针对低污染水体的多级生态塘工艺的应用效果分析

李 健

（山东港通工程管理咨询有限公司， 山东 烟台 264000）

水资源是自然资源和景观资源最为重要的基础， 是城市生态环境保护和湿地生态的重要组成部分， 也是城市水资源可持续发展和城市居民身心健康的重要保障[1]。 然而， 随着城市化进程的加剧，城区地表水体越来越多地被生活生产废水污水所污染， 使得水体中的有机物和有害无机物含量迅速增加， 水体黑臭， 原生态水生物遭到破坏， 给城市的水环境造成巨大的负担， 加剧了人水矛盾[2]。 为此，采用科学合理的水环境治理工艺是污染事后处理的重要研究工作， 对于不同污染程度的水体， 需研究其适合的处理路径和处理方法， 才能使水体得以恢复。 本文结合实际生态工程案例， 尝试采用多级生态塘工艺进行地表水系的恢复治理， 研究成果可为城区地表低污染水体的治理提供参考。

1 工程概况

山东省烟台市某水系位于城区南侧， 属于天然河道， 区域气候为温带季风气候， 年平均降水量为524.9 mm， 夏季降水量为331.92～422.24 mm， 春季降水量为87.32～121.81 mm， 使得丰水期与枯水期的河道水量差异较大。 近年来， 随着城市的扩张，河道成为居民生活废水和污水的排放渠道， 河道上游有污水处理厂1 座， 其污水处理尾水排放入河流中， 成为河道枯水期的主要生态补水水源。 由于河道长期接纳污水处理尾水以及生活废排水， 水体水质逐步恶化， 表现为水体中的氮磷含量逐年增加，水化现象凸显， 水质劣于地表水环境质量标准， 严重影响城市的水环境可持续发展和周边居民的用水和身心健康[3-5]。 为了保证河流水环境质量， 提升水系周边自然资源和景观资源价值， 采用多级生态塘处理技术， 对污染水体进行治理， 研究处理前后的水体污染物分布特征， 从而为城市低污染水环境治理决策提供有益的依据[6]。 研究水系由1 条主河道和2 条支流（支流A 和支流B） 组成， 在河道的不同地点布置水样监测点15 个， 监测点编号为P-1～P-15， 其 中P1-1～P-5 分 布 在 支 流A 中，P1-6～P-10 分布在支流B 中， P1-11～P-15 分布在主干河道中， P12 位于污水处理厂尾水排水口附近。 水样提取时间为2022 年1 月—2022 年10 月。

2 水体污染物特征分析

为了研究多级生态塘工艺对水体水质的处理效果， 有必要对水系的水样进行提取， 分析其污染物的成分组成、 空间分布特征等[7]。 因此， 对15 个水样监测点的水样进行水体污染物分布特征分析， 结果见第58 页表1。 可以看出， 各污染物的质量浓度在河流水体中的分布并非是均匀的， 污染物的质量浓度极值出现位置也并非是同步的， 存在显著的空间变异性； 在所有污染中， 水体中的总磷（TP） 质量浓度最高， 占据主导地位， 其次为化学需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5）。 水体中的磷反映了水体富营养化的内在机理， 同时也在一定程度上反映了人类活动对水体污染过程的影响， 因此有必要对水体中的各形态磷展开进一步的特征分析。

表1 水体污染物分布特征分析结果 mg·L-1

对15 个水样监测点的水样进行水体中各形态磷分布特征分析， 结果见图1。 从图1 中可以看出，水体中各形态磷在空间分布上也表现为明显的空间变异性， 质量浓度波动性大。 在各形态磷中， 铁磷（Fe-P） 的质量浓度最大， 且空间变异巨大， 其变化范围为210.13 mg/L～1 302.90 mg/L， 最大值出现在P-14 监测点（主河道） ， 最小值出现在P-15 监测点（主河道） ； 闭蓄态磷（Oc-P） 的质量浓度变化范围为19.40 mg/L～399.23 mg/L， 最大值出现在P-9 监测点（支流B）， 最小值出现在P-14 监测点（主河道）； 钙磷（Ca-P） 的质量浓度变化范围为23.60 mg/L～345.82 mg/L， 最大值出现在P-13 监测点（支流B）， 最小值出现在P-10 监测点（支流B） ；碎屑磷（De-P）的质量浓度变化范围为6.66 mg/L～180.80 mg/L， 最 大 值 出 现 在P-10 监 测 点（支 流B）， 最小值出现在P-12 监测点（主河道）； 交换态磷（Ex-P） 的 质 量 浓 度 变 化 范 围 为11.17 mg/L～117.56 mg/L， 最大值出现在P-8 监测点（支流B） ，最小值出现在P-3 监测点（支流A） ； 铝磷（Al-P）质量浓度变化范围为17.52 mg/L～87.90 mg/L， 最大值出现在P-15 监测点（主河流） ， 最小值出现在P-7 监测点（支流B） ； 有机物磷（OP） 的质量浓度最小， 其变化范围为2.57 mg/L～15.79 mg/L， 最大值出现在P-12 监测点（主河流） ， 最小值出现在P-15 监测点（主河道）。

图1 水体中各形态磷分布特征分析结果

3 多级生态塘工艺处理效果分析

为适应水体的恢复治理， 采用多级生态塘工艺进行处理， 详细的处理流程见图2。 在流程的厌氧处理中， 对化学需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5） 的去除率可达到85%～90%。 其中， 一级生态塘的面积为4 000 m2， 以直径为15 cm 的圆砾铺底， 摊铺厚度为20cm； 二级生态塘的面积为2500m2，以直径为15 cm 的细砂铺底， 摊铺厚度为15 cm；并种植有沉水植物， 维持水深约1.5 m。

图2 多级生态塘处理工艺的处理流程

研究结果表明， 2022 年1 月—2022 年10 月，基于多级生态塘处理工艺的低污染水体处理效果中， 各个污染物的去除率存在不同程度的差异， 其中针对化学需氧量（COD） 、 五日生化需氧量（BOD5） 、 铵态氮（NH4+-N） 和总磷（TP） 的去除率较高， 化学需氧量（COD） 去除率达到85.38%～89.79%，五日生化需氧量（BOD5）去除率达到85.59%～89.82%， 铵态氮（NH4+-N） 去除率达到80.03%～84.73%， 总磷（TP） 去除率达到85.18%～89.44%。而针对总氮（TN） 的去除率较为一般， 为65.77%～69.84% ， 这是由于多级生态塘对于硝态氮（NO3--N） 、 亚硝态氮（NO2--N） 的去除率较低所致， 但硝态氮（NO3--N） 、 亚硝态氮（NO2--N） 在水体中的质量浓度非常低， 因此， 对总氮（TN） 的去除率并不影响水体的整体处理效果。

4 结论

以山东省烟台市某水系生态环境治理工程为研究对象， 通过现场采样分析方法， 研究水体中污染物及各形态磷的特征及空间分布， 并运用多级生态塘工艺进行水体恢复治理， 得到以下3 个结论。

1） 各污染物的空间分布表现为显著的空间变异性； 在组成特征上， 总磷（TP） 的质量浓度在全水系的分布最多， 其次为化学需氧量（COD） 和五日生化需氧量（BOD5） ， 影响着水体的污染程度和污染过程。

2） 各形态磷的空间分布也表现出明显的空间变异性； 在组成特征上， 铁磷（Fe-P） 的质量浓度最大， 有机物磷（OP） 的质量浓度最小。

3） 运用多级生态塘处理工艺， 可以大幅度地降低水体中的化学需氧量（COD） 、 五日生化需氧量（BOD5） 、 铵态氮（NH4+-N） 和总磷（TP） ， 去除率达到80%以上。