河北某河段水体应急治理实例*

丰 元，叶慧敏，栗勇田，2，3

(1 润田环境工程有限公司，湖南 长沙 410221；2 天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；3 河北省河道水质净化及生态修复重点实验室，河北 秦皇岛 066000)

根据《中国生态环境状况公报》，2021年，我国七大流域和浙闽片河流等主要江河监测3117个国考断面中，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占87%，比2020年上升2.1%；劣Ⅴ类占0.9%，比2020年下降了0.8%。其中不达标的河段主要集中流经城市的河段；突发环境事件中水污染事件占60%[1-3]。河道水往往总量大，一旦发生污染，污染程度随河流径流量变化，污染物扩散快，影响不限于发生河段，上游河段污染会很快影响下游。流动性差的河段则易形成黑臭水体，采取快速有效的治理极为重要。目前常用的河道应急治理方法有吸附法、吹脱法和化学药剂处理法。吸附法主要针对芳香族化合物、石油类等可吸附有机物的泄露，处理效果好，操作简单，但吸附材料用量多，成本昂贵；吹脱法用于脱除水中某些易挥发性物质，如氯代烃类污染物，处理效果稳定，流程简单，但易引起大气二次污染；化学药剂处理是通过投加适宜的应急药剂降低水体污染物指标的方法，处理效果好，灵活多变，操作简单。

根据污染水体的水质特点，选取PAC、COD去除剂和氨氮去除剂三种应急药剂展开研究，考察三种药剂的去除效果，通过在该应急河道现场运行，验证药剂的效果和稳定性。利用应急药剂多点投加并配合人工增氧措施和微生物活化装置，在治理河道进行三段强化治理，改善河道生态环境，水质净化后达到《大清河流域水污染物排放标准》中重点控制区排放限值。

1 项目概况

项目地点位于河北省，该河段水面宽约40 m，水深0.5～3.5 m，总长约4.5 km，面积约为18万m2，水量约33万m3。治理期间，东三环泵站又排入污水约2万m3，总水量约为35万m3。整个河段上游水量较少，水质较好，水面水草较多。东二环泵站以东水质较差，水体颜色较深，水面有垃圾、杂草等漂浮物，呈轻度黑臭，水体基本呈现滞留状态。东三环泵站不定时排放污水，下游水量最大，水质较恶劣。该项目主要治理段在东二环至终点，东二环至东三环之间河道水质较差；东三环后，市政雨水管网中积存污水不定期排放；另外，该项目治理周期10天，时间短，体量大，水质治理要求高，治理后要求水质达到《大清河流域水污染物排放标准》中重点控制区排放限值。

2 试验材料与方法

2.1 水样采集

2021年4月18日，我公司委托有CMA资质的第三方检测机构，对河道治理区域进行分段取样检测，检测点位置如图1所示。

图1 取样点位置示意图

检测结果如表1所示。

表1 河北某河段治理区域水质监测数据

以上数据表明，该河段内主要污染物数值超标，数值为《大清河流域水污染物排放标准》中重点控制区排放限值的2～4倍。

2.2 药剂试验

(1)试验原水

原水选取前述具有代表性的河段——河道污染较严重的2#取样点的污水，COD浓度为120 mg/L，氨氮浓度为8 mg/L，TP浓度为1.45 mg/L。

(2)仪器及试剂

恒温磁力搅拌器(BM-09A5T)，上海贝茵生物科技有限公司生产。

药剂采用PAC、COD去除剂、氨氮去除剂进行试验。

PAC有效成分含量为30%。COD去除剂有效成分含量85%，由断链剂、耦合剂、催化剂等主要成分组成，通过破坏有机物大分子结构，从而去除COD，并对氨氮有催化、分解作用。氨氮去除剂有效成分含量为11%。氨氮去除剂专门解决水中氨氮而研发的新型药剂，对污水中的氨氮有催化、分解作用，能使废水中的氨氮迅速转为无害气体而达到去除氨氮的目的。

(3)试验设计

采用实验室试验和原位模拟试验，实验室试验主要研究药剂对河道原水的处理效果，确定最佳投加量；原位模拟试验采用实验室试验中确定的最佳投加量进行现场试验，验证处理效果。

实验室试验：量取1 L水样于2 L烧杯中，试验在恒温磁力搅拌器上进行。药剂单独投加时，PAC投加量分别为20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60mg/L，COD去除剂的投加量分别为200 mg/L、400 mg/L、600 mg/L、800 mg/L、1000 mg/L，氨氮去除剂投加量分别为100 mg/L、200 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、500 mg/L。单独投加药剂，搅拌15 min后静置30 min。取上清液检测试验结果。

原位模拟试验：借助去除底板的水桶，将水桶垂直插入河床底部圈出试验场地，使试验水体基本不与外部水体接触[4]，药剂投加量采用实验室试验中的最佳投加量，并按照PAC-COD去除剂-氨氮去除剂的顺序投加，其他同实验室试验。

3 结果与讨论

(1)实验室试验时的去除效果如图2所示。

图2 各药剂单独投加时的去除效果

①当PAC投加量在0～40 mg/L时，COD、TP下降较快，于40 mg/L时，水样中COD降至81.6 mg/L，TP降至0.522 mg/L，去除率分别为32%、64%；大于40 mg/L时，COD、TP下降逐渐变缓。氨氮无明显变化。

②当COD去除剂投加量在0～600 mg/L时，COD、氨氮下降较快，于600 mg/L时，水样中COD降至46 mg/L，氨氮去除剂降至4.3 mg/L，去除率分别为61.6%、46.3%；大于600 mg/L时，COD、氨氮下降逐渐变缓。TP无明显变化。

③当氨氮去除剂投加量在0～300 mg/L时，氨氮下降较快，于300 mg/L时，水样中氨氮下降至2.88 mg/L，去除率为64%；大于300 mg/L时，氨氮下降逐渐变缓。COD和TP无明显变化。

综合考虑经济成本和降低污水指标的效率，确定PAC、COD去除剂、氨氮去除剂的最佳投加量为40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L。

(2)原位模拟试验结果如表2所示，结果显示处理效果基本能与实验室试验相佐，同时，氨氮检测结果已达标，COD、TP得到明显改善，COD、氨氮、TP的去除率分别69.6%、71.4%、70%。

表2 原位模拟试验检测结果

4 应急处置应用

4.1 工程措施

4.1.1 控制污染源

组织力量全面排查沿岸企业、居民区、清理排污暗管，特别重视临河小区的污水直排口、混接雨水排放口对河道的污染[5]。治理前与有关部门取得联系，将河道周边排污口进行封堵。随后，通过人工先将河段内漂浮物打捞至岸边，然后一并清理沿岸垃圾，避免雨水冲刷岸边垃圾至河道引起污染，全面切断污染源。

4.1.2 水体全面治理

为保证应急治理时效性，缓解因污水不定期排放造成的河道环境压力，该项目主要采用应急药剂来降低水中COD、氨氮、TP的指标。试验表明PAC、COD去除剂、氨氮去除剂最佳投药量为40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L，TP、COD、氨氮去除率分别70%、69.6%、71.4%。由于治理河段基本呈现滞留状态，为保证水质达标排放，辅助采用人工增氧和微生物活化装置等措施进行治理，工艺流程如图3所示：

图3 工艺流程图

根据河道水质污染情况，将治理河段分为三段：起点-东二环(预处理段)、东二环-东三环(一级强化治理段)、东三环-终点(二级强化治理段)。药剂投加形式：多点投加。

预处理段，水质相对较好，通过向河道投加3种应急药剂，起到预混作用；随后进入一级强化治理段，该段水体呈轻度黑臭，通过设置两级喷泉曝气，喷泉曝气机配置有高速旋转的螺旋桨，可以充分搅拌水体，在内部形成循环，预处理段河水逐渐也与该段水体混合，继续投加应急药剂充分与水中污染物作用，COD、氨氮、TP均得到改善；进入二级强化治理段，上游水体与下游水体由于混合作用，水中污染物部分下降，在应急药剂的进一步作用下，水质达到净化，同时设置微生物活化装置、迅速产生高密度微生物菌群，在高能氧微纳米曝气机曝气作用下，恢复水中好氧微生物的优势菌群效应，加强河道自净能力，水质达标后排放。

4.2 主要构筑物及设备

4.2.1 药剂投加

根据试验确定PAC、COD去除剂、氨氮去除剂最佳投药量为40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L，应急污水总量35万m3，计算得到总加药量分别为14 t、210 t、105 t，药剂分9天投加完毕，配药浓度0.5%～10%。

溶药池：现场土方开挖，尺寸6 m×6 m×3 m，2座，在东二环与东三环各设一座，土池表面铺设防水膜，配备加药泵，利用船只沿河宽铺设加药管道进行投加，加药管道经浮筒固定。

高压喷雾机，流量25 L/min(可调节)、射程8～12 m，单台尺寸120 mm×500 mm×800 mm，配套药箱400 L，共计4台，作为移动式投加。

配备船只若干。

4.2.2 人工增氧设备

喷泉曝气机利用水利机械的搅拌提升原理，可将水体提升后与空气接触，令水层产生上下循环，内部配置高速旋转的螺旋桨，可以搅拌河水，从而使河水充分曝气。单台设备的服务面积约为500 m2，配置功率为2.2 kW，共计安装曝气设备10台，分别在东二环和东三环泵站排水口附近放置一组(5台)。

高能氧微纳米曝气机可将空气中的氧气注入水体中，在水体中形成微小气泡，当气泡直径在100 μm以下称作微米气泡，直径为100 nm以下的气泡称为纳米气泡。由于气泡的体积可以达到分子级别，因而具备常规宏观大气泡所没有的物理与化学特性，比表面积增加数万倍，体积小上升速度慢，可长时间滞留在水中，提高水中溶氧度。设备单台服务面积约5 000 m2，功率为15 kW，共设置2台，分别安装于河段东侧下游，如图4所示。

图4 曝气设备放置位置示意图

4.2.3 微生物活化装置

通过生物净化自然降低水中有机物的过程是河水自净的主要机理之一，当污染程度超过自净能力，仅靠水体本身所含的土著微生物无法维持生态系统的平衡。微生物活化装置是通过离子吸附、包埋、交联、共价结合等生物工程手段，利用特定污染物选配的优势菌群固定于多酶体系的载体上。通过与当地的水环境相适应，迅速产生高密度微生物菌群并激发本地微生物的生长，快速有效地降解有机污染物，满足改善水质的要求。

载体一旦放入水体，载体中的母体微生物就可以持续繁殖出大量优质组合微生物菌群，能同时去除有机物、氨氮、磷，对河道不会产生二次污染。

微生物活化装置，单台4.20 m×1.40 m×1.2 m，功率2.2 kW，共计投放10台，设备共分2组间隔500 m进行放置，每组5台并联，置于该河段下游。

5 应急治理情况

经过10天治理，COD、氨氮、TP含量逐渐降低至29.84 mg/L、2.48 mg/L、0.3 mg/L，去除率分别为68.7%、62.6%和75.6%，具体水质变化如图5所示。治理后，河道水面整洁，水体透明度增加，水质逐步恢复至《大清河流域水污染物排放标准》中重点控制区排放限值。

6 经济分析

该项目水量约为35万吨，主要采用应急药剂治理，用电设备主要为喷泉曝气机、高能氧微纳米曝气机等，现场用工23人左右，考虑药剂费、电费、人工费，运行费用约为0.57元/(m3·d)，经济性较好。

7 结 论

外源污染物突发进入河道水体后，通过河道自净能力往往难以达到降解水中污染物的目的，必须采取有效措施进行治理。治理之前应及时联系有关部门封堵排污口、清理河道垃圾以切断污染源，确保河道治理措施有效实施。通过采集河段具有代表性水样进行PAC、COD去除剂、氨氮去除剂药剂试验，并综合考虑经济成本和降低水质效率，确定PAC、COD去除剂、氨氮去除剂最佳投加量为40 mg/L、600 mg/L、300 mg/L。

针对河道污染状况，利用三种药剂多点投加并配合人工增氧措施和微生物活化装置，在治理河道进行三段强化治理，治理后水质达到《大清河流域水污染物排放标准》中重点控制区排放限值，COD、氨氮、TP去除率分别达到68.7%、62.6%和75.6%。