湖南某污水廠調蓄池內源污染治理應急工程

肖瀟，王承剛，紀智慧

（湖南新九方科技有限公司，湖南 株洲 412007）

湖南省湘潭縣易俗河鎮(zhèn)邯鄲港排污口是整個易俗河鎮(zhèn)城區(qū)的生活污水匯集點。2009 年湘潭縣第一污水處理廠建成，2014 年完成擴容，總設計規(guī)模為5 萬t/d，但由于日進水量高達7.5 萬t，造成部分污水未經(jīng)處理直排湘江。為減緩第一污水處理廠的處理壓力，2018 年當?shù)卣畣佑傻谝晃鬯幚韽S向第二污水處理廠的調水工程，但由于第二污水處理廠尚未正式投產(chǎn)使用，導致邯鄲港排污口仍有部分污水溢流湘江。第一污水處理廠距取水口≤2km，周邊為居民區(qū)、醫(yī)院等人口聚集區(qū)。

第一污水處理廠廠區(qū)南側為一個天然調蓄池，由于上游雨污混接，下游截污未到位，雨污合流的排口直接排入該調蓄池，造成調蓄池水體污染十分嚴重。重金屬、氮（N）、磷（P）等污染物質在調蓄池內形成大量沉積污泥，加劇了水質惡化，導致水體發(fā)黑發(fā)臭等現(xiàn)象明顯，內源污染嚴重，影響周邊居民生活。同時調蓄池容積受淤泥淤積影響，對第一污水處理廠造成較大壓力。因此，急需啟動應急工程，消除調蓄池內源污染。本應急工程自2019 年11 月開始施工，2020 年1 月竣工。

1 污染情況

1.1 污水處理廠運行情況

第一污水處理廠的污水主要為老城區(qū)和向東渠西岸的匯水區(qū)域的生活污水，以及天易示范區(qū)內的工業(yè)廢水，納污面積共計49.43km2，服務人口約15 萬。一期工程采用改良型氧化溝二級生物處理工藝，二期工程采用厭氧-缺氧-好氧法（A2O）處理工藝，出水水質達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 標準[1]。

如圖1 所示，污水從污水進水口的箱涵①進入調蓄池的調蓄區(qū)②，調蓄區(qū)污水通過提升泵進入第一污水處理廠③，經(jīng)處理達標后排入調蓄池的濾水區(qū)④，經(jīng)濾水區(qū)進一步凈化后排入湘江。待調水工程污水泵站⑤正式投入運營后，上游污水一部分通過第一污水處理廠進行處理，另一部分通過調水泵站進入第二污水處理廠進行處理。

圖1 第一污水處理廠平面布置圖

1.2 內源污染情況

近年來，由于調蓄池不斷接納來自納污片區(qū)的生活污水及天易示范區(qū)內的工業(yè)廢水，難降解的重金屬、N、P 及有機污染物形成沉積污泥，N、P 等營養(yǎng)物質給水生生物提供了豐富的營養(yǎng)來源，使調蓄池中的水藻大量繁衍，消耗了水中的溶解氧，從而使水體缺氧，藻類等厭氧微生物大量繁殖，水體達到了富營養(yǎng)化和黑臭的程度。調蓄區(qū)內沉積了大量的污泥，濾水區(qū)也因長期水流沖刷，水生植被系統(tǒng)被破壞。同時受淤積影響，在暴雨季節(jié)，上游來水會攜帶大量淤泥直接排入湘江。

1.3 底泥污染情況

調蓄區(qū)清淤面積為16 327.3m2，淤泥深度為0.15—2.25m，清淤總量為16 309.7m3。場地周邊城市用地以居住、醫(yī)院、工業(yè)用地為主，屬于第二類用地。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，除5#、7#底泥樣品中砷（As）總量介于《土壤環(huán)境質量 建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 36600—2018）第二類用地管制值與篩選值之間外，其余樣品中重金屬元素均未超標[2]，底泥重金屬含量風險可控。所有樣品的重金屬酸浸濃度均未超過《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）要求，調蓄區(qū)底泥不屬于危險廢物[3]。底泥總量分析結果見表1，底泥酸浸分析結果見表2。

表1 底泥總量分析結果

表2 底泥酸浸分析結果（單位：mg/L）

2 工程目標及技術路線

2.1 工程目標

本應急工程的目標為清理調蓄池內調蓄區(qū)16 309.7m3的底泥，在消除內源污染的同時增加調蓄容量。對設置在調蓄池尾端的12 866m2濾水區(qū)進行改造，增加污水處理廠出水在濾水區(qū)的停留時間。

2.2 治理工藝

2.2.1 清淤工藝選擇

目前常用的清淤工藝包括排干清淤、水下清淤、環(huán)保清淤等[4,5]。（1）排干清淤工藝清淤較徹底，質量易于保證，而且對于設備、技術要求不高，產(chǎn)生的淤泥含水率低，易于后續(xù)處理[5,6]。但本工程進水流量較大，調蓄池還具有泄洪功能，不適宜采用排干清淤方式。（2）環(huán)保清淤對底泥擾動小，具有防止污染淤泥泄漏和擴散的功能，底泥清除率可達95%以上[6,7]。但考慮到池底淤泥深度為0.15—2.25m，環(huán)保疏浚船只體積較大，現(xiàn)場無合適進出口，因此本應急工程不適宜采用環(huán)保清淤。（3）水下清淤靈活機動，不受水域內垃圾、石塊等障礙物影響且施工工藝簡單，設備容易組織[5,8]，考慮到工程現(xiàn)場面積及清淤量較小，采用搭設水上平臺+水下泵吸式清淤方式進行調蓄池清淤。

2.2.2 底泥脫水工藝

目前常用的底泥脫水工藝包括重力脫水、土工管袋、脫水機械脫水。其中，重力脫水和土工管袋脫水所需要的占地面積較大且周期較長，而本工程場地臨近鎮(zhèn)中心，周邊可利用場地面積有限，而且本項目為應急工程，施工周期短，機械脫水工藝更適宜用于本工程的底泥脫水[7,9,10]。本工程采用板框壓濾機機械脫水法，將脫水設備放置于密閉式輕鋼結構房中，并對處置場地面進行防滲處理。

2.2.3 底泥最終處置工藝

疏浚底泥處置和利用方法主要有安全填埋、焚燒、堆肥、制磚等[11,12]。本應急工程污泥量相對較少且場地附近沒有合適的污泥焚燒企業(yè)、堆肥廠、制磚廠等。因此，底泥最終采用安全填埋的處置方法。

2.3 技術路線

本工程的技術路線見圖2。

圖2 技術路線圖

3 工程實施

3.1 清淤

調蓄區(qū)總底泥量為16 309.7m3，每清理1m3底泥，抽出的泥水混合物體積約為8m3，即泥水混合物方量為1 ∶ 8。清淤工作天數(shù)以45d 計，每日工作10h，每小時清淤量為36m3/h、290m3/h（底泥方量、泥水混合物方量）。采用水下泵吸式清淤方式，搭設水上簡易平臺，以壓縮空氣為動力進行吸排淤泥。排泥管管材為聚乙烯PE100，管道布設長度約為500m。排泥管線在水上采用浮筒使其浮于水面。淤泥經(jīng)過排泥閥、排泥管輸送至調蓄區(qū)上游的污泥濃縮池中。

3.2 底泥濃縮脫水

3.2.1 濃縮脫水場選址

通過現(xiàn)場勘查，本工程四周均為市政道路及居民區(qū)，只有污水處理廠東北側有一處占地面積約為2400m2的空地可利用。該空地地勢平坦，西南側緊鄰調蓄池上游，便于清淤底泥的暫存和處理，東側緊鄰市政道路，交通便利，便于脫水底泥外運至填埋場。

3.2.2 底泥濃縮

設置1 座臨時污泥初沉池及2 座臨時污泥濃縮池，占地面積約為1408m2，2 個濃縮池交替使用，以保證底泥沉淀時間。淤泥輸送至污泥濃縮池進行濃縮后再通過污泥泵泵入脫水車間做進一步脫水處理。

污泥初沉池和污泥濃縮池均采用土石碾壓壩結構，壩頂寬1.2m，坡比為1 ∶ 0.75。污泥初沉池壩頂設置2 個出水口，每座污泥濃縮池設置1 個出水口。污泥初沉池有效水深為1.9m，污泥濃縮池有效水深為4.7m，內襯2.0mm 厚的高密度聚乙烯（HDPE）膜。污泥池設計參數(shù)見表3。

表3 污泥池設計參數(shù)

3.2.3 底泥脫水

底泥脫水車間占地面積約860m2，為避免脫水設備運行期間產(chǎn)生的噪聲對周邊居民造成影響，脫水車間為全封閉型輕型鋼結構，高6m。為截留周邊雨水，并將濃縮池遺留廢水導排，沿脫水車間四周建設了臨時梯形排水溝，將廢水收集后排入調蓄區(qū)，進入污水處理廠進行處理，達標后排放。對車間地面進行防滲處理，自上而下為：30cm C35 混凝土—30cm 碎石墊層—壓實脫水車間建設前的現(xiàn)狀地基。

采用泥漿泵將污泥從濃縮池泵入泥漿調理桶，加入調理劑后通過高壓泥漿泵壓入板框壓濾機，達到額定壓力后采用壓榨泵加壓脫水，再將脫水污泥外運。底泥脫水后含水率為55%—60%，共6197m3。脫水余水進入調蓄區(qū)，并經(jīng)污水處理廠處理達標后排放。

3.3 底泥最終處置

新建底泥填埋場距離第一污水處理廠約6km，根據(jù)地勘報告，填埋場地地震基本烈度小于Ⅵ，地震峰值加速度小于0.05g，場地土類型為中軟場地土，建筑場地類別為Ⅱ類，未發(fā)現(xiàn)影響場地穩(wěn)定性的不良地質作用和斷裂構造，場地基本穩(wěn)定。

填埋庫區(qū)占地面積3222m2。將經(jīng)過脫水后的底泥外運至新建底泥填埋場進行填埋處置，主要工程量包括底泥轉運及填埋6197m3，修建環(huán)場截洪溝225m，采用土渠形式，斷面尺寸為600mm×600mm，建設4.5m 寬的臨時道路168m。

每填埋1m 底泥，覆0.2m 厚的黏土并壓實，填埋庫底邊坡坡比為1 ∶ 0.75，填埋底泥高出地面線后，以1 ∶ 3 的坡比向上堆填，最后覆0.4m 厚的黏土及0.2m 厚的種植土進行收頂，頂部坡度為2.0%—4.6%。底泥填埋工程完工后對場地進行生態(tài)恢復，生態(tài)恢復面積為3222m2，采用混播草籽的方式，播撒密度為25g/m2，草籽搭配為黑麥草、狗牙根、高羊茅。

3.4 濾水區(qū)改造

設置在調蓄池尾端的濾水區(qū)面積為12 866m2，主要功能是對污水處理廠尾水進行進一步過濾，并對超出污水處理廠能力的污水進行凈化，以減少污染物的排放。

根據(jù)現(xiàn)狀踏勘情況，目前濾水區(qū)補水不均勻，溢流壩與排水口之間存在明顯的排水通道，導致水體在濕地的水力停留時間短，濾水區(qū)濕地功能未能充分發(fā)揮作用。

將污水處理廠尾水排口延伸至濾水區(qū)前端壩體下游處，在濕地內開挖環(huán)形排水溝，增加水體在濾水區(qū)的停留時間，同時對濾水區(qū)的濕地植物進行補植，增加污染物截留及凈化效果。緩解暴雨期污水溢流的影響。濾水區(qū)環(huán)形排水渠長約700m，斷面形式為倒梯形斷面，高1.5m。

3.5 臨時用地生態(tài)恢復

底泥濃縮、脫水工藝完成后，拆除臨時設施，并對所占空地進行生態(tài)恢復，采取假植欒樹及鋪植黑麥草草皮的方式進行覆綠，生態(tài)恢復面積為2400m2。將原場地的喬木進行假植，根土球利用草繩包裹后運送至指定場地，進行遮蔭處理，定期灑水進行養(yǎng)護。待工程完工后回植至場地內進行恢復。

3.6 調蓄池進水端建設前置庫

目前湘潭縣政府已開展相關雨污分流改造的工作，但工程周期較長，在改造未完成之前，上游污水管道攜帶的污泥仍會進入調蓄區(qū)，造成淤積。為便于管網(wǎng)改造之前調蓄區(qū)的清淤維護，在調蓄區(qū)前端設置一道2m 高的C30 混凝土壩作為前置庫截留污泥?；炷翐鯄Σ捎锰菪螖嗝?，底寬2.0m、頂寬1.5m、高2m，基礎采用拋石擠淤處理，擋墻長約20m。

調水工程泵站在現(xiàn)有箱涵出水口的西側，為保證不對泵站進水口造成不利影響，在現(xiàn)有箱涵出水口西側建設一座長20m 的C30 混凝土擋墻，與原東側現(xiàn)有護坡?lián)鯄π纬梢粭l導流槽，將水體導入調蓄池前置庫后，形成回水。擋墻采用梯形斷面結構，底寬1.5m、頂寬1m、高1.8m。

4 結語

本應急工程對湘潭縣第一污水處理廠調蓄區(qū)底泥進行清淤，清淤面積為16 327.3m2，淤泥量共計16 309.7m3。采用水下泵吸式清淤方式，通過底泥濃縮、板框壓濾機機械脫水等措施將底泥含水率降至55%—60%后，外運填埋處置，運輸距離6km。脫水工藝完成后，拆除脫水車間臨時設施，并對所占空地進行生態(tài)恢復，采取栽種喬木及鋪植草皮的方式進行覆綠。對設置在調蓄池尾端的12 866m2濾水區(qū)進行改造，增加污水處理廠出水在濾水區(qū)的停留時間。通過采取以上工藝技術措施，在消除第一污水處理廠調蓄池內源污染的同時增加調蓄容量。

本應急工程主要針對第一污水處理廠調蓄池內源污染的治理，但污染源頭并未消除，總進水量仍遠超第一污水處理廠設計總規(guī)模，而且調蓄池水生態(tài)系統(tǒng)尚未恢復，建議采取以下措施以徹底解決第一污水處理廠調蓄池污染問題：（1）加快第一污水處理廠至第二污水處理廠的調水工程進度；（2）老城區(qū)城市管網(wǎng)仍為雨污合流制，大大增加了污水進水量，建議改造老城區(qū)管網(wǎng)排水體制，控制污水溢流；（3）清淤結束后，建議后續(xù)進行水生態(tài)系統(tǒng)構建，通過生態(tài)凈化作用保證水質長期保持清潔穩(wěn)定，恢復生態(tài)平衡。