哈尔滨市阿什河水环境治理与保护研究
导读:：阿什河是松花江流域水环境质量最差支河之一，为科学合理的推进阿什河水环境治理，本研究通过数值模型的量化分析，在优化污水处理厂建设标准、时间的基础上，提出了污水处理厂升级改造+人工湿地+水资源调度的水环境治理和保护综合措施。
关键词：阿什河，纳污能力，升级改造，人工湿地，水资源调度
1 概况
阿什河为松花江右岸的一级支流，发源于尚志市帽儿山镇尖山砬子张广才岭北端，全长213km，流域总面积3489km2。河道自东南向西北流经哈尔滨市阿城区和市区，并在市区东北角汇入松花江，全段蛇曲发育，河槽宽25~60m，比降约1/2500。西泉眼水库(总库容4.78亿m3，其中兴利库容2.89亿m3，调节库容2.45亿m3)将河道一分为二水资源调度，西泉眼水库以上段长73km，西泉眼水库以下段长140km，汇水面积为2400km2。
由于流域截污治污能力远滞后于地区的经济发展，导致污水直排入河现象比较严重，引起河道水质恶化，尤其是阿城区段及哈尔滨市区段，水质基本为劣Ⅴ类，主要超标因子为COD和氨氮。每年春夏之际，污水横流，臭气熏天，并已经影响到松花江干流的水质。目前，阿什河已被列入《松花江流域水污染防治规划》中水质较差的支流，急需整治。
为科学合理推进阿什河水环境整治，研究采用水环境数学模型从纳污能力角度对纳污总量提出限排要求，并提出水环境治理的量化指标。
2 阿什河干流纳污能力分析
2.1研究计算基本条件
(1)采用的水文、水质边界条件
典型年型：枯水年型(90%保证率);
下游入松花江口水位：115m~116m;
上游西泉眼水库下泄量及水质条件：下泄量为0.1亿m3/a(折合为0.32m3/s)，水质达到Ⅲ类地表水标准目录。
(2)统计分析方法
将全年划分为冰冻期(1月~3月以及11月~12月，共计5个月)与非冰冻期(4月~10月，共计7个月)进行统计分析。统计分析的水质指标为COD和氨氮。
(3)水质改善目标
2011年全段消除黑臭(COD达到Ⅴ类，氨氮不高于3.0mg/L)，2013年达到Ⅴ类水，2015年全段水质达到水功能区划要求。
(4)现状污染源
目前水资源调度，阿什河全段污染物年入河污水量10133.9万t，COD 34830.9t，氨氮3972.0t。
2.2纳污能力计算结果
不同目标年下阿什河干流的纳污能力见表1。
表1不同时期阿什河干流纳污能力统计(单位：t/d)
Tab1. Statistics of pollutant carrying capacity of Ashi-river in different period(Unit:t/d)
|
目标年 |
COD |
氨氮 |
||
|
非冰冻期 |
冰冻期 |
非冰冻期 |
冰冻期 |
|
|
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 |
为实现水质目标要求，2011年之前阿什河全段应削减COD 79.3 t/d，削减率为83.1%，削减氨氮9.41t/d，削减率为86.5%;2013年之前阿什河全段应继续削减氨氮0.57t/d，总削减率达91.7%;2015年之前阿什河全段应继续削减COD 5.03t/d，总削减率达88.4%，继续削减氨氮0.28t/d，总削减率达94.3%。
3 水环境治理与保护研究
河道水环境治理与保护的方法是截污治污以及水资源调度，其中截污治污是根本，水资源调度是辅助。目前可行的截污治污措施主要有加大污水收集能力、提高污水厂处理等级、人工湿地工程[1,2]等。
3.1截污治污效果分析
为推进阿什河水环境整治，哈尔滨市相关部门已经制定了污水处理厂分期实施计划：2010年底前(一期)完成阿城(5万t/d)、信义(10万t/d)两座污水处理厂以及相关污水截流工程的实施，其中两座污水处理厂尾水(出水等级均为一级B)排入阿什河，截流工程的尾水改排至松花江。2015年(二期)将阿城污水厂扩容至10万t/d，信义污水处理厂扩容至25万t/d。相关截污治污工程建成运行后，2011年、2015年阿什河干流污染物实际入河量见表2。
表2污水处理厂建成后阿什河全段纳污总量统计
Tab 2. Statistics of pollutantcarrying capacity of Ashi-river after the built of sewagetreatment plants
|
目标年 |
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 |
与表1相比可以看出，即使提高污水收集处理率，阿什河全段实际纳污量仍大于纳污能力，尤其是氨氮指标水资源调度，所以必须采用更强有力的措施。可以采取的措施包括污水厂升级改造、利用阿什河沿线空地设置人工湿地、开展水资源调度。
3.2污水处理厂升级改造效果分析
污水处理厂升级改造是改善河道水环境的重要和必要措施[3]。考虑到工程的建设周期，本研究按照“2013年完成一期污水处理厂的一级B到一级A的升级改造，2015年污水处理厂按照一级A标准建成”进行进一步分析。不同目标年下阿什河全段实际纳污量见表3。
表3不同目标年下阿什河全段纳污总量统计表
Tab 3. Statistics of pollutantcarrying capacity of Ashi-river in different year
|
目标年 |
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 |
对比上表和表1，可以得出以下结论：
(1)2013年：随着一期污水处理厂的升级改造，阿什河纳污总量有所降低，但全年的氨氮以及冰冻期的COD仍大于河道纳污能力;
(2)2015年：污水处理厂二期工程建成后，将现状并未排入阿什河的污水通过污水处理厂排入阿什河，提高了排入阿什河的污水量，纳污总量也有所增加，导致全年的氨氮以及冰冻期的COD仍大于河道纳污能力。
可见，即使通过污水处理厂升级改造以及增加污水收集能力，非冰冻期COD的入河量低于纳污能力，但冰冻期COD以及全年的氨氮入河量依然大于纳污能力，应采用人工湿地以及水资源调度等措施进一步增强河道纳污能力，尤其是加强对N元素的降解。
3.3人工湿地+水资源调度效果分析
由于人工湿地的处理能力与工艺、水情等因素密切相关，本研究根据相关的研究成果[4,5,6]提出了四组人工湿地的处理能力工况(见表4)，以研究不同情况下需要的水资源量，供相关部门决策使用。研究结果见表5。
表4人工湿地对COD和氨氮去除能力方案表
Tab4. Schemeof purifyability of wetland in COD and NH3-N
|
编号 |
COD最低去除能力（%） |
氨氮最低去除能力（%） |
||
|
非冰冻期 |
冰冻期 |
非冰冻期 |
冰冻期 |
|
|
工况1 |
40 |
20 |
30 |
20 |
|
工况2 |
50 |
25 |
40 |
25 |
|
工况3 |
60 |
30 |
50 |
30 |
|
工况4 |
70 |
40 |
60 |
40 |
表5人工湿地对COD和氨氮去除能力统计表
Tab5. Statisticsof purifyability of wetland in COD and NH3-N
|
编号 |
2011年 |
2013年 |
2015年 |
|||
|
非冰冻期 |
冰冻期 |
非冰冻期 |
冰冻期 |
非冰冻期 |
冰冻期 |
|
|
工况1 |
1.0 |
4.0 |
2.1 |
6.0 |
7.5 |
8.0 |
|
工况2 |
0.32 |
3.5 |
0.5 |
5.0 |
6.5 |
7.8 |
|
工况3 |
0.32 |
3.0 |
0.32 |
4.5 |
6.0 |
7.8 |
|
工况4 |
0.32 |
1.8 |
0.32 |
3.0 |
4.9 |
6.9 |
通过计算结果分析可知，一方面，随着人工湿地处理能力的提高，阿什河需要的水资源量也有所降低水资源调度，尤其是在非冰冻期，所以应尽量发挥人工湿地的作用。但另一方面，即使人工湿地对COD和氨氮的去除率分别达到70%和60%，依然需要一定规模的水资源量，由于西泉眼水库下泄能力有限，而本段松花江水质基本达到Ⅲ类标准，建议下阶段研究“引松济阿(引松花江水至阿什河)”工程的可行性。
4 结论和建议
(1)为确保阿什河水质达到规划目标要求，对污水处理厂升级改造以及加大截污治污力度是不够的，需要采用污水处理厂升级改造+人工湿地+水资源调度的综合措施。
(2)由于未来阿什河最大的污染源是污水处理厂的尾水，所以除了在阿什河干流设置人工湿地外，在污水处理厂尾水排放口也应设置一定规模的人工湿地。建议下一阶段对人工湿地的工艺、位置、规模等深入开展研究，尤其是加强对N元素降解能力的研究。
(3)由于西泉眼水库库容量有限，在充分发挥人工湿地作用的情况下，建议对“引松济阿”工程的可行性进行深入论证分析。
参考文献：
[1]王世和.人工湿地污水处理理论与技术[M].科学出版社,2007
[2]崔理华,卢少勇.污水处理的人工湿地构建技术[M],化学工业出版社,2009
[3]关于严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的通知(环发[2005]110号)
[4]宋晨,项学敏等.人工湿地对北方城市污水深度处理效果的研究[J],环境污染与防治, 2007,29[6]:433-436
[5]陈永华,吴晓芙等,人工湿地污水处理系统冬季植物的筛选与评价[J],环境科学, 2010,31[8]:1789-1794
[6]原野,杨雪等.人工湿地在我国北方寒冷地区的应用[J],环境保护与循环经济, 2010(5):41-44
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