MBR工藝在北京動物園湖水質(zhì)改善中的應(yīng)用
摘要：北京動物園湖水體長期處于封閉狀態(tài)，水質(zhì)較差，透明度較低，在一定程度上影響景觀；采用MBR （膜生物反應(yīng)器Membrane Bio-Reactor）工藝系統(tǒng)、曝氣推流、人工濕地及水生植物等綜合措施進(jìn)行治理； MBR 主要出水指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；動物園湖水質(zhì)改善效果明顯，對SS、NH3-N、BOD5、CODMn 、TN、TP 等的去除率較高，實(shí)施效果基本達(dá)到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；基本不發(fā)生水華現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞：MBR 北京動物園 水質(zhì)改善
北京動物園是中國開放最早、飼養(yǎng)動物最多的動物園之一，距今已有100 余年的歷史。它位于西城區(qū)西直門外。北京動物園地鄰長河，園內(nèi)6 個大小不等相連通的湖從西向東蜿蜒貫穿于整個園區(qū)，全長1 000 余m。水面面積4.4 萬m2，水量6.5 萬m3，這些湖泊的存在，既滿足了水生、兩棲動物的需要，同時還為動物園營造了一種優(yōu)美、和諧的環(huán)境氛圍，也可供游人嬉水之用。湖泊水源由長河注入，湖泊退水進(jìn)入長河下游； 2002年后，退水閘門關(guān)閉，湖泊處于只進(jìn)水不出水的狀態(tài)。由于動物的生長排泄、園內(nèi)地面徑流污染以及大量游人對湖泊造成的污染，導(dǎo)致動物園水環(huán)境的嚴(yán)重污染。水體長期處于只進(jìn)不出的封閉狀態(tài)，水質(zhì)較差，透明度很低，對湖泊的景觀效果造成了很大影響[1]。
1 湖水水質(zhì)及工程措施
1.1 湖水水質(zhì)
動物園湖水由于動物的排泄、園內(nèi)面源污染以及大量游人投喂對湖泊造成的污染，導(dǎo)致動物園水環(huán)境的嚴(yán)重污染。水體長期處于封閉狀態(tài)，水質(zhì)較差，透明度較低，對湖泊的景觀效果造成了很大影響。采取措施前動物園湖水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)見表1（2008 年取樣分析）。
表1 動物園湖水質(zhì)
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從表1 可以看出，動物園湖水禽湖和牡丹湖水質(zhì)最差，這與水禽湖的禽類活動污染和水體流動性差有很大關(guān)系。
1.2 工程措施介紹
針對動物園湖水質(zhì)較差、污染嚴(yán)重、流動性差、游人較多及動物休息等特殊情況，設(shè)計采用了工程措施從水中移走污染物；以自動化程度高、節(jié)能、技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定及不影響園內(nèi)珍稀動物的生活為原則；按照截污、減污、生態(tài)的治理理念，采用循環(huán)過濾凈化系統(tǒng)、曝氣推流、人工濕地及水生植物等綜合措施進(jìn)行治理（見圖1）。圖中箭頭表示水處理及循環(huán)方向、湖內(nèi)修復(fù)措施及污染物去向等等。
工程目標(biāo)為（1）近期通過物理、生物及生態(tài)等措施，使水質(zhì)明顯改善，水體透明度增加，水華得到抑制。（2）遠(yuǎn)期隨著補(bǔ)水水源的水質(zhì)改善及補(bǔ)水量加大，水體自凈能力提高，水質(zhì)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，基本上不產(chǎn)生水華現(xiàn)象。
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由于動物園湖珍稀動物較多，用地緊張、補(bǔ)水水價較高等原因，鑒于MBR 工藝的主要優(yōu)點(diǎn)（1）出水水質(zhì)有保證，除了TN 外其他指標(biāo)基本能達(dá)到Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。（2）噸水運(yùn)行費(fèi)用僅為買水費(fèi)用的1/3。（3）由于出水水質(zhì)好，可以大大減少水體的循環(huán)周期，降低能耗。（4）排泥量低，適合公園的管理運(yùn)行。設(shè)計方案采取了以MBR 工藝為核心的工程方案；依靠MBR 去除水中的污染物，再經(jīng)消毒殺死病毒和細(xì)菌。按全湖循環(huán)周期為12 d 進(jìn)行設(shè)計， MBR 設(shè)計規(guī)模為5 000 m3/d。同時結(jié)合輔助措施，最終達(dá)到改善水質(zhì)，防止水華的目的。
1.3 MBR 法工藝簡述
MBR （膜生物反應(yīng)器Membrane Bio-Reactor）是一種膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型態(tài)廢水處理技術(shù)[2]，該技術(shù)可以同時解決水污染與水資源短缺問題，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的污水處理和資源化技術(shù)，也是我國解決水污染與水資源短缺的核心支撐技術(shù)之一，主要利用中空纖維膜過濾達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，同時具備占地面積小、污泥量少等優(yōu)點(diǎn)。該工藝是目前污水及再生水處理領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透咝Ъ夹g(shù)之一，在國內(nèi)已有不少成功的工程實(shí)例，運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)也較成熟，而且該方案出水水質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在北京的工程主要有目前世界上正在運(yùn)行的最大MBR廢水資源化工程———北京密云再生水4.5 萬t/d回用工程、目前世界上最大的MBR工程———奧運(yùn)配套工程的溫榆河水資源10 萬t /d 利用工程、懷柔再生水3.5 t/d 回用工程、北京奧林匹克公園中心區(qū)龍形水系自然水景工程、中國國家大劇院水處理工程等， MBR 膜技術(shù)的發(fā)展基本成熟。
MBR 循環(huán)凈化工程布置在動物園東北角，建筑面積約為700 m2，平面布置分為控制室、鼓風(fēng)機(jī)房、臭氧間、中控室及MBR 設(shè)備間，循環(huán)凈化規(guī)模為5000 m3/d，其工藝流程圖如圖2 所示。
湖水經(jīng)泵站提升并且經(jīng)網(wǎng)格初步過濾去除雜質(zhì)后首先進(jìn)入混合池，混合池內(nèi)投加PAC （聚合氯化鋁），通過機(jī)械攪拌使藥劑充分均勻地擴(kuò)散在水中，混合后自流進(jìn)入網(wǎng)格絮凝池；網(wǎng)格絮凝池內(nèi)，在水流作用下使微絮粒相互接觸碰撞，以形成更大的絮粒，絮凝池出水通過穿孔花墻整流后進(jìn)入膜池（放置過濾中空纖維膜進(jìn)行過濾）；混合液在膜池內(nèi)進(jìn)行生物反應(yīng)，去除有機(jī)物等污染物質(zhì)，同時膜池內(nèi)置膜組器，由抽吸泵將清水通過膜過濾抽吸完成泥水分離，出水再經(jīng)臭氧消毒循環(huán)至湖內(nèi)。
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2 工藝構(gòu)筑物簡介
2.1 工藝處理構(gòu)筑物
MBR 系統(tǒng)是水質(zhì)改善綜合措施的核心，其系統(tǒng)均置于MBR 廠房內(nèi)，工藝處理構(gòu)筑物尺寸及設(shè)計參數(shù)見表2。
2.2 其他輔助建筑物
MBR 系統(tǒng)均置于廠房內(nèi)，除工藝處理構(gòu)筑物外，還有一些輔助設(shè)施構(gòu)筑物，包括提水泵站及廠房等，附屬構(gòu)筑物功能及參數(shù)見表3。
3 MBR 工藝處理效果
3.1 MBR 工藝處理效果
水質(zhì)改善工程于2010 年10 月完工，完工時對設(shè)備進(jìn)行初步驗(yàn)收，運(yùn)行了1 周時間， 2010 年10 月19日取樣檢測； 2011 年5—10 月進(jìn)行試運(yùn)行，在此期間對MBR 進(jìn)水口和出水口水質(zhì)進(jìn)行取水檢測，共檢測2次，得出檢測數(shù)據(jù)， 3 次檢測數(shù)據(jù)如表4 所示。
從表4 可看出， MBR 工藝出水主要指標(biāo)處理效果顯著， MBR 工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定、水質(zhì)較好；對SS、NH3-N、BOD5、CODMn等指標(biāo)也有較好的處理率，處理污染物能力全面、效率高。工藝在2011 年運(yùn)行了5 個月后，取水口水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均有所降低， MBR 工藝出水水質(zhì)較好，很好地凈化了湖水水質(zhì)，達(dá)到了設(shè)計要求的MBR 循環(huán)處理站主要出水指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)（其中TN≤10 mg/L）[2]。
3.2 動物園湖水水質(zhì)改善效果
試運(yùn)行期間在湖水不同位置進(jìn)行布點(diǎn)檢測，共布點(diǎn)11 個，這些點(diǎn)基本覆蓋湖區(qū)，采用單因子指數(shù)法進(jìn)行評價湖水水質(zhì)分類，單因子評價法能夠客觀地評價水體的水環(huán)境質(zhì)量狀況，可以清晰地判斷出水體的主要污染因子，評價結(jié)果見表5。
從表5 可以看出，動物園湖在運(yùn)行MBR 工藝后，湖水中CODMn由Ⅲ類變?yōu)棰蝾悾?BOD5由Ⅲ類變?yōu)棰耦悾?TP 由劣Ⅴ變?yōu)棰簦傮w上說MBR 工藝實(shí)施后動物園湖水水質(zhì)得到了較大改善，工程實(shí)施效果明顯，基本達(dá)到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)[3]。
3.3 動物園湖水富營養(yǎng)化
運(yùn)行期間依據(jù)富營養(yǎng)化指標(biāo)（主要有透明度、CODMn、總氮、總磷、葉綠素a）檢測結(jié)果進(jìn)行綜合分析，采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TL1 (Σ)）進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表6；可以看出， MBR 工藝運(yùn)行后，湖中11個監(jiān)測點(diǎn)的營養(yǎng)區(qū)變化明顯，由開始運(yùn)行的1 個中營養(yǎng)區(qū)、4 個輕度富營養(yǎng)化區(qū)域、6 個中度富營養(yǎng)化區(qū)域，變化到運(yùn)行后期的4 個中營養(yǎng)區(qū)域、7 個輕度富營養(yǎng)化區(qū)域，這說明MBR 工藝為主的工程措施實(shí)施后，整個湖水富營養(yǎng)狀況得到了較大改善，不少區(qū)域則由富營養(yǎng)化區(qū)域恢復(fù)到了中營養(yǎng)區(qū)域，整個湖水富營養(yǎng)化程度較輕，設(shè)備運(yùn)行期間沒有發(fā)生水華現(xiàn)象[2]。
表2 工藝處理構(gòu)筑物
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表3 附屬構(gòu)筑物
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表4 動物園湖MBR 工藝水質(zhì)處理效果表mg/L
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表5 動物園湖水質(zhì)指標(biāo)單因子指數(shù)評價結(jié)果
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表6 動物園湖富營養(yǎng)化水質(zhì)指標(biāo)評價結(jié)果表
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3.4 效益分析
動物園湖水質(zhì)改善工程總體來說是環(huán)境改善工程，由于工程地處市區(qū)重要的地理位置以增加綠地與增加水循環(huán)、提高湖水水質(zhì)為主要設(shè)計理念，項(xiàng)目實(shí)施后將為全國青少年創(chuàng)造一個優(yōu)美的科普活動場所，提升北京市的對外形象，其社會效益顯著。
動物園湖水質(zhì)改善工程的實(shí)施，對還清水質(zhì)、保護(hù)珍稀動物、防止城市水環(huán)境污染將起到積極的作用。通過水體改善措施的實(shí)施，動物園湖的生態(tài)系統(tǒng)更加完整，水體自凈能力得到強(qiáng)化。
4 總結(jié)及建議
4.1 水質(zhì)改善結(jié)論
單純對MBR 處理工藝來講，效果很明顯，處理效果達(dá)到了設(shè)計要求的MBR 循環(huán)處理站主要出水指標(biāo)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；對整體湖面而言，動物園湖水質(zhì)改善效果明顯，對SS、NH3-N、BOD5、CODMn、TN、TP 等的去除率較高，實(shí)施效果基本達(dá)到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；基本不發(fā)生水華現(xiàn)象。
4.2 建議
（1）目前MBR 工藝處理污水造價較高，今后應(yīng)加強(qiáng)研究以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對象等為目標(biāo)，開發(fā)新型膜生物反應(yīng)器[3]。
（2） MBR 工藝運(yùn)行狀況與水質(zhì)處理效果有很大的關(guān)系，建議運(yùn)行管理單位加強(qiáng)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，嚴(yán)格按規(guī)范操作，定期養(yǎng)護(hù)，以便保持MBR 工藝正常發(fā)揮作用。
（3）動物園湖水質(zhì)改善效果受補(bǔ)水、降雨、人類活動、底泥釋放等因素影響，建議采取適當(dāng)針對性措施減少對湖水的影響，例如將雨水收集處理后再入湖，以減少雨水將動物飼料、排泄物、地面污物直接帶入湖水。
（4）定期對湖面漂浮物進(jìn)行打撈，遇到特殊情況發(fā)生大面積水華等情況采取應(yīng)急措施。
參考文獻(xiàn)
[1] 北京市中心城區(qū)重點(diǎn)水域（陶然亭湖、動物園湖、南護(hù)城河）水質(zhì)改善工程初步設(shè)計報告[R]. 北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院， 2009.
[2] 章祖良. MBR 膜生物反應(yīng)器在污水處理中的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 科技資訊， 2011（4）: 148.
[3] 北京市中心城區(qū)重點(diǎn)水域（陶然亭湖、動物園湖）水質(zhì)改善工程實(shí)施效果評價[R]. 北京市水利科學(xué)研究所， 2011.
作者簡介：尹艷青（1974-），女，工程師。
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