玉绣河点源污染分散处理模式研究
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摘要
随着经济的发展和城市化扩张,点源和面源污水向城市河流的不合理输移导致河流逐渐丧失自身的生态功能,河流水体环境容量严重弱化,与整体城市环境发展相违背,因此改善城市河流水质,修复城市水环境是城市生态建设的重要组成部分。本课题来源于济南市科技局立项项目,以济南市玉绣河综合治理工程为依托,进行城市河流水环境生态修复为目的,通过对分散处理城市河道点源污水补充并满足城市河道生态环境需水、抑制水体藻类生长等的应用性研究,从引水方式、处理工艺、出水水质、处理规模等方面探索和完善城市河道生态修复的途径和模式,为城市河流水环境生态系统的修复提供理论和技术支持。
本论文在分析和比较当前国内外河流污染治理技术手段和模式的基础上,提出既能从根本上消除城市河流点源污染、又能提供具有一定质和量的水资源来满足河流系统生态功能需要、在有限的空间条件下,改善城市河流水质,恢复城市河流生态功能的技术路线与工程措施,结合济南玉锈河的实际情况进行了应用研究,得出了以下创新性的结论:
首先,分析了城市排水体制的演变过程、城市污水集中处理和与之相匹配的城市排水体制、以及这种排水体制与水处理方式的弊端,提出了缓解水资源短缺、恢复城市河道生态功能的河流点源污水分散处理思路。
第二,在分散处理的理论基础上,进行了以满足城市河道水体生态修复,与景观环境用水需求的指标研究。根据有机体的生长由最缺乏的营养因子决定,提出了选择叶绿素a作为河道水体生态状况的表征指标,以此确定分散处理单元出水水质控制指标和计算城市河流污染物稀释需水量,和分散处理站的空间布置原则。
第三,进行了玉绣河景观塘出水中叶绿素a与其他指标间的关联关系分析,确定了NH_4~+-N是玉绣河水体浮游藻类的限制性营养因子,作为玉绣河点源污染分散处理单元出水水质的重点控制指标和计算稀释生态需水量的依据。
第四,采用河段特定功能区控制法,根据限制性营养因子目标浓度和一维水质迁移转化模型计算城市河流的稀释净化需水量,建立了分散单元处理规模的计算模式。经过模拟计算,玉绣河一期治理工程需在八里洼路处建设规模为1.2万m~3/d的分散处理单元,在舜玉路处建设规模为0.2万m~3/d的分散处理单元,在植物园处建设规模为0.3万m~3/d的分散处理单元。各分散处理单元的出水重点控制指标为氨氮,出水浓度限值为2.8mg/L。该工程措施实施后,植物园景观塘的水体氨氮浓度值将被限制在2.0mg/L,达到地表水环境质量标准Ⅴ类。
第五,引用“临界距离”的概念分析比较玉绣河点源污染分散处理与集中处理所产生的规模效益和所需的中水输送费用,经济分析表明,玉绣河的这种点源污染分散处理模式在经济上优于集中处理模式。
第六,对国内外污水处理技术的发展进行详细的调研,分析了各种工艺对点源污染分散处理模式的适用性,优化选择4种适宜在玉绣河应用的污水处理工艺类型。对沿玉绣河3座已建中水站进行的长期现场监测与运行分析,监测的数据结果表明,选择ETS工艺或BAF工艺可以保证处理系统出水水质的氨氮指标值小于2.8mg/L,满足玉绣河水体对氨氮浓度的需求。因此采用该工艺对处理玉绣河的点源污染并补充玉绣河的生态需水是适宜的。
该课题研究进一步完善了城市河流点源污染分散处理模式,提出的技术路线和研究成果将为其它城市河流的生态治理提供重要的技术参考和指导性作用,有利于推动城市河流生态治理理念和技术的发展,促进生态城市的建设。
With the development of economy and urbanization, point and no-point source polluted water discharged to urban stream degrade its ecosystem so that it is incompatible with its surrounding. Restoring the degraded aquatic ecosystem is very necessary to every city. This paper focuses on Yuxiu River (Jinan, China) restoration project and provides an available pattern to improve its aquatic ecosystem. The effluent from point source wastewater advanced treatment station online is supplied to meet stream ecological requirement for water and restrain algae to avoid eutrophication.
Based on analyzing and comparing the restoration patterns and technological methods of rivers/streams in China and other countries, this paper demonstrates the new pattern that not only eliminates point resource water pollution, supply enough water resources with better quality but also be suitable for the city with limited space. After studying on pattern of decentralizing point source wastewater treatment plants along Yuxiu River, we drew six conclusions as followed. 1)Three stages about drainage system are summarized which is drainage in disorder early, centralized wastewater treatment and discharge, and wastewater treatment and discharge or reuse online at last. It is shortening water resource that drives the drainage system forward from centralization to decentralization and reclaimation online. Centralizing urban sewage treatment and its corresponding drainage system is analyzed. Aiming at its flaw, a new idea has been put forward which is decentralizing point source wastewater treatment along urban stream to restore the polluted aquatic environment and relieve water absence.
2) Based on the theory of decentralizing wastewater treatment, study on index to restore the urban stream ecosystem and the environment water requirement has been done. Water quality to be leaded depends on the function of receiving water body such as the effluent that is going to be leaded into urban stream to improve its aquatic environment from wastewater treatment plant. Chlorophyll-a is selected as the index to show the ecology status of Yuxiu River in this paper. The measurement of decreasing the concentration of nutrient limiting factor is taken to restrain the growth of phytoplankton in the receiving water body according to the principle that organism growth depends on the most lacking nutrient factor. That nutrient limiting factor just is the effluent parameter to be controlled emphatically. The parameter will be also used to calculate and get flow requirement.
3) Typical data of 10 indexes for Yuxiu River from May to November are collected such as chlorophyll-a, COD, TN, NH4+-N, NO3--N, NO2--N, TP, PO4-, DO and Temperature under the dynamic condition. The relationships between Chlorophyll a and other 9 chemical and physical water quality parameters in Yuxiu River are studied by gray relation analysis. Furthermore, the relationships are also observed under the static condition in laboratory. These results indicate that ammonia is a more important nutrient limiting factor than others for the growth of phytoplankton.
4) The model for computing flow of wastewater treatment units is built according to one dimension model for pollutant transference and transformation. The simulation results show that the maximum effluent ammonia concentration is 2.8 mg/L if wastewater treatment plants are built as followed: 12 000m~3/d, in Baliwa Road sector, 2 000m~3/d, in Shunyu Road sector and 3 000m~3/d, in planting garden. The ammonia concentration of receiving water body will be under 2.0 mg/L, which get toⅤof surface water quality criterion.
5) Critical distance is used to compare the scale benefit from centralization form and reuse water pipage from decentralization form on Yuxiu River, and result show that the pattern of decentralizing point source wastewater treatment along urban stream is prior to centralization.
6) Based on reviewing the development of wastewater treatment process and analyzing different characteristic of enery process, four types of processes are summarized, which is suitable to be applied to the Yuxiu River. They are BAF, SBR, MBR and A/A/O. At the same time, rules of these processes to be applied are concluded.The influent and effluent water qualities are analyzed for three-wastewater reclamation station from May to November in 2006. The results show the effluent ammonia concentration provided by the ETS and BAF process is below 2.8 mg/L, which will facilitate restraining the growth of phytoplankton in the Yuxiu River.
The pattern of decentralizing point source wastewater treatment plants along urban stream is more consummated through this research. The research route and result may be quoted to restore other urban streams and be in favor of facilitating the development of restoration idea and technology.
本论文在分析和比较当前国内外河流污染治理技术手段和模式的基础上,提出既能从根本上消除城市河流点源污染、又能提供具有一定质和量的水资源来满足河流系统生态功能需要、在有限的空间条件下,改善城市河流水质,恢复城市河流生态功能的技术路线与工程措施,结合济南玉锈河的实际情况进行了应用研究,得出了以下创新性的结论:
首先,分析了城市排水体制的演变过程、城市污水集中处理和与之相匹配的城市排水体制、以及这种排水体制与水处理方式的弊端,提出了缓解水资源短缺、恢复城市河道生态功能的河流点源污水分散处理思路。
第二,在分散处理的理论基础上,进行了以满足城市河道水体生态修复,与景观环境用水需求的指标研究。根据有机体的生长由最缺乏的营养因子决定,提出了选择叶绿素a作为河道水体生态状况的表征指标,以此确定分散处理单元出水水质控制指标和计算城市河流污染物稀释需水量,和分散处理站的空间布置原则。
第三,进行了玉绣河景观塘出水中叶绿素a与其他指标间的关联关系分析,确定了NH_4~+-N是玉绣河水体浮游藻类的限制性营养因子,作为玉绣河点源污染分散处理单元出水水质的重点控制指标和计算稀释生态需水量的依据。
第四,采用河段特定功能区控制法,根据限制性营养因子目标浓度和一维水质迁移转化模型计算城市河流的稀释净化需水量,建立了分散单元处理规模的计算模式。经过模拟计算,玉绣河一期治理工程需在八里洼路处建设规模为1.2万m~3/d的分散处理单元,在舜玉路处建设规模为0.2万m~3/d的分散处理单元,在植物园处建设规模为0.3万m~3/d的分散处理单元。各分散处理单元的出水重点控制指标为氨氮,出水浓度限值为2.8mg/L。该工程措施实施后,植物园景观塘的水体氨氮浓度值将被限制在2.0mg/L,达到地表水环境质量标准Ⅴ类。
第五,引用“临界距离”的概念分析比较玉绣河点源污染分散处理与集中处理所产生的规模效益和所需的中水输送费用,经济分析表明,玉绣河的这种点源污染分散处理模式在经济上优于集中处理模式。
第六,对国内外污水处理技术的发展进行详细的调研,分析了各种工艺对点源污染分散处理模式的适用性,优化选择4种适宜在玉绣河应用的污水处理工艺类型。对沿玉绣河3座已建中水站进行的长期现场监测与运行分析,监测的数据结果表明,选择ETS工艺或BAF工艺可以保证处理系统出水水质的氨氮指标值小于2.8mg/L,满足玉绣河水体对氨氮浓度的需求。因此采用该工艺对处理玉绣河的点源污染并补充玉绣河的生态需水是适宜的。
该课题研究进一步完善了城市河流点源污染分散处理模式,提出的技术路线和研究成果将为其它城市河流的生态治理提供重要的技术参考和指导性作用,有利于推动城市河流生态治理理念和技术的发展,促进生态城市的建设。
With the development of economy and urbanization, point and no-point source polluted water discharged to urban stream degrade its ecosystem so that it is incompatible with its surrounding. Restoring the degraded aquatic ecosystem is very necessary to every city. This paper focuses on Yuxiu River (Jinan, China) restoration project and provides an available pattern to improve its aquatic ecosystem. The effluent from point source wastewater advanced treatment station online is supplied to meet stream ecological requirement for water and restrain algae to avoid eutrophication.
Based on analyzing and comparing the restoration patterns and technological methods of rivers/streams in China and other countries, this paper demonstrates the new pattern that not only eliminates point resource water pollution, supply enough water resources with better quality but also be suitable for the city with limited space. After studying on pattern of decentralizing point source wastewater treatment plants along Yuxiu River, we drew six conclusions as followed. 1)Three stages about drainage system are summarized which is drainage in disorder early, centralized wastewater treatment and discharge, and wastewater treatment and discharge or reuse online at last. It is shortening water resource that drives the drainage system forward from centralization to decentralization and reclaimation online. Centralizing urban sewage treatment and its corresponding drainage system is analyzed. Aiming at its flaw, a new idea has been put forward which is decentralizing point source wastewater treatment along urban stream to restore the polluted aquatic environment and relieve water absence.
2) Based on the theory of decentralizing wastewater treatment, study on index to restore the urban stream ecosystem and the environment water requirement has been done. Water quality to be leaded depends on the function of receiving water body such as the effluent that is going to be leaded into urban stream to improve its aquatic environment from wastewater treatment plant. Chlorophyll-a is selected as the index to show the ecology status of Yuxiu River in this paper. The measurement of decreasing the concentration of nutrient limiting factor is taken to restrain the growth of phytoplankton in the receiving water body according to the principle that organism growth depends on the most lacking nutrient factor. That nutrient limiting factor just is the effluent parameter to be controlled emphatically. The parameter will be also used to calculate and get flow requirement.
3) Typical data of 10 indexes for Yuxiu River from May to November are collected such as chlorophyll-a, COD, TN, NH4+-N, NO3--N, NO2--N, TP, PO4-, DO and Temperature under the dynamic condition. The relationships between Chlorophyll a and other 9 chemical and physical water quality parameters in Yuxiu River are studied by gray relation analysis. Furthermore, the relationships are also observed under the static condition in laboratory. These results indicate that ammonia is a more important nutrient limiting factor than others for the growth of phytoplankton.
4) The model for computing flow of wastewater treatment units is built according to one dimension model for pollutant transference and transformation. The simulation results show that the maximum effluent ammonia concentration is 2.8 mg/L if wastewater treatment plants are built as followed: 12 000m~3/d, in Baliwa Road sector, 2 000m~3/d, in Shunyu Road sector and 3 000m~3/d, in planting garden. The ammonia concentration of receiving water body will be under 2.0 mg/L, which get toⅤof surface water quality criterion.
5) Critical distance is used to compare the scale benefit from centralization form and reuse water pipage from decentralization form on Yuxiu River, and result show that the pattern of decentralizing point source wastewater treatment along urban stream is prior to centralization.
6) Based on reviewing the development of wastewater treatment process and analyzing different characteristic of enery process, four types of processes are summarized, which is suitable to be applied to the Yuxiu River. They are BAF, SBR, MBR and A/A/O. At the same time, rules of these processes to be applied are concluded.The influent and effluent water qualities are analyzed for three-wastewater reclamation station from May to November in 2006. The results show the effluent ammonia concentration provided by the ETS and BAF process is below 2.8 mg/L, which will facilitate restraining the growth of phytoplankton in the Yuxiu River.
The pattern of decentralizing point source wastewater treatment plants along urban stream is more consummated through this research. The research route and result may be quoted to restore other urban streams and be in favor of facilitating the development of restoration idea and technology.
引文
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