污水處理廠尾水處理工程設(shè)計(jì)

太湖流區(qū)水污染防治是國(guó)家環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。多年來，通過各方面的共同努力，太湖污染防治取得了一些成果。然而，太湖污染的嚴(yán)重程度并沒有從根本上改變，尤其是富營(yíng)養(yǎng)化。2007年5月底藍(lán)藻的大規(guī)模暴發(fā),致使無(wú)錫市供水水源遭到嚴(yán)重威脅,可見治理太湖污染十分緊迫。無(wú)錫城北污水處理廠位于太湖周邊,從削減入湖氮磷營(yíng)養(yǎng)物、減輕湖泊的營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷、節(jié)約水資源、實(shí)現(xiàn)中水回用的角度考慮,根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合該污水處理廠周邊規(guī)劃建設(shè)北興塘河濕地的實(shí)際情況,采用人工濕地進(jìn)行尾水的后續(xù)深度凈化,使出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。1工藝設(shè)計(jì)1.1深度處理設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)該深度處理工程進(jìn)水為污水處理廠的二級(jí)出水,達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),深度處理出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。1.2系統(tǒng)功能組成由于該濕地工程在廠內(nèi)實(shí)施,因此考慮利用廠區(qū)三期工程周邊綠化預(yù)留地約6900m2構(gòu)建小型人工濕地示范區(qū)(其中水域面積為4545m2,景觀綠化面積為2355m2),設(shè)計(jì)處理規(guī)模為2000m3/d。整個(gè)人工濕地示范工程利用現(xiàn)有地形進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)水質(zhì)凈化要求將整個(gè)系統(tǒng)劃分為四個(gè)功能單元:曝氣生物強(qiáng)化氧化單元、表流濕地單元、潛流濕地單元、生物穩(wěn)定塘單元。污水處理廠二級(jí)出水自二沉池引至進(jìn)水觀測(cè)臺(tái)(進(jìn)水管段上安裝流量控制閥和流量計(jì))以觀測(cè)進(jìn)水水質(zhì);隨后自流進(jìn)入曝氣生物強(qiáng)化氧化單元完成BOD的降解和氨氮的硝化;出水通過該單元西側(cè)的布水渠,使水體形成均勻水平流進(jìn)入三級(jí)表流濕地單元實(shí)現(xiàn)SS的去除、硝化反硝化,并為后續(xù)單元補(bǔ)充碳源;出水由疊石形成溢流堰進(jìn)入二級(jí)潛流濕地單元完成反硝化脫氮及除磷;最后進(jìn)入生物穩(wěn)定塘單元進(jìn)一步凈化水質(zhì)。具體工藝流程如圖1所示。1.3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.1磚體面為白色、染色的涂料,采用地下式磚混結(jié)構(gòu),面積為20m2,有效水深為0.3m,總?cè)莘e為6m3,用白色瓷磚貼面。通過觀察此區(qū),可以從感官上知道進(jìn)水水質(zhì),同時(shí)也方便水樣采集和水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)。1.3.2好氧硝化菌的分離生物強(qiáng)化氧化單元水面養(yǎng)殖漂浮植物,水底布設(shè)曝氣系統(tǒng),水中設(shè)置比表面積較大的微生物填料。將微生物接種在植物與填料上,可以大幅度提高微生物的數(shù)量;通過好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝作用將水中的有機(jī)物分解為水和CO2而被去除,另外在好氧硝化菌的硝化作用下,將水中的氨氮氧化為硝態(tài)氮。在富氧狀態(tài)下通過化學(xué)沉淀、吸附、植物和微生物的吸收也能實(shí)現(xiàn)磷的去除。采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),總面積為550m2,平均有效水深為1.80m,總?cè)莘e為990m3,HRT=11.88h,氨氮硝化率為25%~40%,控制溶解氧為2~4mg/L,需氧量為35.92kg/d,所需供氣量為1.48m3/min。上層布置漂浮植物淺層浮床,面積為324m2,厚度為0.3m;中層懸掛布設(shè)彈性組合填料,體積為486m3,填料層厚度為1.5m;下層布設(shè)UPVC擴(kuò)散管及砂芯曝氣器的微氣泡空氣擴(kuò)散裝置。從提高氧氣利用率、降低曝氣能耗方面考慮,在布設(shè)了彈性填料和有漂浮植物根系的情況下,擬用低強(qiáng)度曝氣。1.3.3好氧微生物所需氧量在前期曝氣好氧過程中,新增殖的大量微生物以活性污泥形式進(jìn)入到表流濕地單元,可附著在水生植物的根、莖表面或懸浮于水體中,進(jìn)一步降解污染物,對(duì)剩余的氨氮進(jìn)行氧化。通過植物的合理配置而形成較大的水中表面積和泌氧功能,使懸浮的活性污泥形成吸附和分解凈化機(jī)制,并保持水體復(fù)氧狀態(tài),提高了除污效率。好氧微生物所需的氧氣由生物強(qiáng)化氧化單元出水中的余氧、該區(qū)水體自然復(fù)氧、水生植物復(fù)氧提供。表流濕地單元采用土埂池體結(jié)構(gòu),將池底原狀土夯實(shí)。總面積約為2830m2,水深為0.2~0.3m,容積為570m3。HRT=6.84h,水力負(fù)荷為0.028m3/(m2·h)。沿水流方向,將表流濕地單元分為三級(jí)串聯(lián),每級(jí)之間采用溢流出水。一、二級(jí)水深為0.2~0.3m,水質(zhì)較混濁。在土壤層上起壟,壟上種植水芹和芭蕉芋,芭蕉芋主要起景觀作用,每十壟種一壟芭蕉芋,其余全部種水芹。第三級(jí)水深為0.3m,由于水質(zhì)是限制沉水植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素,而該區(qū)域水質(zhì)有所改善,因此擬以沉水植物為背景,點(diǎn)綴以豐富多彩的生態(tài)浮島。沉水植物的組成見表2。1.3.4有效深水、hrt潛流濕地單元的復(fù)合基質(zhì)床體深度達(dá)2m,表面有0.15m的自由水層,并種植凈化能力較強(qiáng)的挺水植物,形成一定厚度的有氧環(huán)境。碎石床深處水體環(huán)境從好氧環(huán)境逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿毖酢捬鯛顟B(tài),可降解有機(jī)污染物。潛流濕地單元采用壓實(shí)粘土池體結(jié)構(gòu)。面積為960m2,總?cè)莘e為2060m3,有效水深為2.15m,HRT=24.72h。由于潛流濕地較深,在潛流濕地單元底部及坡面采用HDPE土工膜進(jìn)行了防滲處理。配水系統(tǒng)采用池底均勻布水的垂直上升流形式,先通過集水渠進(jìn)行集水,再通過間距為0.5m的DN100UPVC穿孔管均勻布水。填料鋪設(shè)厚度為1.6~2.0m,從下到上依次為碎石層、復(fù)合基質(zhì)層(蛭石、泥炭、礫石三種物質(zhì)按一定比例的混合體),碎石層與復(fù)合基質(zhì)層之間鋪設(shè)120g/m2織質(zhì)土工布,基質(zhì)層上種植挺水植物(常綠香蒲、美人蕉及蘆葦?shù)?,行距為0.50m、株距為0.30m,冠層蓋度為70%。1.3.5生物穩(wěn)定塘采用地下式混凝土結(jié)構(gòu),總面積為185m2,有效水深為1.0m,總?cè)莘e為185m3,HRT=2.22h,水力負(fù)荷為0.35m3/(m2·h)。塘內(nèi)放養(yǎng)金魚并種植睡蓮,水面覆蓋率為30%,保持一定的開敞水面以利于自然復(fù)氧、水體流動(dòng)和陽(yáng)光入射及從感官上感知水處理效果。1.4種植和管理植物各處理單元植被的選擇及栽種方式見表3。2出水水質(zhì)變化本工程于2008年5月建成并投入使用。運(yùn)行初期,進(jìn)水負(fù)荷設(shè)置為1000m3/d,生物強(qiáng)化氧化池內(nèi)采用連續(xù)曝氣,曝氣量設(shè)為1.48m3/min。運(yùn)行約10d后,在生物強(qiáng)化氧化池內(nèi)的組合填料表面可見淺褐色的生物膜,隨著時(shí)間的變化,生物膜的顏色由淺入深,最后變成深褐色,且出水中有成熟的生物膜脫落;同時(shí),肉眼可見水體中大量的低等生物群落;系統(tǒng)內(nèi)的水生植物(如水芹、蘆葦?shù)?長(zhǎng)勢(shì)迅速,表明系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。2008年7月—2009年1月的水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表4。表4表明:①組合人工濕地系統(tǒng)對(duì)二沉池出水具有良好的凈化效果,COD平均去除率為27.5%;NH3-N平均去除率為42.5%,有的時(shí)段甚至達(dá)到60%以上;TN平均去除率達(dá)到20.4%;對(duì)TP的去除效果更為明顯,平均去除率為29.4%,最高可達(dá)44.7%。②組合人工濕地處理系統(tǒng)出水指標(biāo)均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。③11月—1月為冬季,蘆葦?shù)戎参锏那o葉逐漸枯萎,植物對(duì)污染物的降解能力減弱;但由于進(jìn)水污染物濃度相對(duì)較低,出水濃度也隨之降低,故去除效率較夏秋兩季反而有上升趨勢(shì);且由于廠內(nèi)對(duì)腐爛的植物莖葉及時(shí)收割清理,出水水質(zhì)沒有受到明顯影響。3水力停留時(shí)間情況示范工程總有效面積為4545m2,總?cè)莘e為3805m3,總水力停留時(shí)間為45.66h。濕地處理系統(tǒng)工程投資為125.66萬(wàn)元,景觀構(gòu)筑工程投資為54.35萬(wàn)元,直接運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)為0.062元/m3。4設(shè)置生物浮床和生物組合裝置①通過對(duì)傳統(tǒng)的人工濕地技術(shù)、氧化塘技術(shù)以及人工曝氣技術(shù)進(jìn)行集成和創(chuàng)新,以及對(duì)組合基質(zhì)的優(yōu)選和多種濕地植物的選配,構(gòu)建出污水處理廠二級(jí)出水新型組合人工濕地深度處理系統(tǒng)。②在表流濕地及潛流濕地前端增設(shè)生物強(qiáng)化氧化單元,池內(nèi)設(shè)置曝氣生物浮床,浮床集成微曝氣增氧系統(tǒng)、漂浮植物和微生物填料,能夠提高表層自然復(fù)氧能力,增強(qiáng)系統(tǒng)硝化效果。③設(shè)計(jì)采用有效水深達(dá)2m左右的垂直流潛流濕地作為厭氧過程和復(fù)合基質(zhì)富集過程的構(gòu)造濕地,通過合理的配水系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)大斷面、短流程、低阻力自流運(yùn)行(無(wú)能耗),并有效解決了構(gòu)造濕地的堵塞問題。與傳統(tǒng)潛流濕地相比,能夠節(jié)約大量的土地資源。5濕地建設(shè)及植物選擇①采用曝氣生物強(qiáng)化氧化/三級(jí)表流濕地/二級(jí)潛流濕地/生物穩(wěn)定塘復(fù)合型人工濕地工藝處理城鎮(zhèn)污水處理廠尾水,系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N和SS有良好的去除效果。從運(yùn)行結(jié)果來看,出水水質(zhì)良好,達(dá)到了一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。②人工濕地作為一種深度處理工藝,有運(yùn)行維護(hù)成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn),但其占地較大,本工程占地面積約2.27m2/(m3·d),因此采用時(shí)應(yīng)能結(jié)合污水廠區(qū)及周圍的