黑臭水體一直是水環(huán)境的一個嚴(yán)重問題，水體灰黑惡臭影響了廣大城鄉(xiāng)居民的生活質(zhì)量。大量工業(yè)廢水匯入河流，導(dǎo)致水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象，水生態(tài)系統(tǒng)也在面臨巨大的挑戰(zhàn)。目前，黑臭水體的治理主要有3種方式，物理法、化學(xué)法和生物法。物理法是指利用材料物理特性的方法，例如利用碳吸附的物理特性，以及用網(wǎng)來吸附某些固體物質(zhì)，最終達到凈化的效果�；瘜W(xué)法是指經(jīng)過一系列的化學(xué)變化，例如酸堿中和，酸性物質(zhì)過高，可以通過添加堿性制劑來平衡水體酸堿度。當(dāng)污水中含有有害物質(zhì)時，可以通過添加另一反應(yīng)物與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的物質(zhì)或無害物。例如硫酸銅CuSO4，就可以用氫氧化鋇Ba(OH)2來反應(yīng)，生成物都為不溶物，即達到了處理的效果。生物法，許多植物、藻類本身帶有凈化水體的能力，通過自身微生物的降解，可以和黑臭水體中的有害物質(zhì)進行分解，最終達到治理黑臭水體的效果。物理法和化學(xué)法對黑臭水體短時間內(nèi)可以達到良好效果，但都不能從根本上有效治理。生物法治理黑臭水體周期較長，對一些特定的工業(yè)廢水中的重金屬離子不能有效降解。因此單一的方法治理黑臭水體，都不能達到長時間有效的治理，其效果也存在缺陷。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)河流水質(zhì)的自身特點，制定不同的治理方案，多種治理工藝相結(jié)合，達到水質(zhì)凈化的目的。
大沽排水河為天津市西青區(qū)代管二級排水河道，起于三孔閘，止于西青津南交界，全長24.02km，堤頂高程3.5～6.0m，河底高程-0.2～-0.53m，上口寬20～25m，下口寬8m，邊坡比1:2，河底坡降1/20000，設(shè)計水位2.7m，設(shè)計體積流量8m3/s。河道來流水體水質(zhì)指標(biāo)較低，入境后，指標(biāo)升高再降低，但仍為GB3838－2002劣V類，氨氮含量、高錳酸鹽指數(shù)、COD較高。周邊養(yǎng)殖廢水排放問題較嚴(yán)重，且存在雨污合流和管網(wǎng)盲區(qū)問題。
采取分級處理黑臭水體。一級采用孔板式細格柵，沉砂池和沉淀池進行初步柵渣、沉砂和污泥處理；二級采用生物膜-膜反應(yīng)器（復(fù)合MBR）裝置處理。使其最終達到GB3838－2002的V類水標(biāo)準(zhǔn)。
1、水質(zhì)指標(biāo)
1.1、儀器
表1是大沽排水河不同斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。結(jié)合大沽排水河水質(zhì)數(shù)據(jù)，計算綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Iwq：
式中，X1、X2由計算獲得，X1為河流總體的綜合水質(zhì)類別，X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變換區(qū)間內(nèi)所處位置，判斷水質(zhì)等級只需參考X1，X2即可；X3和X4根據(jù)比較結(jié)果得到，X3為參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)
指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項指標(biāo)個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果。
1.2 設(shè)計進出口水質(zhì)
由大沽排水河水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)明顯可以看出，位于精武鎮(zhèn)入境斷面的水質(zhì)相對最為嚴(yán)重。以此作為設(shè)計水質(zhì)指標(biāo)進口處的參照標(biāo)準(zhǔn)，見表2
2、污水處理工藝及流程
2.1、工藝原理
在復(fù)合MBR系統(tǒng)中首先加入填料形成生物膜，和懸浮生長的微生物共同達到對黑臭水體污染物的降解效果，兩者之間的交互作用同時增強了膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的整體的調(diào)節(jié)機制，使復(fù)合MBR系統(tǒng)增強了一定的抗沖擊負荷能力。在復(fù)合MBR系統(tǒng)中加入填料的目的首先是為了增強系統(tǒng)整體的抗沖擊能力，以此來保障對黑臭水體的治理效果；其次是通過添加填料，降低反應(yīng)器中懸浮狀態(tài)下活性的污泥含量，膜不易受到污染，進而保證了較高的膜通量。
2.2、工藝流程
對黑臭水體水樣采取分級處理措施：一級采用孔板式細格柵、沉砂池和沉淀池進行初步柵渣、沉砂和污泥處理，二級運用生物膜-膜生物反應(yīng)器處理。具體包括生物膜、曝氣管、曝氣槽、填料以及鼓風(fēng)機。見圖1。
3、主要設(shè)備及其參數(shù)
該裝置以一體式MBR為基礎(chǔ)。膜組件浸沒在生物反應(yīng)器中，出水需要通過負壓抽吸經(jīng)過膜單元后排出。體積小，整體性強，工作壓力小，節(jié)能且不易堵塞。
1）膜材質(zhì)與組件。采用管式陶瓷膜，密封材質(zhì)為硅橡膠，可以有效避免有機膜的不足，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗污染能力強，耐高溫和酸堿，可以在惡劣的環(huán)境下使用，機械強度高，壽命長。組件結(jié)構(gòu)簡單，12芯，用于中小規(guī)模的水處理，更換方便，進水預(yù)處理要求低，易清洗。
2）膜種類。采用微濾膜（MF），孔徑為0.1μm，可分離0.2～1μm的大顆粒和大分子物質(zhì)，操作壓力為0.1MPa。
3）鼓風(fēng)機。曝氣風(fēng)機采用回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機，選用3臺（1備2用），凈質(zhì)量120kg，風(fēng)量1.09m3/min，頻率50Hz，轉(zhuǎn)速430r/min，功率為1.5kW，排風(fēng)口徑為40mm。
4）格柵。格柵選取孔板式細格柵，主體材質(zhì)為SUS304，柵隙為6mm，電機功率為1.8kW，柵前水深1.0m，設(shè)備長1230mm，設(shè)備寬1000mm，分離效率可達80%以上。
5）沉砂池。曝氣沉砂池，水平流速6cm/s，寬深比1.2，停留時間5min，穿孔曝氣管材質(zhì)為SS304，直徑5mm。
6）沉淀池。斜管沉淀池，斜管孔徑90mm，與水平夾角60°，污水流速0.6mm/s，表面水力負荷2.3m3/(m2•h)。
4、運行效果
裝置于2018年7月15日開始實施，自7月15日－9月15日對進、出口斷面水質(zhì)進行監(jiān)測，歷時2個月，監(jiān)測頻率為2次/周，共監(jiān)測16組數(shù)據(jù)。COD、TP、NH3-N的最終去除率見表3。
4.1、COD的去除
裝置對COD的去除效果見圖2
由圖2可知，該裝置治理的COD有明顯下降趨勢，進口斷面為57.13mg/L，經(jīng)過16次監(jiān)測后，出口斷面COD降為36.61mg/L，去除率35.92%。COD降解速率在第1個月末達到最大，之后去除效果緩慢，最終COD穩(wěn)定在36mg/L左右，達到GB3838－2002的V類水標(biāo)準(zhǔn)。
4.2、NH3-N的去除
裝置對NH3-N的去除效果見圖3
由圖3可知，該裝置對NH3-N去除效果與COD去除效果明顯不同。進口斷面NH3-N的質(zhì)量濃度8.82mg/L，最終出口斷面NH3-N的質(zhì)量濃度3.55mg/L，滿足近期對NH3-N治理的設(shè)計要求。去除率達到59.75%。裝置前期對NH3-N去除效果更為明顯。
4.3、TP去除的效果
裝置對TP的去除效果見圖4。
由圖4可知，對TP的去除效果近乎線性關(guān)系。進口斷面TP的質(zhì)量濃度2.18mg/L，治理2個月后，TP的質(zhì)量濃度下降到0.48mg/L，滿足近期對TP治理的設(shè)計要求，去除率達到77.98%。對TP含量數(shù)據(jù)和監(jiān)測周期進行分析，可得出的經(jīng)驗公式ρ(TP)/(mg•L-1)=2.248-0.1248x（x為檢測次數(shù)），相關(guān)系數(shù)R2=0.9755。
5、結(jié) 論
針對河流黑臭水體，采取分級處理措施。一級處理工藝采用孔板式細格柵，沉砂池和沉淀池進行初步柵渣、沉砂和污泥處理。二級處理工藝運用生物膜-膜反應(yīng)器（復(fù)合MBR）處理黑臭水體。
最終大沽河排水主要污染物COD和NH3-N、TP的質(zhì)量濃度由最初的57.13mg/L和8.82、2.18mg/L分別下降到36.61mg/L和3.55、0.48mg/L，最終去除率分別達到35.92%和59.75%、77.98%。滿足初期設(shè)計出口水質(zhì)指標(biāo)，COD最終達到GB3838－2002的V類水標(biāo)準(zhǔn)。長時間以此治理黑臭水體，有望達到V類水標(biāo)準(zhǔn)。
本設(shè)備體積小、整體性強、工作壓力小且節(jié)能[10]。若采用超濾膜，選取更大型號的設(shè)備，對水體的治理效果將更為顯著。但運用生物膜技術(shù)治理黑臭水體，膜易受污染，且造價昂貴，因此作為城市治理污廢水尚未得到推廣與普及。為此，還要做更深入的研究。
作者：趙鵬，孫書洪
