生態(tài)治污工藝與污水零排放方案及實(shí)踐

王文明，危建新，，聶世輝，左 鋒，李 毅

（1.湖南先導(dǎo)洋湖再生水有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410006；2.長(zhǎng)沙先導(dǎo)洋湖建設(shè)投資有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410006）

生態(tài)治污工藝與污水零排放方案及實(shí)踐

王文明1，危建新1，2，聶世輝2，左 鋒1，李 毅1

（1.湖南先導(dǎo)洋湖再生水有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410006；2.長(zhǎng)沙先導(dǎo)洋湖建設(shè)投資有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410006）

洋湖再生水廠一期工程污水處理規(guī)模為 4萬(wàn) m3／d，是長(zhǎng)沙市大河西先導(dǎo)區(qū) “兩型”社會(huì)建設(shè)示范工程，采用 “MSBR＋人工濕地”污水生態(tài)處理工藝，出水水質(zhì)達(dá)到 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí) A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水作為洋湖生態(tài)濕地公園的景觀用水和片區(qū)中水從而實(shí)現(xiàn)污水零排放。本文著重介紹洋湖再生水廠生態(tài)治污工藝和污水零排放經(jīng)驗(yàn)。

生態(tài)治污；MSBR；人工濕地；零排放；再生水；中水回用

1 工程概況

洋湖再生水廠 （坪塘污水處理廠及中水回用工程）位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)洋湖大道南側(cè)、靳江河?xùn)|側(cè)的洋湖生態(tài)濕地公園科教區(qū)內(nèi)。工程總占地面積21.67hm2，廠區(qū) 5.67hm2，人工濕地 16.00hm2。規(guī)劃分三期建設(shè)，一期 （2012年）4萬(wàn) t／d，二期（2016年）8萬(wàn) t／d，遠(yuǎn)期 （2020年）12萬(wàn) t／d。工程服務(wù)范圍為長(zhǎng)沙市先導(dǎo)區(qū)西二環(huán)線和白鶴天池以南的坪浦組團(tuán)區(qū)域，包括含浦科教產(chǎn)業(yè)園、坪塘和洋湖三個(gè)片區(qū)，納污面積約50km2，服務(wù)人口約60萬(wàn)，配套污水收集管網(wǎng)40.43km，中水管網(wǎng)26.5km。

一期廠區(qū)建安工程于 2010年 4月開(kāi)工建設(shè)，2011年8月底竣工，10月開(kāi)始試運(yùn)行。人工濕地工程于2012年7月初竣工，一期工程于 7月31日通過(guò)竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收，8月 11日零時(shí)零分起進(jìn)入商業(yè)試運(yùn)行。項(xiàng)目以 BOO（Building－Owning－Operation）模式運(yùn)作，由湖南先導(dǎo)洋湖再生水有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)管理。

2 生態(tài)治污工藝方案

2.1 工藝流程

洋湖再生水廠生態(tài)治污工藝流程見(jiàn)圖1。

由圖1可知，污水處理工藝包括三個(gè)環(huán)節(jié)，即預(yù)處理、MSBR二級(jí)生化處理和人工濕地深度凈化處理，后兩個(gè)環(huán)節(jié)為污水生態(tài)處理工藝過(guò)程。

2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)

洋湖再生水廠相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可知，污水經(jīng) MSBR二級(jí)生化處理達(dá)到 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，MSBR池排放尾水經(jīng)人工濕地深度凈化處理達(dá)到一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)，部分進(jìn)入洋湖生態(tài)濕地公園作景觀補(bǔ)水經(jīng)自然水體自凈達(dá)到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；部分經(jīng)過(guò)濾消毒處理后作為片區(qū)中水，水質(zhì)達(dá)到 《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB／T18920－2002）和 《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB／T18921－2002）。

表1 洋湖再生水廠相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)表 （mg／L）

2.3 主要工藝

2.3.1 MSBR工藝

經(jīng)預(yù)處理后的污水自流進(jìn)入二級(jí)生化處理系統(tǒng)，一期工程設(shè)MSBR池2組，每組處理能力為2 萬(wàn)t／d，每組尺寸為 52.7×39m，水力停留時(shí)間15.29h，泥齡14.59d。MSBR系統(tǒng)曝氣用氣源由鼓風(fēng)機(jī)提供，設(shè)置鼓風(fēng)機(jī) 3臺(tái)，2用1備。MSBR系統(tǒng)排放的剩余污泥經(jīng)脫水處理后外運(yùn)，設(shè)置離心脫水機(jī)2臺(tái)，1用1備。

MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor）為改良式連續(xù)流序批反應(yīng)池，它是在 A2／O工藝基礎(chǔ)上結(jié)合 SBR工藝和接觸絮凝過(guò)濾理論發(fā)展而成的一種污水處理新工藝［1］。MSBR工藝采用組合式一體化結(jié)構(gòu)，具有占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)［2］。MSBR系統(tǒng)由 7個(gè)單元格組成，平面布置情況如圖2。

通過(guò)試運(yùn)行工藝調(diào)試，將 MSBR池一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期設(shè)置為240min，分為2個(gè)半周期，上半周期為120min，由3個(gè)時(shí)段組成：時(shí)段1為缺氧攪拌階段，30min；時(shí)段 2為曝氣攪拌階段，30min；時(shí)段3為預(yù)沉淀階段，60min；下半周期（時(shí)段4、5和 6）120min為沉淀出水階段。在相鄰的兩個(gè)半周期內(nèi)，單元 1和 7交替運(yùn)行，可設(shè)置為上半周期由單元7沉淀出水，下半周期由單元 1沉淀出水，一個(gè)周期內(nèi)各單元各時(shí)段的工作狀態(tài)如表2［2～3］。

MSBR系統(tǒng)的回流包括混合液回流和污泥回流［3］，混合液回流較為簡(jiǎn)單，在各時(shí)段均為從單元6回流至單元5、再由單元5至單元6，周而復(fù)始連續(xù)運(yùn)行。如表2所示，時(shí)段1和2，單元1的污泥提升至單元2，在單元2發(fā)生泥水分離，上清液從單元2回流至單元 6，沉淀污泥進(jìn)入單元 3形成濃縮污泥，濃縮污泥則從單元3提升至單元4和進(jìn)水混合，時(shí)段3，濃縮污泥回流和上清液回流停止工作。在下半周期，單元7重復(fù)單元 1的工作過(guò)程。

表2 MSBR系統(tǒng)各單元各時(shí)段的工作狀態(tài)表

2.3.2 人工濕地工藝

洋湖人工濕地作為污水深度處理系統(tǒng)［4～5］，總規(guī)模為 4萬(wàn) t／d，總水力負(fù)荷 0.76m3／m2·d，總BOD5表面負(fù)荷15.29g／m2·d，洋湖人工濕地工藝流程見(jiàn)圖3。

由圖3可知，洋湖人工濕地分為三級(jí)處理系統(tǒng)，每級(jí)系統(tǒng)采用 “植物塘 ＋人工濕地”組合工藝。MSBR池出水首先自流進(jìn)入一級(jí)植物塘，利用植物塘對(duì)一級(jí)人工濕地配水。一級(jí)人工濕地系統(tǒng)由2組4座并聯(lián)運(yùn)行的垂直潛流人工濕地組成。中間河道收集一級(jí)濕地系統(tǒng)出水，并對(duì)二級(jí)濕地系統(tǒng)布水。二級(jí)濕地系統(tǒng)采用2組4座并聯(lián)運(yùn)行的“水平潛流濕地＋表面流濕地”，該系統(tǒng)出水經(jīng)集水渠進(jìn)入二級(jí)植物塘，二級(jí)植物塘出水經(jīng)布水渠進(jìn)入三級(jí)濕地系統(tǒng)，該系統(tǒng)由2組4座并聯(lián)的“表面流濕地＋水平潛流濕地”組成，在水平潛流濕地末端設(shè)小粒徑碎石過(guò)濾區(qū)以保證人工濕地出水懸浮物達(dá)標(biāo)，三級(jí)濕地出水經(jīng)集水區(qū)自流進(jìn)入紫外光消毒渠，經(jīng)消毒處理后在片區(qū)回用。

3 污水零排放方案

在水環(huán)境污染嚴(yán)重或淡水資源短缺的今天，我們應(yīng)視城市污水為一種寶貴的第二水源，污水被凈化處理的過(guò)程也應(yīng)是被再生利用的過(guò)程。通過(guò)工藝篩選，洋湖再生水廠最終首創(chuàng)性選用 “MSBR＋人工濕地 ＋自然濕地／中水”生態(tài)治污工藝，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了污水梯級(jí)利用和零排放，保護(hù)了洋湖片區(qū)的生態(tài)環(huán)境和湘江一級(jí)飲用水源地水質(zhì)。

3.1 一級(jí) B尾水利用情況

傳統(tǒng)意義的城市污水處理，一般經(jīng)二級(jí)生化工藝（如 A2／O、MSBR或氧化溝）處理后達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，直接外排進(jìn)入地表水系，這可能會(huì)加劇環(huán)境污染 （如富營(yíng)養(yǎng)化等），使環(huán)境容量受到挑戰(zhàn)。洋湖再生水廠位于湘江上游，一級(jí) B尾水若直接排入湘江，將會(huì)影響長(zhǎng)沙市一半以上的飲用水安全。洋湖人工濕地面積約16.00hm2，通過(guò)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可以將廠區(qū)排放一級(jí) B尾水全部提質(zhì)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，還可以營(yíng)造城市生態(tài)景觀，擴(kuò)大城市生態(tài)面積，豐富城市生態(tài)多樣性，為 “綠色湖南”建設(shè)一道亮麗的風(fēng)景線。

洋湖人工濕地實(shí)景照片如圖 4，在碎石填料上種植有美人蕉、香蒲、黃菖蒲、蘆葦、千屈菜、風(fēng)車(chē)草等20多種水生植物，在碎石填料下則有污水流過(guò)并被凈化處理，這里發(fā)生物理、化學(xué)、生物等多重直接或協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)一級(jí) B到一級(jí) A水質(zhì)的提升［3～4］。洋湖人工濕地還配套建設(shè)有景觀河道、市民廣場(chǎng)、水上棧道等休閑場(chǎng)所，致力于將洋湖人工濕地打造為一個(gè)集污水凈化和生態(tài)景觀環(huán)境于一體的市民公園。

3.2 一級(jí) A再生水利用情況

洋湖片區(qū)是長(zhǎng)沙市大河西先導(dǎo)區(qū)起步區(qū)的五大核心片區(qū)之一，規(guī)劃面積19.8km2，包括洋湖生態(tài)濕地公園、總部經(jīng)濟(jì)區(qū)、綠色生態(tài)宜居區(qū)三個(gè)功能分區(qū)。洋湖生態(tài)濕地公園面積4.85km2，是中國(guó)中南部最大的城市濕地公園，是湘江流域生態(tài)治理的開(kāi)篇之作，其功能分區(qū)包括休閑區(qū)、展示區(qū)、科教區(qū)、保育區(qū)以及河流濕地區(qū)等。洋湖匯集湘江、靳江河、雅河，曾經(jīng)洪澇嚴(yán)重，我們秉承尊重自然、保護(hù)環(huán)境的理念，將水系與濕地公園整合，讓三條河流成為洋湖最大的寶庫(kù)，濕地生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到7km2。

洋湖再生水廠結(jié)合所在洋湖片區(qū)的規(guī)劃，最終一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)再生水也沒(méi)有直接排入湘江，而是在洋湖生態(tài)片區(qū)再生利用實(shí)現(xiàn)污水零排放和水資源循環(huán)，一部分經(jīng)紫外消毒后自流進(jìn)入洋湖生態(tài)濕地公園作為景觀用水補(bǔ)水，并被自然水體自凈到地表 III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；一部分經(jīng)過(guò)濾消毒處理在洋湖片區(qū)實(shí)現(xiàn)中水回用、分質(zhì)供水，主要用于綠化澆灌、消防、洗車(chē)、沖廁和建筑施工等城市雜用水。此外，洋湖片區(qū)居民家庭都將提供包括上水 （自來(lái)水）、中水和下水 （排污水）在內(nèi)的三套管網(wǎng)系統(tǒng)。

4 前景展望

在 “兩型”社會(huì)建設(shè)探索先行的道路上，洋湖再生水廠邁出了堅(jiān)定的步伐；在建立節(jié)水型社會(huì)和人水和諧社會(huì)道路上，洋湖再生水廠書(shū)寫(xiě)了濃墨重彩的一筆。作為國(guó)內(nèi)首個(gè)大型生態(tài)再生水廠，洋湖再生水廠發(fā)揮著 “兩型”示范效應(yīng)和科普教育作用；通過(guò)創(chuàng)新型生態(tài)示范基地和科普教育基地的創(chuàng)建，洋湖再生水廠將展示出積極的環(huán)境效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)，這將會(huì)強(qiáng)有力地在全國(guó)范圍內(nèi)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和人與自然和諧社會(huì)建立的步伐。

［1］張玉魁.污水脫氮除磷MSBR系統(tǒng)特點(diǎn)及工藝設(shè)計(jì)［J］.市政技術(shù)，2008，26（1）：31－35.

［2］李寧，趙修華，王華，等.改良型序批式活性污泥反應(yīng)器系統(tǒng)及其應(yīng)用 ［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2005，28（2）：110－113.

［3］羅萬(wàn)申.新型污水處理工藝—MSBR［J］.中國(guó)給水排水，1999，15（6）：22－24.

［4］陳永華，吳曉芙.人工濕地植物配置與管理［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2012.

［5］王世和.人工濕地污水處理理論與技術(shù) ［M］.北京：科學(xué)出版社，2007.

The Scheme and Practice of Ecological Sewage Treatment Process and Sewage Zero Discharge

WANG Wen-ming1，WEI Jian-xin1，2，NIE Shi-hui2，ZUO Feng1，LI Yi1
（1.Hunan Pilot Yanghu Reclaimed Water Company Limited，Changsha Hunan 410006 China）

Yanghu Reclaimed Water Plant，with a capacity of 40000 m3／d，has been constructed as a demonstration of the environmentally friendly society establishment in Dahexi Pilot Area of Changsha.The Water Plant adopts the＂MSBR＋constructed wetland＂ecol ogical sewage treatment process，and its effluent quality reaches Class A of Grade I of Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant.Instead of being discharged，the water is totally used as scenic water for Yanghu Wetland Park and being recycled.This paper gives an introduction of the wastewater treatment process and the experience of the zero discharge.

ecological sewage treatment；MSBR；constructed wetland；zero discharge；reclaimed water；intermediate water recycling

X703

A

1673－9655（2013）03－0064－04

2012－11－23

長(zhǎng)沙市 “兩型”社會(huì)建設(shè)示范工程項(xiàng)目。

王文明 （1982－），男，碩士，工程師，中國(guó)科學(xué)院研究生院畢業(yè)，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文14篇，獲他引200多次，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)。

危建新。