重庆梁滩河板凳桥治理段方案定稿.docx
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重庆梁滩河板凳桥治理段方案定稿
KIC生物接触氧化处理技术应用于重庆九龙坡区梁滩河板凳桥治理段工程
设
计
方
案
湖北科亮生物工程有限公司
二零一二年五月
第1章工程概述
（1）项目名称：
梁滩河干流板凳桥段治理段工程
（2）项目位置：
重庆市九龙坡区含谷镇
（3）项目规模：
根据现场情况，本工程共取1个治理段，该治理段总长1500m，设计平水期处理水量40000m³/d（其中截污涵管溢流污水约5000m³/d）。
（4）选址依据：
通过与含谷镇政府工作人员共同踏勘现场，治理段初步定为梁滩河干流含谷镇板凳桥向上游方向，治理段长度为1500m。
该处区域为荒地，无需征地，不占用农田，且通电较为方便。
第2章工艺比选及治理思路
2.1工艺比选
2.1.1清淤、换水处理技术
（1）工艺简述
此技术是我国较早采用的处理工艺，根据河涌污染的具体情况，每隔一段时间即对河涌进行大规模的底泥清淤和换水工作，以达到河涌治理的目的。
河涌清淤即通过专业的机械清淤设备（高压水泵，淤泥泵，清淤船等）对河涌底部多年沉积的污泥进行一次性清除，以消除河涌内的底泥污染源。
换水技术即通过水利工程抽引附近河涌未污染水体进入受污染的河涌内，并通过相应工程措施将河涌内的受污染水体向其它河涌排放，以实现缩短河涌换水周期，加快水体流动，提高水体自净能力，促进河涌水生态系统恢复的目的。
（2）工程优缺点
优点：
河涌污染得到了暂时缓解，河涌水质得到暂时恢复。
缺点：
①工程投入巨大：
由于其施工需要河涌截流、河底大规模的清淤、引水换水等大规模工程，工程投资巨大；②淤泥二次污染：
由于河涌清淤工作仅仅实现了简单的污染物的转移，淤泥内的污染物并未得到有效治理，因此该工程面临着淤泥的临时堆放和后期最终处置等诸多问题，如处理不当，将会对区域环境造成二次污染；③工程施工难度大：
引水河涌工程需对引水河涌进行充分水力调研，合理地利用水位的变化进行科学的闸引和泵抽，并对引水工程进行统一的调度和管理，才可保证河涌引水工程的顺利实施，④有较强的地域性：
引水工程的核心是受污染河涌附近有较大规模的未受污染的河涌作为引水水源，纳污河涌也需具有较强的纳污能力，而以上工程在我国大部分缺水地区实施难度较大。
⑤持久性差：
清淤换水仅仅实现了污染物的简单转移，随着沿岸受污水体的逐步汇入，河涌又将恢复原貌，工程持久性差。
2.1.2化学药剂处理技术
（1）工艺简述
通过专业的机械设备向河涌内投加化学药剂（如漂白粉、硫酸铜等），运用药剂的絮凝沉降等化学特性，去除河涌中的各类污染物和藻类。
（2）工程优缺点
优点：
在短期内使河涌得到一定的治理。
缺点：
①工程投入巨大：
由于其治理过程主要通过化学药剂的投加，治理成本较高。
②维护管理难度大：
经化学药剂絮凝后的产物将全部沉淀于河底，必须进行清淤处理，工作强度大，为确保处理效果需专人每日进行投药工作，维护成本极高。
③有一定的毒性：
为了保证污染物的有效去除，需要大规模化学药剂的投加，但由于化学药剂本身具有一定的毒性，将对原有的生态环境造成一定的破坏。
2.1.3水生植物处理技术
（1）工艺简述
通过种植水生植物对河涌污染进行治理的技术，即通过植物的根系缓慢吸收受污染河涌内的污染物质使其在植物体内转化，以达到河涌治理的目的。
（2）工程优缺点
优点：
①在一定时间内可使河涌水质得到恢复。
②水生植物对周边环境有一定的美化作用。
缺点：
①污染物的去除率不高：
污染物去除完全依靠水生植物的吸收，单株植物的吸收能力有限，所以对污染物的去除效果并不明显。
②有一定的生物危害性：
如不对水生植物加以严格的控制，容易造成一定的生物危害。
生物多样性是生态系统稳定的重要条件，但由于选用的水生植物一般具有较强的适应性和较快的生长周期，如不加以有效控制，将抑制其它物种的生存和繁衍，使生态系统遭到严重破坏。
③维护管理难度较大：
由于选用的水生植物经济价值不明显，且根据植物生长特性，每年秋冬季节需要对其进行一次大规模的收割处理工作，加大了维护的难度和费用。
④适应性差：
在部分地区，河涌还同时具有行洪功能，而由于植物的固定性差，在行洪期，植物被大量冲走；同时水生植物处理技术不适用于北方寒冷地区。
2.1.4KIC生物接触氧化技术
（1）工艺简述
生物修复（Bioremediation）是上世纪80年代发展起来的一项低投资，高效益环境治污技术，就是利用特定的生物（主要是微生物，包括土著或外源微生物）在一定的条件下进行消除或富集环境污染物，从而达到对污染环境进行治理的生物过程。
科亮生物所独有的KIC生物接触氧化技术就是在河底铺设由其专利技术产品组合而成的生物反应器（生物带、河涌治理专性高效菌粉、微孔曝气管）。
使污水通过与附着生物膜的生物带充分接触，利用生物带上附着的河涌治理专性高效微生物菌群（即生物膜）的协同作用降解污水中的各类污染物质。
通过底部铺设的曝气系统对河涌水体进行充氧，以保证高效微生物菌的正常生长。
KIC生物接触氧化工艺是在接触氧化法的基础上，通过引进“科利尔”高密度复合菌，大规模提高水体中的起始微生物浓度，加快系统启动进程；影响生物膜中的微生物群落结构、提高系统去污能力；采用特殊结构的、具有巨大比表面积的载体（填料）—生物带，提高微生物的附着表面、改善载体对细菌的吸附固着能力而发展起来的一套河涌治理工艺。
河涌恢复良好水质、景观和供水等功能的根本解决办法应该是从水体本身健康出发，修复水体的生态系统；利用自然和生态的方法，恢复和放大自然界的自净能力，并形成良性循环，使河涌水体水质和水体生态系统得到长效的改善。
KIC接触氧化工艺正是基于这一原则，将生物带作为一种人工水草，植入河涌水体，利用其巨大的比表面积上生长的生物膜，提高水体中的微生物密度充分放大水体微生物降解作用，修复水体生态系统，为受污染水体的治理提供高效率、低成本和生态性解决方案。
KIC工艺投加的“科利尔”高密度复合菌是湖北科亮生物工程有限公司采用留美归国的许榕博士拥有专利的高密度活菌发酵技术大规模生产的。
每克产品的活菌数高达几百亿个。
“科利尔”高密度复合菌中的活菌是由杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、短程反硝化细菌、聚磷菌等300多种菌株组成的复合菌群，这些菌株中有高温菌、中温菌和低温菌，低温菌在水温低于0℃时仍能起到很好的降解污染物的作用。
复合细菌具有多种酶体系，可以在不同的底物环境条件下，在一定的时间（一般为几个小时）和一定的启动浓度值就可以表达出不同的酶体系，其适应性较强，且耐盐度高。
“科利尔”高密度复合菌是一种方便保藏和运输的干燥的粉剂或片剂，是高密度发酵后产生的大量细菌的芽孢通过特殊的干燥工艺干燥后的成品，产品所含活菌密度高达数百亿个/克（该成果已经获得2003年度湖北省政府科技进步三等奖和2003年科技部中小型科技企业创新基金的资助）
生物带采用独特的聚合物微孔设计和编织技术，使其具有非常高且合理的比表面积，而且其纤维的孔洞结构经过了精心的修饰，这种设计和修饰为水中微生物及有益藻类的生长繁殖提供了巨大的生物附着表面，其目的是使生物量大大增加，数百倍地放大水体微生物降解作用。
其水草型设计和水底固定方法使水体中溶解性污染物可以最大限度地与生物带上的生物膜接触，从而使水质得到高效率的净化，又不影响水体的外观。
生物带使用期在10年左右。
生物带产品断面上形成理想的“好氧—缺氧—厌氧”微环境，保证了硝化和反硝化反应的同时进行，使其具有高效的脱氮固磷功能。
通过提供巨大的生物附着表面，生物带不仅为大大增加微生物种群的生物量奠定了基础，而且大大增加了微生物群落的生物多样性，并为它们之间共生关系的形成创造了理想的条件。
这种共生关系的形成可以大大提高微生物化学反应脱氮固磷的效率，从而解决了河涌水体污染问题的限制性环节。
由于生物带上形成的食物链长，产泥量很低。
生物带上脱落下来的膜一部分发生自溶回到水体中，一部分被高等的水生动物消耗，极少量的沉入水底，其产泥量大大底于一般水平。
图2-1生物带作用机理
（2）工程特点
①河涌污染得到有效治理，河涌水质得到永久性恢复。
②利用河涌原位处理技术对污染物进行处理，无需额外增占土地。
③所用设备可根据河涌具体情况，因地制宜。
无需对河涌进行清淤处理，不影响河涌的正常行船、航运功能。
④设备可在洪水期内倒伏于河底，不占据河涌内的行洪通道，并可在洪水期后迅速恢复。
⑤选用菌种为筛选的当地环境中的土著菌种，不影响原河涌内的生态系统。
图2-2KIC接触氧化技术治理河涌工程安装示意图
2.1.5各工艺对比
现针对以上各种工艺特点、效果等项目进行比较，见表2-1。
通过比较可以看出，科利尔（KIC）生物接触氧化污水处理技术比其它方案具有总体投资省、抗冲击性好、运行管理方便、便于维护、适用范围广等优点。
表2-1各种工艺的比较
项目
清淤、引水法
化学药剂法
水生植物法
KIC生物接触氧化法处理
工程特点
引水处理
原位处理
原位处理
原位处理
工程效果
差
短时间较好
较好
好
保持时间
短
短
长
长
洪水冲击
系统毁坏
可短时间恢复
系统毁坏
可短时间恢复
一次性投资
最高
高
低
低
维护工人
多
多
在秋冬季较多
少
维护难度
大
大
大
小
运行维护费用
高
高
低
低
危害性
无
有
在控制不当时有
无
适合水域
水资源丰富区
高污染河涌的紧急处理
低污染的城市景观河涌
全国各水域
2.2治理方案设想
治理方案具体措施如下：
（1）根据我公司多次现场踏勘情况，本工程共取1个治理段，通过河道清淤或挖深河道保证治理段水深不低于1.2m，如仍不能满足水位要求，可根据现场情况对现有坝体进行修整或新增，以便于生物带的布置和水质的生物净化效果。
（2）采用科亮公司的科利尔（KIC）生物接触氧化污水处理工艺在治理段范围内布设科利尔生物带以及微孔曝气管，在鼓风曝气条件下，借助科利尔高效复合菌降解有机物，增强河道的自净能力。
同时由于科利尔生物接触氧化法布设的生物带全部位于水面以下，既达到了良好的净化效果，又不影响沿岸原有布置。
科利尔（KIC）生物接触氧化技术详见附件一。
（3）通过现场勘查发现，由于水体污染及各种垃圾的随意倾倒导致治理段河道两岸及部分裸露的河床植被遭到严重破坏。
因此，我们设想对河岸进行坡式护岸，以抵抗河道水流的冲刷。
采用抛石护脚抵御水流的冲刷及推移质的磨损，便于水下施工并易于补充修复。
同时在河道治理段放养鱼苗和水草，并利用河道两侧的河滩地进行湿地修复，以提高河流自净能力，强化河流水质净化作用。
岸上进行植被护坡，植物根系可有效的维持岸坡的稳定，利用植被根系的固土功能和控制面源污染的功能。
护坡全长约1500m（单侧即九龙坡一侧），护坡宽度设计在5m左右，护岸断面形式如图2-3所示。
图2-3岸坡植物缓冲带断面示意图
岸堤的小倾角将减缓河水对岸堤的冲刷作用，缓解洪峰快速迁移对下游造成的压力。
坡面设计要有三维坡度变化，在水际部位设计为倒圆角坡度。
在宽体斜坡护岸上采用植被稳定方法，种植柳树、水杨，白杨、榛树等。
在坡面上间种景观植物，植物物种选取将在兼顾植物的保水护土、污染治理能力的基础上主要考虑其景观功能。
植物选取和种植时应注意高矮错列，叶色和花色相搭配，乔、灌、草分层配置，以强化防护林带的景观效果。
同时，保护现有沉水、浮叶、挺水、湿生植物和灌、乔木植被系统，营造纵向生态链。
在治理河段沿岸设置宣传牌，要求沿岸居民不要将垃圾等杂物，丢入河道内，并定时安排工人打捞少量漂浮物。
2.3进水水质指标
根据业主提供的水质资料及我公司现场勘查，该河涌水质指标如表2-2：
表2-2本项目水质指标
治理段
CODcr（mg/l）
NH3-N（mg/l）
透明度（m）
臭味
梁滩河板凳桥强化治理段
≤150
≤4
≤0.1
明显臭味，等级≥3级
2.4治理目标
鉴于本治理段来水水质复杂，除受污染河水外还承担了污水处理厂溢流水，故本治理段治理目标为两个阶段，第一阶段：
梁滩河板凳桥段消除黑臭，感官良好，河水能见度达0.8m以上；第二阶段：
在上游充分截污的情况下逐步达到Ⅴ类水体。
第3章工艺设计及计算
3.1工艺流程
本工程采用先进的科利尔（KIC）高效生物接触氧化工艺。
具体流程如图3-1。
图3-1工艺流程图
3.2设计水量
根据我公司多次现场踏勘情况，本工程共取1个治理段，该治理段总长1500m，设计平水期处理水量40000m³/d（其中截污涵管溢流污水约5000m³/d）。
3.3工艺设计计算
1、COD处理量
梁滩河流域属于次级河流，当控制断面符合指定的水质标准时，河流中COD日处理量计算公式为：
S=（C1-C2）×Q÷1000
式中:
S——COD日处理量（kgCOD/d）
C1——上游来水COD本底浓度（mg/L）
C2——治理段出水COD浓度（mg/L）
Q——河流中水的日流量（m³/d）
设计治理段水量约40000m³/d，河水中COD为150mg/L（河道自身流量35000m³/d，COD100mg/L；截污涵管溢流量5000m³/d，COD400mg/L，二者混流后河水COD约150mg/L），设计处理后COD为40mg/L。
则COD的日处理量为：
S=（C1-C2）×Q÷1000=（150-40）×40000÷1000＝4400（kgCOD/d）
2、生物带用量
生物带降解COD负荷取值一般为：
0.10～0.50kgCOD/m2·d，所需生物带用量计算公式为：
M=S÷L
式中:
M——所需生物带的量（m2）
S——COD日处理量（kgCOD/d）
L——生物带降解COD负荷的取值（kgCOD/m2·d），考虑到梁滩河板凳桥段河水组成近12.5%为市政污水，故该水体B/C较低，因此选择0.4kgCOD/m2·d
治理段处理COD所需生物带用量为：
M=S÷L=4400÷0.40≈11000m2
3、菌粉用量
每平方米生物带需投加一定量的科利尔高密度复合菌粉，通过生物降解作用去除COD，一次性需投加科利尔复合菌粉量计算公式为：
G=M×g÷1000
式中:
G——处理河流中COD所需一次性投加科利尔高密度复合菌粉量（kg）
M——所需生物带的量（m2）
g——每平米生物带所需投加科利尔高密度复合菌粉量（（g/m2）
治理段处理COD所需投加的科利尔高密度复合菌粉量为：
G=M×g÷1000=11000×25÷1000=275kg
4、气量
根据科亮公司实际工程经验，处理河道内生活污水时，每去除1kgCOD都需要一定量的O2，则每天需要的氧气量计算公式为：
D=S×e
式中:
D——处理河流中COD所需O2的量（kgO2/d）
S——河流中COD日处理量（kgCOD/d）
e——去除1kgCOD需要的O2的量（kgO2/kgCOD），1.5~2kgO2/kgCOD，考虑水体自身复氧能力，该处取值0.8kgO2/kgCOD
采用科利尔微孔曝气管氧利用率约为10%~15%，则每天所需空气量的计算公式为：
D空=D÷（ρ×κ）÷η
式中:
D空——处理河流中COD每天所需空气的量（kg/d）
D——处理河流中COD所需O2的量（kgO2/d）
ρ——空气的密度（O2/m3）
κ——空气中氧气的含量（O2/m3）
η——氧利用率
治理段处理COD所需的O2和空气的量为：
D=S×e=4400×0.8＝3520（kgO2/d）
D空=D÷（ρ×κ）÷η=3520÷（1.201×0.232）÷15%≈84221m3/d≈58.5m3/min
5、本工程所需曝气管数量
采用科利尔微孔雾化曝气管的曝气量为2L/（min·m），则曝气管使用量的计算公式为：
H=D空÷q×1000
式中:
H——所需曝气管的量（m）
D空——处理河流中COD每天所需空气的量（kg/d）
q——单位科利尔微孔雾化曝气管的曝气量（L/min·m）
治理段所需曝气管量为：
H=D空÷q×1000=58.5m3/min÷2L/（min·m）×1000＝29250m
6、风机选型及数量
微孔雾化曝气管管损为3～5米，微孔曝气管敷设于水深1.0米处。
则静音式风机所需压力计算公式为：
P=（h1+h2）×P0
式中:
P——处理段风机所需的压力（kPa）
h1——微孔曝气管的管损（m）
h2——微孔曝气管敷设的水深（m）
P0——每米水深的压力，一般取9.8kPa/m
由于本工程选用统一型号曝气管和采用统一敷设深度，则本工程所选静音式风机的风压均为
P=（h1+h2）×P0=（4.0＋1.0）×9.8=49kPa。
治理段采用4台风机，二用二备；单台风机设备的性能参数如下：
功率：
45kW转速：
900r/min
风量：
29.3m3/min风压：
49kPa
3.3防洪措施
针对治理区域存在的防洪问题，本设计在治理区域内会通过加深或加宽的方式增大治理区域过水断面，确保不影响河道行洪；我公司在河道内所布设的生物填料在河道内有永久性的固定装置，生物填料在洪水过境时会倒伏于河底，故洪水对治理区域的影响甚微。
3.4生态恢复阶段
在自然水体环境中，科利尔接触氧化法降解的污染物能够以食物链的形式向原、后生动物转移，最终被鱼类软体类及其他较大生物吸收，使水体生态恢复到稳定状态。
为了辅助这一过程，河涌治理段下游投放一定量的滤食性和杂食性鱼苗，并种植一些水生植物，以进一步改善水质并强化河涌的景观作用。
植物的群落配置是通过人为设计，把欲恢复重建的水生植物群落，根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布、时间分布方面进行安排，高效运行，达到恢复目标，即净化水质，形成稳定可持续利用的生态系统。
水生植物群落的配置以当地历史上存在过的某营养水平阶段下的植物群落结构为模板，适当引入经济价值较高、有特殊用途、适应能力强及生态效益好的物种，配置多种、多层、高效、稳定的植物群落。
群落配置主要包括水平控制配置和竖直空间配置两个内容，水平空间配置指在受污水域上配置不同的植物群落，竖直空间配置主要考虑不同生活型植物群落与不同沉水植物群落对水深的要求。
根据现场考察和调研结果，并基于因地制宜、本土和强净化能力、生物多样性、经济效益和景观协调的原则，选择麦冬草、茶花等对岸坡进行绿化，芦竹、杞柳作为重庆市梁滩河综合治理工程的挺水植物先锋物种，种植间距根据实际情况合理搭配实施。
在周边最低水位线以上地带种植芦竹、杞柳等湿地植物，通过水位的变化实现对河水的净化作用；并在湿地内放养鱼、泥鳅、青蛙等动物。
由此，通过植物带的优化配置，构建一个具有生物多样性、强水质净化能力和美丽景观效果的人工湿地生态系统。
图3-2芦竹图3-3茶花
3.5辅助设施
（1）风机房
在河岸建设彩钢板风机房2座以安置风机，单座风机房尺寸为：
6.0m×3.0m×2.8m
（2）岸坡植物缓冲带
在示范区设置岸坡植物缓冲带，在岸边种植植被，植物根系可有效的维持岸坡的稳定，利用植被根系的固土功能和控制面源污染的功能。
该段全长约1500m（单侧即九龙坡一侧），护坡宽度设计在5m左右。
（3）截污涵管溢流井
根据有关部门提供的相关资料及我公司现场勘查，为保证截污涵管溢流的稳定性和河道治理效果，在处理段初端附近截污涵管处设计一溢流井（出口安装一个500mm×500mm的方形铸铁铜闸门），尺寸为1m×1m，深度根据截污涵管情况现场确定。
第4章工程费用概算
表4-1梁滩河板凳桥治理段工程费用概算表
序号
名称
单位
工程量
单价（单位：
元）
合价（单位：
万元）
备注
A
土建费用
50.0
A-1
风机房
座
2
20000
4.0
A-2
溢流井
座
1
10000
1.0
含闸门
A-3
岸坡植物缓冲带
m
1500
300
45.0
B
设备费用
411.6
B-1
生物带
m2
11000
275
302.5
B-2
木桩
项
1
22000
2.2
B-3
微孔曝气管
m
29250
15
43.9
B-4
菌粉
kg
275
800
22.0
B-5
风机
台
4
50000
20.0
B-6
管道及阀门
项
1
130000
13.0
含控制箱
B-7
电气电缆
项
1
80000
8.0
C
其他费用
26.1
C-1
安装调试费
项
1
12.3
B×3%
C-2
税费
项
1
13.8
（A+B）×3%
D
工程总投资
487.7
A+B+C
说明：
①以上工程费用不含：
电力报装费用、接火费用、土地有偿使用费用；②工程决算费用以实际最终验收工程量为准。
③税费以实际税率为准进行结算。
第5章施工进度安排
项目施工及调试运行总周期均为7周，项目具体进度安排如表5-1。
具体的施工进度可根据业主要求及现场实际情况进行调整。
表5-1治理段治理工程进度表
时间
项目实施阶段
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
第
1
周
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
第
2
周
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
第
3
周
第
4
周
第
5
周
第
6
周
第
7
周
1.施工准备阶段
●
2.工程施工阶段
●
●
●
●
3.调试运行阶段
●
●
第6章运营期费用估算
①动力费
治理工程实际运行功率约90kW，则年耗电量为：
90kW×8h×365＝262800kW·h
按1.2元/kW·h的电费计算，则一年电费为262800×1.2=315360元=31.536万元；
（具体电耗以实际电价和用电量为准。
）
②人工费
河道治理运行工作人员1人，月薪约3000元，一年人工费用3.60万元；
（具体费用视当地用工成本而定。
）
③洪水期坝体修复及生态系统修复费用
按洪水期修复3次记，单次修复费用为工程直接费用的1%记，单次修复费用为4.7万元，年修复费用为14.1万。
④去除单位kgCOD的费用
0.307元/kgCOD
第7章进水超标及其处理
施工方或者运营方发现进水超过设计的标准时，应随即以书面形式向管理部门、环保部门报告，要求组织复检。
根据复检报告，确定水质超标的情况。
（1）若实测浓度值/进水标准值≤1.15，符合该处理系统的设计负荷波动范围，系统能够满足正常运行；
（2）若实测浓度值/进水标准值﹥1.15，持续两天以上并仍持续超标，则从第三日起，在进水持续超标期间且满足设计要求的条件下的出水超标；
（3）进水水质较长期间的超标
如果进水
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