安徽天长市污水处理厂尾水水质提升与利用工程设计及效果.pdf

第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport April 2023 收稿日期：2022-11-08 作者简介：王志强（1982-），男，天长市中冶水务有限公司经理，工程师。安徽天长市污水处理厂尾水水质提升与利用工程设计及效果 王志强（天长市中冶水务有限公司，安徽 滁州 239300）摘 要：天长市污水厂尾水利用项目作为该市污水厂尾水生态活化与水质提升的处理单元，工程设计规模为 6.0104 m3d-1。本项目的总体设计方案为：“水解酸化-曝气稳定塘+潜流湿地-表流湿地-塘湿地”。通过提升泵站，将尾水分为两部分，一部分 1 万 m3d-1进入潜流湿地，一部分 5 万 m3d-1进入水解酸化池水解后，进入两级强化曝气塘进行脱氮处理。根据污水厂周边红草湖湿地公园现有地形和水深，潜流湿地和曝气塘出水均进入红草湖公园北园的表流湿地、塘湿地，形成表面流-塘湿地-表面流-水下森林的串联组合湿地，并在水深较深水域利用生物膜对水质进行原位强效净化，通过形成不同的微生物环境，实现污水厂尾水的深度提升。经过工程和生态措施净化后，主要指标（化学需氧量、氨氮、总磷）出水水质可达到地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的 IV 类标准，通过水系循环补充红草湖北园、中园、滨河公园的景观用水，最终汇入城市河道，促进了河道水质逐步向好。关键词：污水处理厂；尾水；水质提升；湿地；尾水利用 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2023）04-0073-03 天长市污水处理厂天长市污水处理厂位于红草湖公园西北侧（即白塔河南岸，川桥河以东），规模为 6104 m3d-1，现有出水标准为城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级 A 标准，但目前正在开展提标改造工程出水执行巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值（DB34/2710-2016）表 2 中的 I 类标准（工业水含量50%）执行。污水厂的尾水排至川桥河，进入到白塔河，最终流入到高邮湖。白塔河是天长市的灌溉水源地，现状可达到地表水环境质量标准（GB3838-2002）的 IIIIV 类标准；高邮湖是天长市城区的备用水源保护地。在距离白塔河入高邮湖口约为 2.5 km 处，设有国家控制断面，污水处理厂提标后出水水质主要指标现状仅相当于地表水 V 类标准，与考核断面要求的水质标准差距较大；而白塔河水质考核断面位于天长市主城区下游，污水厂尾水已成为白塔河的重要点源污染，是影响断面水质达标的关键因素。污水处理厂尾水作为再生水的主要来源之一，其氮和磷的超标极易引起水体富营养化，影响再生水回用安全1-2。研究表明，人工湿地是当前污水处理厂尾水和河湖水质提升的重要工程措施3-5。为保障水源水安全和削减天长市入河污染负荷，亟需提升污水厂尾水水质。本工程将提标改造后尾水水质通过人工湿地的构建和优化，来达到提升水质和再利用的目标。湿地出水是主要设计指标（化学需氧量、氨氮、总磷）达到地表水环境质量标准（B3838-2002）的 IV 类限值。一、工艺方案 1工艺流程 尾水利用项目工程规模为全部利用，即6104 m3d-1。根据设计进水水质、处理出水水质目标要求、用地面积和工程规模等多因素进行综合考虑，通过对两种组合工艺，即厌氧池+强效曝气塘+湿地和厌氧池+强效曝气塘+人工快渗+湿地的比选，参考深圳观澜河清湖段生态治理工程6、浙江省东阳市污水处理厂尾水7和晋城丹河人工湿地项目8等工程案例的效果，选用湿地方案，总体工艺方式为：水解酸化-曝气稳定塘+潜流湿地-表流湿地-塘湿地。污水自污水处理厂的接触消毒池引管至本项目的提升泵站，污水分成两路，一路1 万 m3d-1经泵站提升至复合垂直潜流湿地，经人工湿地系统的物理、化学和生物净化等复杂的生态净化过程，后进入表流湿地和塘湿地；另一路 5 万 m3d-1污水通过泵提升至厌氧池，进行反硝化反应出水进入曝气好氧塘，通过填料上的微生物进一步去除有机物，同时在鼓风机供氧的作用下，填料上的好氧菌在分解有机物的同时，能高效去除氨氮，后进入表流湿地和塘湿地。潜流湿地和曝气塘出水均进入红草湖公园北园的表流湿地、塘湿地进一步处理后进入中园生态净化后流入西护城河。具体工艺流程见图 1。图 1 工艺流程图 2平面布置 项目位于川桥河以东、白塔河以南红草湖公园北园、中园区域，除现有水域外新增用地约 28,000m2，用地范围主要为川桥河与红草湖公园北园之间的新增用地 2.8 万 m2以 74 中 国 水 运 第 23 卷 及红草湖公园北园和中园的水面面积，共 18.6 万 m2，共计可用地范围为 21.4 万 m2。具体平面布置见图 2。图 2 平面布置图 二、主体工艺设计 1提升泵站和厌氧池 污水处理厂尾水通过管道自流进入提升泵房，通过水泵提升至厌氧池和潜流湿地。提升泵站设计为半地下式钢筋混凝土结构（128 m），有效储存容积为 432m3，设计流量为 2,500m3h-1，提升泵数量为 3 用 1 备，变频调节；设备参数为 Q=1,042m3h-1，H=5m，N=18.5kW，二用一备，Q=400m3h-1，H=10m，N=18.5kW。厌氧池设计 1 座，分 2 格，为半地下式钢筋混凝土结构，规模 5 万 m3d-1，平面尺寸设计为 5538m，有效水深5.0m，停留时间设计为 5h。2曝气好氧塘 曝气好氧塘总占地 4,700m2，分 2 座，1 座塘面积约2,400m2，2 座塘面积约 2,300m2。有效水深 2.0m，采用自然放坡的型式，设计停留时间 4h。根据水系的需氧量计算风量，选用罗茨鼓风机 4 台，电机功率 55kw，鼓风量为 43.2m3min-1，3 用 1 备，转速为 1,350rmin-1。曝气好氧塘内设复合高效微生物填料4,000m2。生物膜净化系统平面布置示意图如 3 所示。生物膜净化系统由若干个膜组件组成，每个膜组件上有若干根生物膜丝，风机提供的氧气由每根膜丝扩散到河水中，提高水体溶解氧，同时每根膜丝上也会富集微生物膜，为水中微生物提供一个能供给高溶解氧的载体，结合 EHBR 本身特性，利于污染物快速降解，保持水体自净能力。此外，该系统可浮动于水面上，无需土建池体施工，可以根据水质条件灵活调整，具有水体净化效果好、运行稳定、占地小、造价低、运行费用低、布置灵活、有助于河道水体生态修复能力的建立和完善的特点。高效曝气生物膜工艺对 COD 和 NH3-N 的处理能力可达到 10g（m2d）-1和 2 g（m2d）-1。图 3 生物膜净化示意图 3垂直潜流湿地 垂直潜流人工湿地采用钢混结构，纵向总长 200m，横向总长 75m，共计分为 10 个垂直潜流人工湿地单元，每个单元先进行下行潜流，后上行潜流。考虑到每个湿地单元的水头损失，故沿湿地横向方向呈中间高、两边低的形状。湿地设计水量为 416.7m3h-1，占地面积 1.5 万 m2，分成 2组，共分 20 格，单元结构尺寸为 37202.0 m，有效水深 1.70m，水力停留时间 27.5h，每块大约 750m2，布水负荷为 0.67m3（m2d）-1。湿地进水提升泵提升尾水进入湿地输水干管，干管沿纵向方向敷设在道路下为管径 DN350mm 钢管输水管，总长300m，末端进行封闭。在每个湿地单元处接分水管，并设置阀门井，通过阀门控制每个湿地单元进水水量。并且每个湿地单元出水处设置放空阀。经过垂直潜流湿地深度处理后的尾水通过湿地单元集水渠汇集，自流进入红草湖公园北园水域。集水渠设计成矩形，上面铺设盖板。设计宽 1.7m，深 0.6m，有效水深 0.4m。底坡比降 0.0005。垂直潜流人工湿地设计种植挺水植物芦苇、香蒲。在垂直潜流人工湿地各单元的植物配置不完全相同，单元内的植物也根据周边环境做出适当调整。湿地表层采用 DN200 穿孔管布水，底层采用 DN200 穿孔管集水。湿地采用间连续进水方式进水。4塘湿地 塘湿地是按一定的技术参数建成植物床，通过光合作用使植物根区及根网带形成富氧区，促使床体内微生物大量繁殖，通过微生物活动的分解和植物的吸收吸附及分泌物的杀菌等作用，使污水得到净化。基于水力停留时间、表面有机污染负荷和表面水力负荷计算，本项目的生态塘设计面积88,950m2。1#塘湿地 17,880m2，平均水深 1.2m；2#塘湿地 44,670m2，平均水深 1.2m；3#塘湿地 26,400m2，平均水深为 1.2m。挺水植物种植芦苇、香蒲、菖蒲等挺水植物，种植方式为平行水流方向带状分布，种植密度为 19-25 株（m2）-1。浮水植物种植凤眼莲、睡莲等。漂浮植物与生态塘的出水口之间需要有挺水植物作为间隔，防止漂浮植物堵塞。沉水植物种植金鱼藻、轮叶黑藻等，种植密度为 120 株（m2）-1。5表面流湿地 表流湿地包含挺水植物、沉水植物塘、水生动物、底栖动物等形成一个有机的生态链系统，主要包括沉水植物、挺水植物、水生动物、底栖动物等工程。表流湿地主要利用红草湖公园北园、中园的水域，根据河底标高和常水位位置合理布设水生植物，恢复水生生态系统；利用植物的根区效应和吸收能力净化污染物，同时形成不同的生物栖息地，有利于水生生物多样性的形成、群落的稳定、生物的物种保育；常水位以上采用草皮护坡；在较浅的驳岸（水深 00.5m 种植梭鱼草、美人蕉、花叶芦竹、再力花、风车草、芦苇、鸢尾等挺水植物；在较深的水体（水 第 4 期 王志强：安徽天长市污水处理厂尾水水质提升与利用工程设计及效果 75 深 0.52m）大量种植苦草、黑藻、金鱼藻、菹草等沉水植物共有表流湿地约 97,000m2。根据耐污、景观、去污以及管理方便等需要，结合本项目的水深情况，本方案挺水植物选取芦苇、再力花、美人蕉、黄菖蒲等挺水植物。种植方式根据地形可以条状、块状或丛状进行设计。作为多样性的次优势种，在水面配置一定量的浮叶植物睡莲，进一步提升水景效果。根据陈明林等9的研究，安徽省水生植被以苦草（Vallisineriaspiralis）群 落、眼 子 菜（Potamoget onmalaianus）群落、紫萍（Spirodelapolyrrhiza）、浮萍（Lemnaminor）群落，满江红（Azollaimbricata）、槐叶苹（Salvinianatans）群落、莲（Nelumbonucifera）群落为主，尤其以苦草群落覆盖面积最大。因此，根据生态安全的原则，尽可能多的使用本地种，故构建以苦草为主的沉水植物群落。另外，根据红草湖对水体景观的要求、水流流速特点、污染特点、区域气候特点及生物多样性的需要，选择的沉水植物有四季常绿矮型苦草、改良刺苦草、龙须眼子菜、轮叶黑藻和伊乐藻。三、处理效果 各处理工艺单元的去除率见表 1。最终的出水主要指标（化学需氧量、氨氮、总磷）优于地表水环境质量标准（GB3838-2002）的 IV 类标准。表 1 各处理工艺单元去除率 指标 CODCr NH3-N TP 进水水质（mgL-1）40 3 0.3 厌氧池出水（mgL-1）40 3.5 0.3 曝气好氧塘出水（mgL-1）32 1，8 0.3 分项去除率 20%40%0 垂直潜流湿地出水（mg L-1）28 1.4 0.2 分项去除率 12.5%22%33%设计出水水质（mgL-1）30 1.5 0.3 总去除率 45%57%33%北园治理前 治理后 南园治理前 治理后 图 4 治理前后的效果对照 通过湿地生态系统构建、景观打造等工程措施的建设，不仅对尾水进行生态活化与提升，污水厂尾水通过中水回用水系循环补充红草湖北园、中园、滨河公园的景观用水，提升了水体的自净能力，而且改善了区域生态环境，丰富了湿地生物多样性（图 4）。四、结论 本研究以天长市污水厂尾水利用项目为例，介绍了污水厂尾水生态活化与水质提升的处理单元的设计方案和运行效果。本项目采用“水解酸化-曝气稳定塘+潜流湿地-表流湿地-塘湿地”的设计方案，将尾水分为两部分，一部分进入潜流湿地，一部分进入水解酸化池水解后，进入两级强化曝气塘进行脱氮处理，然后通过人工湿地的构建和优化，来达到提升水质和再利用的目标。潜流湿地和曝气塘出水均进入红草湖公园北园的表流湿地、塘湿地，形成表面流-塘湿地-表面流-水下森林的串联组合湿地，通过形成不同的微生物环境，实现污水厂尾水的深度提升。经过工程和生态措施净化后，最终出水的主要指标（化学需氧量、氨氮、总磷）可达到地表水环境质量标准（GB 3838-2002）的 IV 类标准，满足公园景观用水和河道补充水的水质要求，汇入城市河道循环系统可有效促进河道水质逐步向好。参考文献 1 张高军，王永军，魏玉朝等.改良人工湿地强化污水处理厂尾水脱氮性能研究J.中国资源综合利用，2022，40（2）：194-198.2 彭五庆，李彭，蔡浩东等.污水厂生化尾水深度化学除磷效果优化及其对颗粒态磷粒径分布的影响J.2022，41（2）：68-74.3 赵亚芳，白华清，孙政.人工湿地在污水处理中的应用案例及常见问题探讨J.净水技术，2022.4 孟潇，李德营，郭鹏程.人工生态系统在龙子湖水系工程中的构建及应用J.中国水运，2016，16（6）：162-163.5 臧江雨，袁媛，何芊姗等.以尾水处理为主导的人工湿地公园景观设计以南宁市物流园污水处理厂尾水生态湿地提质工程为例J.建设科技，2022，（Z1）：119-121+124.6 付贵萍，朱闻博，李朝方等.深圳观澜河清湖段生态修复工程研究J.中国农村水利水电，2008，（5）：57-61.7 韩万玉，魏俊陶，如钧等.复合型人工湿地工艺用于污水处理厂尾水深度处理J.低碳世界，2019，9（12）：2-5.8 孙钰，晋城：重现碧水蓝天 打造宜居城市J.环境保护，2010，（10）：51-54.9 陈明林，刘玲玲，张小平.安徽省水生植物资源的调查与分析J.安庆师范学院学报（自然科学版），2004，（2）：99-101.