、寿命长、价格低廉等特点。由于设备安装对水体地理位置有一定要求，同时设备运行会对行洪有一定影响，所以该技术适用于相对封闭静止、地理位置有条件安装运行设备、同时对行洪要求不高的水体。综上，生物接触氧化技术在城市相对静止的湖泊通道中可以使用，有一定的推广意义。