沅江市石矶湖黑臭水体治理工程案例分析

尹华升，黄渊圣，刘 丽，谢继慈，董景涛，何 全

(1. 湖南省建筑科学研究院有限责任公司，长沙 410011；2. 湖南城市学院设计研究院有限公司，长沙 410012；3. 中国葛洲坝集团水务运营有限公司 湖南分公司，长沙 410016)

黑臭水体是由于水体被严重污染导致的，其严重影响了人们的生活环境，甚至危害人们的身体健康.其形成原因主要有污水直排、污水处理厂雨天处理能力不足所导致的溢流污染等[1-2].

本文以湖南省沅江市黑臭水体治理项目为例，重点分析了溢流污水调蓄池和磁混凝沉淀处理相结合的技术路线，以期为我国南方平原地区黑臭水体治理项目提供借鉴.

1 项目概况

沅江市位于湖南省洞庭湖腹地，城区3 面由洞庭湖环绕，属于环境特别敏感区.根据2017年4 月的调查结果，沅江市区的石矶湖及与石矶湖相连接的西干渠、总干渠和北干渠均是黑臭水体.其中，石矶湖水面面积62.5 hm2，整体轻度黑臭；西干渠、北干渠和总干渠的长度分别为1.8，0.8 和0.68 km，均为重度黑臭.其黑臭水体及污水管网现状见图1.

2 黑臭水体成因

2.1 污水处理厂处理能力不足

沅江市石矶湖流域属于沅江市第一污水处理厂纳污范围，该污水处理厂的纳污面积约16 km2，现状人口约10 万人，旱季日均污水量约3.6 万m3/d，污水处理厂设计规模4 万 m3/d，雨季有大量溢流污水在厂外管网溢流.

2.2 排水体制不合理

沅江市老城区采用的是截流式合流制，石矶湖北侧的城南污水泵站，设计规模为3 万 m3/d，其出水压力管直接接入了石矶湖东北侧的合流排水干管.这种不合理的排水体制造成了以下后果：1)原有合流排水干管的水量超过了其设计能力，导致该区域的凌云塔小学周边出现了较严重的内涝；2)经污水泵站提升的污水再次与合流区的雨水混合在一起，稀释了污水处理厂的进水污水浓度；3)排入北干渠的溢流污水浓度升高，加剧了北干渠、总干渠、西干渠及石矶湖污染.沅江市不合理排水体制见图2.

图2 沅江市不合理的排水体制示意

2.3 污水直排

在石矶湖两岸及总干渠两侧还有约0.7 km2区域是污水管网空白区，约3 000 m3/d 的污水直排进入石矶湖和总干渠，形成了严重的污染.

2.4 内源污染

石矶湖、总干渠、北干渠和西干渠周边区域地处城乡结合部，城市管理难以到位，存在往水体乱倒垃圾现象，这就导致水体岸边堆积很多生活垃圾；水面也漂浮了一些生活垃圾和水生植物形成的腐败物；水体底部有较厚的黑色淤泥(污染物含量较高).

3 治理方案

3.1 截污纳管

对沅江市黑臭水体进行治理时，在石矶湖两岸和总干渠两侧的污水管网空白区域新建了5.1 km 完全分流制的污水管网，用来收集该区域散乱直排的生活污水.

3.2 改造城南污水泵站出水压力管

城南污水泵站出水压力管直接接入合流制排水区合流排水管，使原有合流排水干管的水量超过其设计能力，导致内涝和严重的溢流污染.该治理工程方案为更换泵站，更改出水压力管走向(压力管沿石矶湖东岸、北干渠南岸布置)，出水直接接入北干渠南侧的污水主干管，完全避开了北干渠以北的合流区域(共新建了DN800 压力管826 m).污水泵站出水压力管改造后，既解决了城区内涝问题，又提高了污水处理厂雨天进水污染物浓度，还降低了溢流污水的污染物浓度.

3.3 建设溢流污水调蓄池

设置溢流污水调蓄池是解决溢流污染的一个重要有效手段[3]，但密闭的地埋式调蓄池的建设成本高，占地面积大.石矶湖东面的北干渠、西干渠、南干渠和东干渠组成了一个网环状水系，见图3.

图3 石矶湖黑臭水体治理方案示意

由图3 可知，水渠天然坡度几乎为0，雨季时渠道的水流自南往北流向总干渠经泵站排往洞庭湖；旱季时水流自北往南流入石矶湖.经评估，封闭网状形水系中的一段水渠，不影响整个网状水系的排水防涝能力.该治理项目充分利用水系的特点，通过闸门把现北干渠西段和西干渠北段隔断作为溢流污水调蓄池.调蓄池服务的汇水面积约1.48 km2，其容积按降雨重现期为3 a 时降雨30 min(或对应34 mm 降雨)不发生溢流进行设计.该调蓄池呈“7”字形，总长1 500 m，宽10～15 m，有效调蓄水深2 m，有效容积3.0 万 m3.其前端设置1 道间距为20 mm 的粗格栅，内设有排泥槽和排泥坑等设施.该方案的优点是不需征地，极大地节省了投资，比新建地埋式调蓄池节省投资90%以上；缺点是雨天调蓄池装有合流污水时，短时间内对环境有不良影响.

为最大程度地减少明渠调蓄池对环境的影响，充分发挥其作用，调蓄池按如下步骤运行：1)在降雨来临之前，通过水泵把调蓄池排空；2)下雨时接收溢流污水，并通过水泵送往溢流污水处理站处理；3)溢流污水处理站把调蓄池抽干后，清理其沉积的污泥，并把清出的污泥送往污水处理厂污泥脱水车间处理；4)晴天打开北干渠的连接阀门，给调蓄池注满清水以作景观使用；5)遇特大洪水时，可把明渠调蓄池2 端闸门全部打开，恢复环状水系全部排水功能.

3.4 新建溢流污水处理站

因沅江市第一污水处理厂没有超过旱季设计流量4.0 万 m3/d 以上的处理能力，所以有溢流污水在厂外管网溢流.因此，需在西干渠明渠调蓄池西侧建设1 座溢流污水处理站，使调蓄池内储存的溢流污水经该处理站净化后再排入西干渠.溢流污水处理站设计规模2.0 万 m3/d，占地面积1 160 m2，设计的进、出水水质标准见表1.

表1 溢流污水处理站进、出水水质标准 mg·L-1

该溢流污水处理站采用磁混凝沉淀工艺.磁混凝沉淀是在常规混凝沉淀的基础上，通过投加磁粉提高混凝效率、加快沉淀速度和缩短沉淀时间的一种强化混凝工艺.该工艺具有对SS、TP和COD 去除效果好，运行成本低，占地面积少等优点[4-6].溢流污水处理站工艺流程见图4，磁混凝沉淀池主要设计参数见表2.

图4 石矶湖溢流污水处理站工艺流程

表2 石矶湖溢流污水处理站沉淀池设计参数

溢流污水处理站产生的污泥采用叠螺机脱水至80%后送往沅江市第一污水处理厂深度脱水.该站自2020 年6 月初投产后，每次降雨后均能快速启动，运行稳定.加药量根据进水水质调整，一般情况下，PAC 投加量30～50 mg/L；PAM 投加量1～2 mg/L；磁粉的初始投加量为20～30 kg/m3，其主要成分为粒径80～100 μm 的Fe3O4，因其随出水和排泥会有一定流失，所以待稳定运行后，磁粉的补充投加量为3～8 mg/L.根据多次水质检测，该处理站对SS、TP 去除率可达90%以上，COD 去除率可达70%以上，BOD5的去除率可达 60%以上，但是其对N 的去除效果低，见表3.

表3 石矶湖溢流污水处理站运行效果

3.5 内源污染治理

内源污染的治理主要包括清除堆积或漂浮在水系岸边的各类垃圾；清除淤积严重、污染物含量高的水体污泥.该治理工程清除垃圾和污泥分别为730 和31 300 m3.

3.6 生态修复与景观打造

本项目将生态修复与城市公园景观建设相结合，在石矶湖湖面较宽且水流速度较慢的湖岸沿线种植了蒲苇、美人蕉等挺水植物，形成生态岸线，能净化由雨水带来的面源污染；在湖边修建了步行游道和绿化带；在西干渠的明渠调蓄池上，局部架设盖板后建成了1 个篮球场和1 个休闲广场，为周边群众提供了健身和休闲场地.

4 治理效果

该项目于2020 年6 月初完工，达到了设计预期目标，消除了黑臭水体.石矶湖的水质得到了极大改善，除总氮外，其余水质指标均由《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[7]劣V 类水水质提升到地表IV 水水质标准，见表4.

表4 治理后石矶湖主要水质指标

5 结语

针对沅江市石矶湖黑臭水体，采取截污纳管、建设调蓄池和溢流污水处理站为主的治理方案，成功消除了水体黑臭现象，水质和周边环境有了显著改善.在不影响排水防涝的情况下，利用现有明渠作为溢流污水调蓄池，极大地节约了用地和建设投资；溢流污水处理站采用磁混凝沉淀工艺，对SS、TP 去除率可达90%以上，COD 去除率可达70%以上，BOD5去除率可达60%以上.