沅江市石磯湖黑臭水體治理工程案例分析

尹華升，黃淵圣，劉 麗，謝繼慈，董景濤，何 全

(1. 湖南省建筑科學研究院有限責任公司，長沙 410011；2. 湖南城市學院設(shè)計研究院有限公司，長沙 410012；3. 中國葛洲壩集團水務(wù)運營有限公司 湖南分公司，長沙 410016)

黑臭水體是由于水體被嚴重污染導致的，其嚴重影響了人們的生活環(huán)境，甚至危害人們的身體健康﹒其形成原因主要有污水直排、污水處理廠雨天處理能力不足所導致的溢流污染等[1-2]﹒

本文以湖南省沅江市黑臭水體治理項目為例，重點分析了溢流污水調(diào)蓄池和磁混凝沉淀處理相結(jié)合的技術(shù)路線，以期為我國南方平原地區(qū)黑臭水體治理項目提供借鑒﹒

1 項目概況

沅江市位于湖南省洞庭湖腹地，城區(qū)3面由洞庭湖環(huán)繞，屬于環(huán)境特別敏感區(qū)﹒根據(jù) 2017年4月的調(diào)查結(jié)果，沅江市區(qū)的石磯湖及與石磯湖相連接的西干渠、總干渠和北干渠均是黑臭水體﹒其中，石磯湖水面面積62.5 hm2，整體輕度黑臭；西干渠、北干渠和總干渠的長度分別為1.8，0.8和0.68 km，均為重度黑臭﹒其黑臭水體及污水管網(wǎng)現(xiàn)狀見圖1﹒

圖1 黑臭水體及污水管網(wǎng)現(xiàn)狀

2 黑臭水體成因

2.1 污水處理廠處理能力不足

沅江市石磯湖流域?qū)儆阢浣械谝晃鬯幚韽S納污范圍，該污水處理廠的納污面積約16 km2，現(xiàn)狀人口約 10萬人，旱季日均污水量約 3.6萬m3/d，污水處理廠設(shè)計規(guī)模4萬 m3/d，雨季有大量溢流污水在廠外管網(wǎng)溢流﹒

2.2 排水體制不合理

沅江市老城區(qū)采用的是截流式合流制，石磯湖北側(cè)的城南污水泵站，設(shè)計規(guī)模為3萬 m3/d，其出水壓力管直接接入了石磯湖東北側(cè)的合流排水干管﹒這種不合理的排水體制造成了以下后果：1)原有合流排水干管的水量超過了其設(shè)計能力，導致該區(qū)域的凌云塔小學周邊出現(xiàn)了較嚴重的內(nèi)澇；2)經(jīng)污水泵站提升的污水再次與合流區(qū)的雨水混合在一起，稀釋了污水處理廠的進水污水濃度；3)排入北干渠的溢流污水濃度升高，加劇了北干渠、總干渠、西干渠及石磯湖污染﹒沅江市不合理排水體制見圖2﹒

圖2 沅江市不合理的排水體制示意

2.3 污水直排

在石磯湖兩岸及總干渠兩側(cè)還有約 0.7 km2區(qū)域是污水管網(wǎng)空白區(qū)，約3 000 m3/d的污水直排進入石磯湖和總干渠，形成了嚴重的污染﹒

2.4 內(nèi)源污染

石磯湖、總干渠、北干渠和西干渠周邊區(qū)域地處城鄉(xiāng)結(jié)合部，城市管理難以到位，存在往水體亂倒垃圾現(xiàn)象，這就導致水體岸邊堆積很多生活垃圾；水面也漂浮了一些生活垃圾和水生植物形成的腐敗物；水體底部有較厚的黑色淤泥(污染物含量較高)﹒

3 治理方案

3.1 截污納管

對沅江市黑臭水體進行治理時，在石磯湖兩岸和總干渠兩側(cè)的污水管網(wǎng)空白區(qū)域新建了 5.1 km完全分流制的污水管網(wǎng)，用來收集該區(qū)域散亂直排的生活污水﹒

3.2 改造城南污水泵站出水壓力管

城南污水泵站出水壓力管直接接入合流制排水區(qū)合流排水管，使原有合流排水干管的水量超過其設(shè)計能力，導致內(nèi)澇和嚴重的溢流污染﹒該治理工程方案為更換泵站，更改出水壓力管走向(壓力管沿石磯湖東岸、北干渠南岸布置)，出水直接接入北干渠南側(cè)的污水主干管，完全避開了北干渠以北的合流區(qū)域(共新建了 DN800壓力管826 m)﹒污水泵站出水壓力管改造后，既解決了城區(qū)內(nèi)澇問題，又提高了污水處理廠雨天進水污染物濃度，還降低了溢流污水的污染物濃度﹒

3.3 建設(shè)溢流污水調(diào)蓄池

設(shè)置溢流污水調(diào)蓄池是解決溢流污染的一個重要有效手段[3]，但密閉的地埋式調(diào)蓄池的建設(shè)成本高，占地面積大﹒石磯湖東面的北干渠、西干渠、南干渠和東干渠組成了一個網(wǎng)環(huán)狀水系，見圖3﹒

圖3 石磯湖黑臭水體治理方案示意

由圖3可知，水渠天然坡度幾乎為0，雨季時渠道的水流自南往北流向總干渠經(jīng)泵站排往洞庭湖；旱季時水流自北往南流入石磯湖﹒經(jīng)評估，封閉網(wǎng)狀形水系中的一段水渠，不影響整個網(wǎng)狀水系的排水防澇能力﹒該治理項目充分利用水系的特點，通過閘門把現(xiàn)北干渠西段和西干渠北段隔斷作為溢流污水調(diào)蓄池﹒調(diào)蓄池服務(wù)的匯水面積約1.48 km2，其容積按降雨重現(xiàn)期為3 a時降雨30 min(或?qū)?yīng)34 mm降雨)不發(fā)生溢流進行設(shè)計﹒該調(diào)蓄池呈“7”字形，總長1 500 m，寬10～15 m，有效調(diào)蓄水深2 m，有效容積3.0萬 m3﹒其前端設(shè)置1道間距為20 mm的粗格柵，內(nèi)設(shè)有排泥槽和排泥坑等設(shè)施﹒該方案的優(yōu)點是不需征地，極大地節(jié)省了投資，比新建地埋式調(diào)蓄池節(jié)省投資90%以上；缺點是雨天調(diào)蓄池裝有合流污水時，短時間內(nèi)對環(huán)境有不良影響﹒

為最大程度地減少明渠調(diào)蓄池對環(huán)境的影響，充分發(fā)揮其作用，調(diào)蓄池按如下步驟運行：1)在降雨來臨之前，通過水泵把調(diào)蓄池排空；2)下雨時接收溢流污水，并通過水泵送往溢流污水處理站處理；3)溢流污水處理站把調(diào)蓄池抽干后，清理其沉積的污泥，并把清出的污泥送往污水處理廠污泥脫水車間處理；4)晴天打開北干渠的連接閥門，給調(diào)蓄池注滿清水以作景觀使用；5)遇特大洪水時，可把明渠調(diào)蓄池2端閘門全部打開，恢復環(huán)狀水系全部排水功能﹒

3.4 新建溢流污水處理站

因沅江市第一污水處理廠沒有超過旱季設(shè)計流量4.0萬 m3/d以上的處理能力，所以有溢流污水在廠外管網(wǎng)溢流﹒因此，需在西干渠明渠調(diào)蓄池西側(cè)建設(shè)1座溢流污水處理站，使調(diào)蓄池內(nèi)儲存的溢流污水經(jīng)該處理站凈化后再排入西干渠﹒溢流污水處理站設(shè)計規(guī)模2.0萬 m3/d，占地面積1 160 m2，設(shè)計的進、出水水質(zhì)標準見表1﹒

表1 溢流污水處理站進、出水水質(zhì)標準 mg?L?1

該溢流污水處理站采用磁混凝沉淀工藝﹒磁混凝沉淀是在常規(guī)混凝沉淀的基礎(chǔ)上，通過投加磁粉提高混凝效率、加快沉淀速度和縮短沉淀時間的一種強化混凝工藝﹒該工藝具有對 SS、TP和 COD去除效果好，運行成本低，占地面積少等優(yōu)點[4-6]﹒溢流污水處理站工藝流程見圖4，磁混凝沉淀池主要設(shè)計參數(shù)見表2﹒

圖4 石磯湖溢流污水處理站工藝流程

表2 石磯湖溢流污水處理站沉淀池設(shè)計參數(shù)

溢流污水處理站產(chǎn)生的污泥采用疊螺機脫水至80%后送往沅江市第一污水處理廠深度脫水﹒該站自2020年6月初投產(chǎn)后，每次降雨后均能快速啟動，運行穩(wěn)定﹒加藥量根據(jù)進水水質(zhì)調(diào)整，一般情況下，PAC投加量30～50 mg/L；PAM投加量1～2 mg/L；磁粉的初始投加量為20～30 kg/m3，其主要成分為粒徑80～100 μm的Fe3O4，因其隨出水和排泥會有一定流失，所以待穩(wěn)定運行后，磁粉的補充投加量為 3～8 mg/L﹒根據(jù)多次水質(zhì)檢測，該處理站對SS、TP去除率可達90%以上，COD去除率可達70%以上，BOD5的去除率可達60%以上，但是其對N的去除效果低，見表3﹒

表3 石磯湖溢流污水處理站運行效果

3.5 內(nèi)源污染治理

內(nèi)源污染的治理主要包括清除堆積或漂浮在水系岸邊的各類垃圾；清除淤積嚴重、污染物含量高的水體污泥﹒該治理工程清除垃圾和污泥分別為730和31 300 m3﹒

3.6 生態(tài)修復與景觀打造

本項目將生態(tài)修復與城市公園景觀建設(shè)相結(jié)合，在石磯湖湖面較寬且水流速度較慢的湖岸沿線種植了蒲葦、美人蕉等挺水植物，形成生態(tài)岸線，能凈化由雨水帶來的面源污染；在湖邊修建了步行游道和綠化帶；在西干渠的明渠調(diào)蓄池上，局部架設(shè)蓋板后建成了1個籃球場和1個休閑廣場，為周邊群眾提供了健身和休閑場地﹒

4 治理效果

該項目于2020年6月初完工，達到了設(shè)計預(yù)期目標，消除了黑臭水體﹒石磯湖的水質(zhì)得到了極大改善，除總氮外，其余水質(zhì)指標均由《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)[7]劣V類水水質(zhì)提升到地表IV水水質(zhì)標準，見表4﹒

表4 治理后石磯湖主要水質(zhì)指標

5 結(jié)語

針對沅江市石磯湖黑臭水體，采取截污納管、建設(shè)調(diào)蓄池和溢流污水處理站為主的治理方案，成功消除了水體黑臭現(xiàn)象，水質(zhì)和周邊環(huán)境有了顯著改善﹒在不影響排水防澇的情況下，利用現(xiàn)有明渠作為溢流污水調(diào)蓄池，極大地節(jié)約了用地和建設(shè)投資；溢流污水處理站采用磁混凝沉淀工藝，對SS、TP去除率可達90%以上，COD去除率可達70%以上，BOD5去除率可達60%以上﹒