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. 湖南城市學院設計研究院有限公司，長沙 410012；3. 中國葛洲壩集團水務運營有限公司 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蓄池和磁混凝沉淀處理相結合的技術路線，以期為我國南方平原地區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3 面由洞庭湖環繞，屬于環境特別敏感區.根據2017年4 月的調查結果，沅江市區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現狀見圖1.

2 黑臭水體成因

2.1 污水處理廠處理能力不足

沅江市石磯湖流域屬于沅江市第一污水處理廠納污范圍，該污水處理廠的納污面積約16 km2，現狀人口約10 萬人，旱季日均污水量約3.6 萬m3/d，污水處理廠設計規模4 萬 m3/d，雨季有大量溢流污水在廠外管網溢流.

2.2 排水體制不合理

沅江市老城區采用的是截流式合流制，石磯湖北側的城南污水泵站，設計規模為3 萬 m3/d，其出水壓力管直接接入了石磯湖東北側的合流排水干管.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計能力，導致該區域的凌云塔小學周邊出現了較嚴重的內澇；2)經污水泵站提升的污水再次與合流區的雨水混合在一起，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還有約0.7 km2區域是污水管網空白區，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 內源污染

石磯湖、總干渠、北干渠和西干渠周邊區域地處城鄉結合部，城市管理難以到位，存在往水體亂倒垃圾現象，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的污水管網空白區域新建了5.1 km 完全分流制的污水管網，用來收集該區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合流排水管，使原有合流排水干管的水量超過其設計能力，導致內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的污水主干管，完全避開了北干渠以北的合流區域(共新建了DN800 壓力管826 m).污水泵站出水壓力管改造后，既解決了城區內澇問題，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 建設溢流污水調蓄池

設置溢流污水調蓄池是解決溢流污染的一個重要有效手段[3]，但密閉的地埋式調蓄池的建設成本高，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環狀水系，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泵站排往洞庭湖；旱季時水流自北往南流入石磯湖.經評估，封閉網狀形水系中的一段水渠，不影響整個網狀水系的排水防澇能力.該治理項目充分利用水系的特點，通過閘門把現北干渠西段和西干渠北段隔斷作為溢流污水調蓄池.調蓄池服務的匯水面積約1.48 km2，其容積按降雨重現期為3 a 時降雨30 min(或對應34 mm 降雨)不發生溢流進行設計.該調蓄池呈“7”字形，總長1 500 m，寬10～15 m，有效調蓄水深2 m，有效容積3.0 萬 m3.其前端設置1 道間距為20 mm 的粗格柵，內設有排泥槽和排泥坑等設施.該方案的優點是不需征地，極大地節省了投資，比新建地埋式調蓄池節省投資90%以上；缺點是雨天調蓄池裝有合流污水時，短時間內對環境有不良影響.

為最大程度地減少明渠調蓄池對環境的影響，充分發揮其作用，調蓄池按如下步驟運行：1)在降雨來臨之前，通過水泵把調蓄池排空；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，給調蓄池注滿清水以作景觀使用；5)遇特大洪水時，可把明渠調蓄池2 端閘門全部打開，恢復環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溢流.因此，需在西干渠明渠調蓄池西側建設1 座溢流污水處理站，使調蓄池內儲存的溢流污水經該處理站凈化后再排入西干渠.溢流污水處理站設計規模2.0 萬 m3/d，占地面積1 160 m2，設計的進、出水水質標準見表1.

表1 溢流污水處理站進、出水水質標準 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混凝沉淀的基礎上，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計參數見表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計參數

溢流污水處理站產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 月初投產后，每次降雨后均能快速啟動，運行穩定.加藥量根據進水水質調整，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，所以待穩定運行后，磁粉的補充投加量為3～8 mg/L.根據多次水質檢測，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 內源污染治理

內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 生態修復與景觀打造

本項目將生態修復與城市公園景觀建設相結合，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；在西干渠的明渠調蓄池上，局部架設蓋板后建成了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，達到了設計預期目標，消除了黑臭水體.石磯湖的水質得到了極大改善，除總氮外，其余水質指標均由《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)[7]劣V 類水水質提升到地表IV 水水質標準，見表4.

表4 治理后石磯湖主要水質指標

5 結語

針對沅江市石磯湖黑臭水體，采取截污納管、建設調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象，水質和周邊環境有了顯著改善.在不影響排水防澇的情況下，利用現有明渠作為溢流污水調蓄池，極大地節約了用地和建設投資；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.