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行治理； MBR 主要出水指標達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準；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，實施效果基本達到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準；基本不發(fā)生水華現(xiàn)象。

關鍵詞：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，湖泊退水進入長河下游； 2002年后，退水閘門關閉，湖泊處于只進水不出水的狀態(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，導致動物園水環(huán)境的嚴重污染。水體長期處于只進不出的封閉狀態(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，導致動物園水環(huán)境的嚴重污染。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水質(zhì)指標見表1（2008 年取樣分析）。

表1 動物園湖水質(zhì)

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系。

1.2 工程措施介紹

針對動物園湖水質(zhì)較差、污染嚴重、流動性差、游人較多及動物休息等特殊情況，設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、技術成熟、運行穩(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)修復措施及污染物去向等等。

工程目標為（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）遠期隨著補水水源的水質(zhì)改善及補水量加大，水體自凈能力提高，水質(zhì)基本達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準，基本上不產(chǎn)生水華現(xiàn)象。

由于動物園湖珍稀動物較多，用地緊張、補水水價較高等原因，鑒于MBR 工藝的主要優(yōu)點（1）出水水質(zhì)有保證，除了TN 外其他指標基本能達到Ⅲ類水體標準。（2）噸水運行費用僅為買水費用的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，適合公園的管理運行。設計方案采取了以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)消毒殺死病毒和細菌。按全湖循環(huán)周期為12 d 進行設計， MBR 設計規(guī)模為5 000 m3/d。同時結(jié)合輔助措施，最終達到改善水質(zhì)，防止水華的目的。

1.3 MBR 法工藝簡述

MBR （膜生物反應器Membrane Bio-Reactor）是一種膜分離技術與生物處理技術有機結(jié)合的新型態(tài)廢水處理技術[2]，該技術可以同時解決水污染與水資源短缺問題，是當今世界最先進的污水處理和資源化技術，也是我國解決水污染與水資源短缺的核心支撐技術之一，主要利用中空纖維膜過濾達到凈化水質(zhì)的目的，同時具備占地面積小、污泥量少等優(yōu)點。該工藝是目前污水及再生水處理領域最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透咝Ъ夹g之一，在國內(nèi)已有不少成功的工程實例，運行管理經(jīng)驗也較成熟，而且該方案出水水質(zhì)相當穩(wěn)定，在北京的工程主要有目前世界上正在運行的最大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、鼓風機房、臭氧間、中控室及MBR 設備間，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)后首先進入混合池，混合池內(nèi)投加PAC （聚合氯化鋁），通過機械攪拌使藥劑充分均勻地擴散在水中，混合后自流進入網(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入膜池（放置過濾中空纖維膜進行過濾）；混合液在膜池內(nèi)進行生物反應，去除有機物等污染物質(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)。

2 工藝構筑物簡介

2.1 工藝處理構筑物

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)，工藝處理構筑物尺寸及設計參數(shù)見表2。

2.2 其他輔助建筑物

MBR 系統(tǒng)均置于廠房內(nèi)，除工藝處理構筑物外，還有一些輔助設施構筑物，包括提水泵站及廠房等，附屬構筑物功能及參數(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，完工時對設備進行初步驗收，運行了1 周時間， 2010 年10 月19日取樣檢測； 2011 年5—10 月進行試運行，在此期間對MBR 進水口和出水口水質(zhì)進行取水檢測，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 年運行了5 個月后，取水口水質(zhì)各項指標均有所降低， MBR 工藝出水水質(zhì)較好，很好地凈化了湖水水質(zhì)，達到了設計要求的MBR 循環(huán)處理站主要出水指標《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準（其中TN≤10 mg/L）[2]。

3.2 動物園湖水水質(zhì)改善效果

試運行期間在湖水不同位置進行布點檢測，共布點11 個，這些點基本覆蓋湖區(qū)，采用單因子指數(shù)法進行評價湖水水質(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?，總體上說MBR 工藝實施后動物園湖水水質(zhì)得到了較大改善，工程實施效果明顯，基本達到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準[3]。

3.3 動物園湖水富營養(yǎng)化

運行期間依據(jù)富營養(yǎng)化指標（主要有透明度、CODMn、總氮、總磷、葉綠素a）檢測結(jié)果進行綜合分析，采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（TL1 (Σ)）進行評價，評價結(jié)果見表6；可以看出， MBR 工藝運行后，湖中11個監(jiān)測點的營養(yǎng)區(qū)變化明顯，由開始運行的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)域恢復到了中營養(yǎng)區(qū)域，整個湖水富營養(yǎng)化程度較輕，設備運行期間沒有發(fā)生水華現(xiàn)象[2]。

表2 工藝處理構筑物

表3 附屬構筑物

表4 動物園湖MBR 工藝水質(zhì)處理效果表mg/L

表5 動物園湖水質(zhì)指標單因子指數(shù)評價結(jié)果

表6 動物園湖富營養(yǎng)化水質(zhì)指標評價結(jié)果表

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)為主要設計理念，項目實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)改善工程的實施，對還清水質(zhì)、保護珍稀動物、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，處理效果達到了設計要求的MBR 循環(huán)處理站主要出水指標《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準；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，實施效果基本達到要求的湖區(qū)水質(zhì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）Ⅲ類標準；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，今后應加強研究以節(jié)能、處理特殊水質(zhì)對象等為目標，開發(fā)新型膜生物反應器[3]。

（2） MBR 工藝運行狀況與水質(zhì)處理效果有很大的關系，建議運行管理單位加強運行人員的培訓，嚴格按規(guī)范操作，定期養(yǎng)護，以便保持MBR 工藝正常發(fā)揮作用。

（3）動物園湖水質(zhì)改善效果受補水、降雨、人類活動、底泥釋放等因素影響，建議采取適當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行打撈，遇到特殊情況發(fā)生大面積水華等情況采取應急措施。

參考文獻

[1] 北京市中心城區(qū)重點水域（陶然亭湖、動物園湖、南護城河）水質(zhì)改善工程初步設計報告[R]. 北京市水利規(guī)劃設計研究院， 2009.

[2] 章祖良. MBR 膜生物反應器在污水處理中的發(fā)展及應用[J]. 科技資訊， 2011（4）: 148.

[3] 北京市中心城區(qū)重點水域（陶然亭湖、動物園湖）水質(zhì)改善工程實施效果評價[R]. 北京市水利科學研究所， 2011.

作者簡介：尹艷青（1974-），女，工程師。

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