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論文導(dǎo)讀::阿什河是松花江流域水環(huán)境質(zhì)量最差支河之一,為科學(xué)合理的推進阿什河水環(huán)境治理,本研究通過數(shù)值模型的量化分析,在優(yōu)化污水處理廠建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、時間的基礎(chǔ)上,提出了污水處理廠升級改造+人工濕地+水資源調(diào)度的水環(huán)境治理和保護綜合措施。
論文關(guān)鍵詞:阿什河,納污能力,升級改造,人工濕地,水資源調(diào)度
1 概況
阿什河為松花江右岸的一級支流,發(fā)源于尚志市帽兒山鎮(zhèn)尖山砬子張廣才嶺北端,全長213km,流域總面積3489km2。河道自東南向西北流經(jīng)哈爾濱市阿城區(qū)和市區(qū),并在市區(qū)東北角匯入松花江,全段蛇曲發(fā)育,河槽寬25~60m,比降約1/2500。西泉眼水庫(總庫容4.78億m3,其中興利庫容2.89億m3,調(diào)節(jié)庫容2.45億m3)將河道一分為二水資源調(diào)度,西泉眼水庫以上段長73km,西泉眼水庫以下段長140km,匯水面積為2400km2。
由于流域截污治污能力遠(yuǎn)滯后于地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展,導(dǎo)致污水直排入河現(xiàn)象比較嚴(yán)重,引起河道水質(zhì)惡化,尤其是阿城區(qū)段及哈爾濱市區(qū)段,水質(zhì)基本為劣Ⅴ類,主要超標(biāo)因子為COD和氨氮。每年春夏之際,污水橫流,臭氣熏天,并已經(jīng)影響到松花江干流的水質(zhì)。目前,阿什河已被列入《松花江流域水污染防治規(guī)劃》中水質(zhì)較差的支流,急需整治。
為科學(xué)合理推進阿什河水環(huán)境整治,研究采用水環(huán)境數(shù)學(xué)模型從納污能力角度對納污總量提出限排要求,并提出水環(huán)境治理的量化指標(biāo)。
2 阿什河干流納污能力分析
2.1研究計算基本條件
。1)采用的水文、水質(zhì)邊界條件
典型年型:枯水年型(90%保證率);
下游入松花江口水位:115m~116m;
上游西泉眼水庫下泄量及水質(zhì)條件:下泄量為0.1億m3/a(折合為0.32m3/s),水質(zhì)達到Ⅲ類地表水標(biāo)準(zhǔn)核心期刊目錄。
。2)統(tǒng)計分析方法
將全年劃分為冰凍期(1月~3月以及11月~12月,共計5個月)與非冰凍期(4月~10月,共計7個月)進行統(tǒng)計分析。統(tǒng)計分析的水質(zhì)指標(biāo)為COD和氨氮。
。3)水質(zhì)改善目標(biāo)
2011年全段消除黑臭(COD達到Ⅴ類,氨氮不高于3.0mg/L),2013年達到Ⅴ類水,2015年全段水質(zhì)達到水功能區(qū)劃要求。
。4)現(xiàn)狀污染源
目前水資源調(diào)度,阿什河全段污染物年入河污水量10133.9萬t,COD 34830.9t,氨氮3972.0t。
2.2納污能力計算結(jié)果
不同目標(biāo)年下阿什河干流的納污能力見表1。
表1不同時期阿什河干流納污能力統(tǒng)計(單位:t/d)
Tab1. Statistics of pollutant carrying capacity of Ashi-river in different period(Unit:t/d)
目標(biāo)年 |
COD |
氨氮 |
||
非冰凍期 |
冰凍期 |
非冰凍期 |
冰凍期 |
|
2011年 |
21.63 |
16.13 |
1.97 |
1.47 |
2013年 |
21.63 |
16.13 |
1.18 |
0.90 |
2015年 |
14.74 |
11.10 |
0.81 |
0.62 |
為實現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)要求,2011年之前阿什河全段應(yīng)削減COD 79.3 t/d,削減率為83.1%,削減氨氮9.41t/d,削減率為86.5%;2013年之前阿什河全段應(yīng)繼續(xù)削減氨氮0.57t/d,總削減率達91.7%;2015年之前阿什河全段應(yīng)繼續(xù)削減COD 5.03t/d,總削減率達88.4%,繼續(xù)削減氨氮0.28t/d,總削減率達94.3%。
3 水環(huán)境治理與保護研究
河道水環(huán)境治理與保護的方法是截污治污以及水資源調(diào)度,其中截污治污是根本,水資源調(diào)度是輔助。目前可行的截污治污措施主要有加大污水收集能力、提高污水廠處理等級、人工濕地工程[1,2]等。
3.1截污治污效果分析
為推進阿什河水環(huán)境整治,哈爾濱市相關(guān)部門已經(jīng)制定了污水處理廠分期實施計劃:2010年底前(一期)完成阿城(5萬t/d)、信義(10萬t/d)兩座污水處理廠以及相關(guān)污水截流工程的實施,其中兩座污水處理廠尾水(出水等級均為一級B)排入阿什河,截流工程的尾水改排至松花江。2015年(二期)將阿城污水廠擴容至10萬t/d,信義污水處理廠擴容至25萬t/d。相關(guān)截污治污工程建成運行后,2011年、2015年阿什河干流污染物實際入河量見表2。
表2污水處理廠建成后阿什河全段納污總量統(tǒng)計
Tab 2. Statistics of pollutantcarrying capacity of Ashi-river after the built of sewagetreatment plants
目標(biāo)年 |
污水量(104t/d) |
COD排河量(t/d) |
氨氮排河量(t/d) |
2011年 |
25.24 |
21.40 |
3.29 |
2015年 |
37.29 |
22.37 |
5.59 |
與表1相比可以看出,即使提高污水收集處理率,阿什河全段實際納污量仍大于納污能力,尤其是氨氮指標(biāo)水資源調(diào)度,所以必須采用更強有力的措施?梢圆扇〉拇胧┌ㄎ鬯畯S升級改造、利用阿什河沿線空地設(shè)置人工濕地、開展水資源調(diào)度。
3.2污水處理廠升級改造效果分析
污水處理廠升級改造是改善河道水環(huán)境的重要和必要措施[3]?紤]到工程的建設(shè)周期,本研究按照“2013年完成一期污水處理廠的一級B到一級A的升級改造,2015年污水處理廠按照一級A標(biāo)準(zhǔn)建成”進行進一步分析。不同目標(biāo)年下阿什河全段實際納污量見表3。
表3不同目標(biāo)年下阿什河全段納污總量統(tǒng)計表
Tab 3. Statistics of pollutantcarrying capacity of Ashi-river in different year
目標(biāo)年 |
污水量(104t/d) |
COD排河量(t/d) |
氨氮排河量(t/d) |
2011年 |
25.24 |
21.40 |
3.29 |
2013年 |
25.24 |
19.01 |
2.07 |
2015年 |
37.29 |
18.64 |
2.98 |
對比上表和表1,可以得出以下結(jié)論:
。1)2013年:隨著一期污水處理廠的升級改造,阿什河納污總量有所降低,但全年的氨氮以及冰凍期的COD仍大于河道納污能力;
(2)2015年:污水處理廠二期工程建成后,將現(xiàn)狀并未排入阿什河的污水通過污水處理廠排入阿什河,提高了排入阿什河的污水量,納污總量也有所增加,導(dǎo)致全年的氨氮以及冰凍期的COD仍大于河道納污能力核心期刊目錄。
可見,即使通過污水處理廠升級改造以及增加污水收集能力,非冰凍期COD的入河量低于納污能力,但冰凍期COD以及全年的氨氮入河量依然大于納污能力,應(yīng)采用人工濕地以及水資源調(diào)度等措施進一步增強河道納污能力,尤其是加強對N元素的降解。
3.3人工濕地+水資源調(diào)度效果分析
由于人工濕地的處理能力與工藝、水情等因素密切相關(guān),本研究根據(jù)相關(guān)的研究成果[4,5,6]提出了四組人工濕地的處理能力工況(見表4),以研究不同情況下需要的水資源量,供相關(guān)部門決策使用。研究結(jié)果見表5。
表4人工濕地對COD和氨氮去除能力方案表
Tab4. Schemeof purifyability of wetland in COD and NH3-N
編號 |
COD最低去除能力(%) |
氨氮最低去除能力(%) |
||
非冰凍期 |
冰凍期 |
非冰凍期 |
冰凍期 |
|
工況1 |
40 |
20 |
30 |
20 |
工況2 |
50 |
25 |
40 |
25 |
工況3 |
60 |
30 |
50 |
30 |
工況4 |
70 |
40 |
60 |
40 |
表5人工濕地對COD和氨氮去除能力統(tǒng)計表
Tab5. Statisticsof purifyability of wetland in COD and NH3-N
編號 |
2011年 |
2013年 |
2015年 |
|||
非冰凍期 |
冰凍期 |
非冰凍期 |
冰凍期 |
非冰凍期 |
冰凍期 |
|
工況1 |
1.0 |
4.0 |
2.1 |
6.0 |
7.5 |
8.0 |
工況2 |
0.32 |
3.5 |
0.5 |
5.0 |
6.5 |
7.8 |
工況3 |
0.32 |
3.0 |
0.32 |
4.5 |
6.0 |
7.8 |
工況4 |
0.32 |
1.8 |
0.32 |
3.0 |
4.9 |
6.9 |
通過計算結(jié)果分析可知,一方面,隨著人工濕地處理能力的提高,阿什河需要的水資源量也有所降低水資源調(diào)度,尤其是在非冰凍期,所以應(yīng)盡量發(fā)揮人工濕地的作用。但另一方面,即使人工濕地對COD和氨氮的去除率分別達到70%和60%,依然需要一定規(guī)模的水資源量,由于西泉眼水庫下泄能力有限,而本段松花江水質(zhì)基本達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),建議下階段研究“引松濟阿(引松花江水至阿什河)”工程的可行性。
4 結(jié)論和建議
(1)為確保阿什河水質(zhì)達到規(guī)劃目標(biāo)要求,對污水處理廠升級改造以及加大截污治污力度是不夠的,需要采用污水處理廠升級改造+人工濕地+水資源調(diào)度的綜合措施。
。2)由于未來阿什河最大的污染源是污水處理廠的尾水,所以除了在阿什河干流設(shè)置人工濕地外,在污水處理廠尾水排放口也應(yīng)設(shè)置一定規(guī)模的人工濕地。建議下一階段對人工濕地的工藝、位置、規(guī)模等深入開展研究,尤其是加強對N元素降解能力的研究。
(3)由于西泉眼水庫庫容量有限,在充分發(fā)揮人工濕地作用的情況下,建議對“引松濟阿”工程的可行性進行深入論證分析。
參考文獻:
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