基于生態(tài)補水的調(diào)蓄池出水處理流程分析研究
——以萬家湖流域為例

趙 琴

(武漢中科水生環(huán)境工程股份有限公司，湖北 武漢 430067)

1 工程背景

萬家湖位于武漢經(jīng)開區(qū)東部，其水質(zhì)惡化情況比較嚴重，為劣V類。主要污染物為有機污染。排水系統(tǒng)的初期雨水污染、雨水溢流是包括萬家湖在內(nèi)的武漢城區(qū)水體污染的主要原因之一，污染負荷嚴重影響了萬家湖的水體功能恢復(fù)，合流制溢流污水控制規(guī)劃方案主要包括遠期采用分流制改造與雨水徑流管理，近期采用雨水截污分質(zhì)控制[1]，如設(shè)置調(diào)蓄池。

萬家湖綜合整治工程設(shè)計中就針對入湖的3個排口分別設(shè)計了雨水調(diào)蓄池，擬將污染物濃度較高的雨污水暫時儲存在調(diào)蓄池中，待降雨結(jié)束后，再將儲存的雨污水通過污水管道輸送至污水處理廠處理或就地處理后作為生態(tài)補水，作為流域綜合整治中不可缺失的一環(huán)，達到控制面源污染、保護水體水質(zhì)，以達到最終水質(zhì)目標。因2#調(diào)蓄池周邊有可利用地，具備就地處理的條件，因此擬將該調(diào)蓄池出水就地處理至地表水Ⅳ類標準后排入萬家湖，而不再排入下游沌口污水處理廠。

2 項目建設(shè)的必要性與意義

2.1 為湖泊進行生態(tài)補水，維護水生態(tài)

對于城市湖泊來說，生態(tài)補水是在現(xiàn)狀湖泊除了雨水外，沒有其他水量補給，水體相對封閉的客觀條件下，存在水資源時空分布不均問題，湖泊因各種原因造成生態(tài)虧空、湖泊水環(huán)境持續(xù)得不到改善、自然生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞等現(xiàn)象，需要在截污、控制排污達標排放的基礎(chǔ)上，從外部自然生態(tài)系統(tǒng)進行補給，通過湖與湖、江(河)與湖相連通，使分割、封閉的水體流動循環(huán)起來，增強湖泊的水動力，以達到改善水質(zhì)，恢復(fù)或維持生態(tài)系統(tǒng)的目的[2]。

本項目實施后，2#調(diào)蓄池出水經(jīng)處理后排至萬家湖，預(yù)計旱季時可提供1200 m3/d的補水量，還可以增加水體動力，并能利用清潔的補水來持續(xù)加快水體水質(zhì)的改善，增加水體環(huán)境容量，促進中后期雨水排入湖泊后水體的快速凈化與恢復(fù)，具有十分重要的意義[3，4]。

2.2 減輕下游污水處理廠處理負荷

沌口污水處理廠[5]目前處理規(guī)模為12萬m3/d，基本處于滿負荷運行狀態(tài)，原設(shè)計調(diào)蓄池出水排入沌口污水處理廠處理，這無疑會增加污水處理廠處理負荷，對污水處理廠的正常運行造成影響，而一旦污水處理廠接納不了所有調(diào)蓄池的出水，也會對調(diào)蓄池的運行造成一定影響，不能在下次降雨前騰出有效庫容，接納下次降雨的初雨量。本項目2#調(diào)蓄池出水就地處理后，可以有效減輕污水處理廠的處理負荷，也可以為調(diào)蓄池及時地騰出庫容。

3 設(shè)計原始指標

(1)設(shè)計范圍：萬家湖2#調(diào)蓄池出水。

(2)出水性質(zhì)：合流排口的雨污水。

(2) 初雨調(diào)蓄量：3000 m3/d。

(3)旱季污水量： 1200 m3/d。

(4)旱季污水水質(zhì)：根據(jù)我公司實測數(shù)據(jù)并考慮1.3的變化系數(shù)，作為旱季污水設(shè)計水質(zhì)。

(5)初雨水質(zhì)：根據(jù)武漢地區(qū)地表徑流情況，初雨水質(zhì)按CODcr：180 mg/L，TN：12 mg/L，氨氮：8 mg/L，TP：0.8 mg/L計。

(6)目標水質(zhì)：地表水Ⅳ類標準。

(7)設(shè)計水質(zhì)水量確定。旱季時，水質(zhì)為旱季污水水質(zhì)，雨季時，設(shè)計水質(zhì)為生活污水水質(zhì)和初雨水質(zhì)水量加權(quán)計算而得(表1)。

4 工藝選擇

4.1 污水處理工藝選擇

能滿足該項目處理要求的工藝需采用二級生化+深度處理工藝。分別比選如下。

4.1.1 二級生化工藝比選

目前，二級生化處理工藝主要有 A/O 法、CAST、SBR、MBR法等方法，本項目針對改良A/O工藝和MBR工藝進行比選，以擇優(yōu)選擇。

表1 設(shè)計水質(zhì)水量表

(1)改良A/O工藝。改良A/O工藝是一種高效低能耗的工藝，采用獨特的曝氣技術(shù)，通長曝氣軟管均勻分布在池底，6 m清水測試時氧傳質(zhì)效率高達50%；通過氣提技術(shù)達到高回流比，這有助于立即稀釋進水中的污染物濃度，減少活性污泥的污染物負荷，為微生物的生產(chǎn)和繁殖提供一個更加穩(wěn)定的環(huán)境。本技術(shù)能在低能耗的情況下達到更高的回流比(10～100倍)，在這種條件下，改良A/O池中污染物質(zhì)濃度梯度很小，大約只有常規(guī)活性污泥系統(tǒng)的1/20。全池保持低溶解氧狀態(tài)，為各種微生物提供最佳生存環(huán)境，生化活性高，脫氮除磷功能顯著。

改良A/O工藝同時還采用了微渦分離包，該系統(tǒng)是一個生物化學(xué)泥水分離單元。其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和管道式微渦分離包配置使得澄清快速而且高效。

(2)MBR工藝。MBR(膜生物反應(yīng)器)是由膜技術(shù)和生物處理單元相組合的水處理工藝。將膜組件置于生物處理單元中固液分離，從而無需設(shè)置二沉池，即將傳統(tǒng)活性污泥法與現(xiàn)代膜分離相結(jié)合的新型處理工藝。

相比傳統(tǒng)生物處理工藝，其具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、剩余污泥量少、占地少、結(jié)構(gòu)緊湊、可去除氨氮及難降解有機物、易于操作管理等特點。但是該工藝設(shè)備一次性投資大；定期需要膜清洗及更換，運行維護成本高。

綜合考慮，改良A/O工藝抗沖擊負荷能力較強，運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，投資和運行費用均低于MBR工藝，運行管理較MBR簡單，綜合考慮，推薦采用改良A/O工藝。

4.1.2 深度處理工藝比選

深度處理工藝主要有：①高級氧化技術(shù)；②膜深度處理；③人工濕地生態(tài)技術(shù)等。具體比較如下。

(1)膜深度處理、高級氧化技術(shù)適用于小水量、工業(yè)廢水等的尾水處理。

(2)膜深度處理技術(shù)、高級氧化技術(shù)較人工濕地生態(tài)技術(shù)的投資和運行費用高。

(3)人工濕地生態(tài)技術(shù)在污水處理尾水凈化中具有高效率、低投資、低運轉(zhuǎn)費用、低維持技術(shù)和基本不耗電的特點，適用于各種規(guī)模類型的水量的尾水深度凈化。

(4)人工濕地污水處理工藝具有其獨特的優(yōu)點：①建造費用相對低廉；②運行和維護成本低，簡便，一般只需定期維護；③抗水力沖擊負荷能力強；④可用于微污染水的回用和資源化；⑤同時還為濕地生物提供棲息地；⑥能有效地和景觀相結(jié)合；⑦本身就具有景觀效應(yīng)，易于被大眾所接受。

依據(jù)收納水體的水質(zhì)目標及本區(qū)域規(guī)劃，通過技術(shù)、經(jīng)濟、景觀等方面考慮，要達到總體出水水質(zhì)目標，選擇采用人工濕地深度凈化方式進行污染物去除。

根據(jù)污水的流動方式不同，人工濕地可分為表面流人工濕地和潛流式人工濕地[6]。潛流人工濕地還細分為水平流和垂直流。

表面流人工濕地投資較小、占地面積大、污染物去除率較低、運行管理較復(fù)雜。

水平潛流人工濕地的水力負荷和污染負荷大，占地面積小，對BOD5、CODcr、SS、重金屬等污染指標的去除效果好，且很少有惡臭和孳生蚊蠅現(xiàn)象。

垂直潛流人工濕地的水力負荷和污染負荷大，占地面積更小，硝化能力、反硝化能力、對N、P去除能力均高于水平潛流人工濕地。

通過上述各項指標的比較，考慮本項目的處理規(guī)模、選址、總體規(guī)劃，該區(qū)域位于武漢市城區(qū)，對環(huán)境、景觀要求較高，需選擇去除效果好、衛(wèi)生條件好、占地面積小等特點的人工濕地工藝。因此，本項目采用的人工濕地生態(tài)技術(shù)選用垂直潛流人工濕地工藝。

綜上所示，選擇改良A/O+垂直潛流人工濕地作為本項目的主體工藝(圖1)。

圖1 工藝流程

4.2 污泥處理工藝選擇

改良A/O池運行過程中會產(chǎn)生剩余污泥，本方案污泥由附近污水處理廠定期派車來收取，托運至指定地點進行脫水處理。

4.3 臭氣處理方案

城市污水中會有氨氣、甲硫醇、硫化氫、甲硫醚、三甲胺等化合物，會散發(fā)臭味，影響人們身心健康。本項目臭氣處理選擇UV光解法，造價低、運行成本低、維護方便、占地更省，壽命更久。

5 各處理單元設(shè)計

(1)2#調(diào)蓄池利用。將已建調(diào)蓄池前端渠道作為調(diào)節(jié)池來調(diào)質(zhì)調(diào)量，增設(shè)提升泵，將污水提升至后續(xù)處理系統(tǒng)進行處理。

主要設(shè)備：污水提升泵兩臺，1用1備，規(guī)格：Q=100.0 m3/h，H=14 m，N=7.5 kW。

(2)沉砂池。功能：有效去除污水中粒徑≥0.2 mm的無機砂粒，以保護后續(xù)管道、污水處理設(shè)備的正常運行。數(shù)量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)，半地下式，與改良A/O池合建；尺寸： 9.6 m×0.8 m×1.3 m。

主要設(shè)備：吸砂泵，2臺， 1用1備，回轉(zhuǎn)式機械細格柵1臺，垃圾箱1個。

(3)改良A/O池。功能：由氣提區(qū)、曝氣區(qū)、澄清區(qū)三部分。改良A/O工藝可去除污水中可生化降解的大部分有機污染物，并通過同步硝化反硝化降解污水中的N。數(shù)量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)，半地下式(池頂上方采用彩鋼封閉)。尺寸： 23.3 m×9.6 m×5.5 m。

主要設(shè)備：曝氣管、推流器、鼓風(fēng)機、微渦分離包、DO在線檢測儀、硝酸鹽氮在線檢測儀、污泥泵、碳源投加裝置、污水提升泵等。

(4)一體化纖維轉(zhuǎn)盤濾池。功能：主要去除SS，防止后續(xù)反硝化濾池堵塞。數(shù)量：1套，鋼結(jié)構(gòu)，成套設(shè)備，地上式，放置于設(shè)備間。尺寸：5.35 m×2.6 m×3.0 m，3.3 kW。

(5)中間水池。功能：纖維濾池出水儲存，出水提升至反硝化濾池。數(shù)量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)，地下式，與清水池合建。尺寸： 6.0 m×6.0 m×3.0 m。

主要設(shè)備：污水提升泵，2臺，1用1備。

(6)一體化反硝化濾池。功能：主要去除TN，以減輕后續(xù)濕地處理負荷，保證TN達標。數(shù)量：1套，鋼結(jié)構(gòu)，地上式，放置于設(shè)備間，尺寸：6 m×3 m×4.7 m。形式： DN型反硝化深床濾池。結(jié)構(gòu)： 碳鋼。

(7)垂直潛流人工濕地。功能：去除污水中BOD、COD、TSS、TP、TN等污染物。數(shù) 量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)。占地面積：7236 m2。床層凈深：1.2 m。水力負荷： 旱季：0.18 m3/(m2·d)雨季：0.30 m3/(m2·d)。

(8)清水池。功能：反硝化濾池反沖洗水儲池。數(shù)量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)，地下式，與中間水池合建。尺寸： 6.0 m×6.0 m×3.0 m。

主要設(shè)備：污水提升泵，2臺，1用1備。

(9)儲泥池。功能：貯存沉砂池排出的泥沙以及生化池排出的剩余污泥。數(shù)量：1座，鋼混結(jié)構(gòu)，地下式，與改良A/O池合建。規(guī)格： L×B×H=6 m×6 m×3.0 m。主要設(shè)備：攪拌器一臺。

(10)設(shè)備間。數(shù)量：1座，框架結(jié)構(gòu)，地上式，用于放置一體化纖維轉(zhuǎn)盤濾池，反硝化濾池、除臭設(shè)備、鼓風(fēng)機、加藥裝置等設(shè)備。規(guī)格： L×B×H=36.0 m×8.0 m×7.0 m。主要設(shè)備：除臭設(shè)備1套。

6 可達性分析

根據(jù)制定的流程，對污染物的可達性進行分析[7，8]，如表2、表3所示。

7 結(jié)語

近年來，針對排口治理的調(diào)蓄池設(shè)計應(yīng)用廣泛，但調(diào)蓄池出水基本上均排入末端污水處理廠，就地處理情況較少，本文提供了一種調(diào)蓄池出水就地處理且能達到地表水Ⅳ類標準的一種工藝，經(jīng)論證分析及實際驗證，工藝先進合理，可行。項目實施后不但減輕下游污水處理廠的處理負荷，還可以在旱季為湖泊提供生態(tài)補水，提高水體環(huán)境容量，加速水體水質(zhì)目標的實現(xiàn)，具有十分重要的意義。

表2 旱季運行可達性分析

表3 雨季運行可達性分析