廣東省某污染河流生物接觸氧化與人工濕地凈化組合工藝的工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化

齊超元，原效凱，李曉春，宋鵬飛

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510010)

河道受污水體具有旱季流量小、雨季流量大、水質(zhì)受水量波動(dòng)影響較大、主要污染物含量相對(duì)較低、可生化性較差等特點(diǎn)[1-2]，導(dǎo)致其處理難度較大、成本較高[3]。目前，國內(nèi)外針對(duì)河道污染問題，主要采取的處理方式包括物理方法、化學(xué)方法、生態(tài)法。物理方法主要指疏挖底泥、機(jī)械除藻、引水沖淤和調(diào)水等。疏挖底泥意味著將污染物從河道系統(tǒng)中清除出去，較大程度地削減底泥對(duì)上覆水體的污染貢獻(xiàn)率。調(diào)水的目的是通過水利設(shè)施的調(diào)控引入污染河道上游或附近的清潔水源以改善下游污染河道水質(zhì)，但該方式對(duì)于持續(xù)性受污染水體效果難以維持，且投資較大。化學(xué)方法有混凝沉淀、化學(xué)藥劑殺藻、鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、石灰脫氮等方法，對(duì)渾濁度、BOD5、SS、TP去除效果較好，對(duì)TN、重金屬等也有一定的去除效果，但該法易造成二次污染。生態(tài)法主要包含河道曝氣法、生物膜技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)、水生植物凈化技術(shù)。

人工濕地作為一種環(huán)境友好的污水生物生態(tài)處理技術(shù)，具有投資及維護(hù)費(fèi)用低、出水水質(zhì)好、二次污染輕等優(yōu)勢[4]，目前已廣泛應(yīng)用在不同的實(shí)際工程案例中，包括污水廠尾水處理、生態(tài)處理工藝強(qiáng)化應(yīng)用[5-6]等。人工濕地主要由填料、植物、微生物三大要素構(gòu)成，對(duì)污染物的去除過程較為復(fù)雜[6]。在研究以往案例中發(fā)現(xiàn)，人工濕地布水系統(tǒng)均勻性、排水系統(tǒng)通暢性，填料系統(tǒng)級(jí)配的合理性、植物系統(tǒng)選擇的多樣性對(duì)人工濕地處理效果存在較大的影響[7]。傳統(tǒng)的下行垂直潛流人工濕地布水方式一般采用“豐”字型布水，該方式實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)末端水壓不足，導(dǎo)致人工濕地布水管末端布水不均勻等問題。

本文通過重點(diǎn)優(yōu)化布水管結(jié)構(gòu)形式來改善布水不均勻?qū)е碌娜斯竦靥幚硇Ч患褑栴}，通過引入給水系統(tǒng)中“環(huán)狀管網(wǎng)”的概念，創(chuàng)造性地將“豐”字型布水方式改為環(huán)狀管布水方式，有效地提升了穿孔布水支管各處的水力條件；通過優(yōu)化濕地內(nèi)道路布設(shè)，有效提升了后續(xù)濕地運(yùn)營維護(hù)的便捷性；優(yōu)化接觸氧化池氣水比、污泥回流比等參數(shù)，改善了前處理效率；優(yōu)化植物的種植種類，提高了濕地植物系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述不同優(yōu)化措施及創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)為今后大型人工濕地的工程應(yīng)用提供一定的參考。

1 項(xiàng)目背景

廣東某地級(jí)市國考斷面2018年水質(zhì)現(xiàn)狀為劣Ⅴ類，2020年水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類。本項(xiàng)目作為保障國考斷面達(dá)標(biāo)的專項(xiàng)行動(dòng)工程之一，通過對(duì)匯入國考斷面、流經(jīng)城市建成區(qū)的受污染河道水體進(jìn)行截流治理，改善國考斷面上游水質(zhì)情況，確保國考斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)。根據(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)劃，本項(xiàng)目屬于生態(tài)濕地公園的組成部分。項(xiàng)目的建設(shè)將致力于將生態(tài)濕地公園打造為集“生態(tài)保護(hù)、休閑娛樂、特色生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、依據(jù)和科普教育”等多功能于一體的生態(tài)樂園。

該地級(jí)市第一水質(zhì)凈化廠現(xiàn)狀出水指標(biāo)執(zhí)行國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)，其尾水直接排入黃竹河是造成河水水質(zhì)變差的重要原因。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城區(qū)中的建成區(qū)排入黃竹河的廢/污水量逐年激增，給黃竹河帶來了大量的污染物。另外，黃竹河的支涌收納周邊魚塘與農(nóng)村生活污水也是造成河水水質(zhì)變差的主要原因。黃竹河流域內(nèi)農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達(dá)，也給河道水體帶來面源污染。農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生的污染會(huì)隨地表徑流匯入黃竹河，也是造成水體水質(zhì)變差的重要原因之一。

本項(xiàng)目人工濕地所在位置、截流河道黃竹河與該市國考斷面位置關(guān)系示意如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目平面位置示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Project Layout

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)處理水量

本項(xiàng)目總設(shè)計(jì)處理規(guī)模為 40 000 m3/d，采用重力流管道將受污染的河水引入處理廠內(nèi)。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)參考近年來該地環(huán)境監(jiān)測站出具的河水監(jiān)測報(bào)告數(shù)據(jù)。出水水質(zhì)參考該地首期人工濕地工程的出水水質(zhì)，CODCr、BOD5、氨氮和TP指標(biāo)均執(zhí)行地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水質(zhì)Tab.1 Designed Quality of Influent and Effluent

2.3 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 工藝比選與確定

生化工藝主要有按空間進(jìn)行分割的連續(xù)流活性污泥法及生物膜法、按時(shí)間進(jìn)行分割的間歇性活性污泥法。本項(xiàng)目選擇間歇性活性污泥法中的接觸氧化法，符合本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定的需求，且該方法占地面積省、投資省、耐沖擊、適應(yīng)性較強(qiáng)、無污泥回流、污泥產(chǎn)量少，后期運(yùn)行維護(hù)簡單，節(jié)能效果好。

結(jié)合本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)情況，本項(xiàng)目深度處理工藝擬采用自然凈化工藝。目前常見的自然凈化工藝主要分為3類：穩(wěn)定塘處理技術(shù)、土地處理技術(shù)、人工濕地處理技術(shù)。綜合考慮深度處理工藝建設(shè)難易程度、運(yùn)營維護(hù)便捷性、占地面積大小、濕地負(fù)荷高低、建設(shè)投資水平等多方面因素，本項(xiàng)目深度處理工藝采用人工濕地處理技術(shù)。人工濕地技術(shù)又分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地3種主要類型。垂直潛流人工濕地具有水力負(fù)荷大、污染去除率高、耐水質(zhì)沖擊性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，本項(xiàng)目選擇垂直潛流人工濕地處理工藝作為深度處理工藝。

2.3.2 工藝計(jì)算

根據(jù)各污水處理單元處理效率的取值范圍，對(duì)各工藝單位處理效果進(jìn)行合理取值，對(duì)出水水質(zhì)預(yù)測如表2所示。

表2 各工藝單元處理效果預(yù)測Tab.2 Treatment Effect Prediction of Each Process Unit

1)接觸氧化池

本項(xiàng)目設(shè)接觸氧化池1座，分2格。設(shè)計(jì)處理規(guī)模為40 000 m3/d，表面負(fù)荷為0.90 m3/(m2·h)，容積負(fù)荷為0.5 kg TKN/(m3·d)，填料填充比為0.7，污泥回流比為30%，氣水比為5∶1，曝氣量為55.7 kg O2/h。

2)二沉池

本項(xiàng)目設(shè)二沉池2座。單座處理規(guī)模為20 000 m3/d, 表面負(fù)荷為1.20 m3/(m2·h)，污泥停留時(shí)間為4 h。

3)人工濕地

人工濕地處理規(guī)模為40 000 m3/d，占地面積為54 218 m2。人工濕地設(shè)計(jì)參數(shù)參照《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》表7～表9。表面水力負(fù)荷計(jì)算如式(1)。

(1)

其中：q——表面水力負(fù)荷，m3/(m2·d)；

Q——人工濕地設(shè)計(jì)流量，m3/d；

A——人工濕地表面積，m2；

計(jì)算得出表面水力負(fù)荷約為0.74 m3/(m2·d)，滿足《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》中表8設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范值。

污染物負(fù)荷削減計(jì)算如式(2)。

(2)

其中：NA——污染物削減負(fù)荷(以CODCr、氨氮、TP計(jì))，g/(m2·d)；

S0——進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度，g/m3；

S1——出水污染物質(zhì)量濃度，g/m3。

計(jì)算得出本項(xiàng)目人工濕地CODCr削減負(fù)荷為9.92 g/(m2·d)、氨氮削減負(fù)荷為1.0 g/(m2·d)、TP削減負(fù)荷為0.2 g/(m2·d)。滿足《人工濕地水質(zhì)凈化技術(shù)指南》表8設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范值。

2.3.3 人工濕地布水系統(tǒng)水力分析

本項(xiàng)目采用穿孔布水管DN65的PE管，布水穿孔管總長度約為12 050 m。配水泵后總水頭為7.0 m，開孔孔徑為50 mm，孔間距為0.6 m，對(duì)側(cè)45°開孔，單根穿孔管長度為6.0 m。垂直潛流人工濕地配水類似于水利工程中的農(nóng)田灌溉，多孔出流管形式屬于其中的滴灌，各個(gè)布水多孔出流管孔位間距及大小保持相同[8]。

對(duì)于上述多孔布水管系統(tǒng)而言，本工程將傳統(tǒng)的“豐”字型布水主干管改為環(huán)狀布水主干管，加上壓力進(jìn)水，最大限度地保障各出水點(diǎn)的水恒定。故可以將多孔出流視作沿途均勻泄流，其水力計(jì)算分為孔口出流量與沿程水頭損失計(jì)算。

1)孔口出流量計(jì)算

根據(jù)《水力學(xué)》[9]知識(shí)，孔口出流量計(jì)算如式(3)。

(3)

其中：Q1——孔口出流流量，m3/h；

μ——孔口流量系數(shù)，取0.60～0.62；

A1——孔口面積，m2；

g——重力加速度，m/s2，取9.81 m/s2；

h——孔口總水頭，m。

經(jīng)計(jì)算，單個(gè)孔口出流量約為0.013 8 m3/h，整個(gè)人工濕地全部孔出流量約為1 665.84 m3/h，與設(shè)計(jì)處理量(1 666.67 m3/h)基本吻合。

2)沿程水頭損失計(jì)算

沿程水頭損失的計(jì)算在于確定多孔布水管徑與長度的最佳組合，并通過管路水頭損失確定所需的高差，其計(jì)算[式(4)]參考《給水工程》[10]。

(4)

其中：Hf——沿程水損，m；

f——沿程水損系數(shù)，塑料管為0.948×105；

m——流量指數(shù)，塑料管為1.77；

Q2——單根布水管流量，m3/h；

d——穿孔管內(nèi)徑，mm；

b——管徑指數(shù)，塑料管為4.77；

L——穿孔管長度，m。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)長度下，穿孔管沿程損失約為0.000 18 m。

2.4 處理工藝設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目受污河道水體不同于常規(guī)生活污水，其進(jìn)水BOD5濃度值較低，可生化性較差。單純依靠傳統(tǒng)生化處理工藝難以實(shí)現(xiàn)處理目標(biāo)，若采用膜處理工藝作為深度處理工藝，其運(yùn)行成本又將大大增加。綜合上述原因，本項(xiàng)目采用“預(yù)處理+生物接觸氧化+人工濕地”處理工藝，人工濕地作為生態(tài)處理的強(qiáng)化應(yīng)用已得到較好的認(rèn)可。采用人工濕地作為深度處理工藝，一方面是為了保障污水處理效果達(dá)標(biāo)，另一方面是能夠降低后期運(yùn)行成本。

本項(xiàng)目處理工藝流程如圖2所示。污水依次經(jīng)過粗格柵、細(xì)格柵、旋流沉砂池、接觸氧化池、二沉池、垂直潛流人工濕地等，然后達(dá)標(biāo)排入受納水體。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Diagram of Process Flow

2.5 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

本次工程設(shè)計(jì)主要建構(gòu)筑物如表3所示。

表3 主要建構(gòu)筑物Tab.3 Main Buildings

2.6 主要設(shè)備及參數(shù)

本項(xiàng)目主要設(shè)備及參數(shù)如表4所示。

表4 主要設(shè)備及參數(shù)Tab.4 Main Equipments and Parameters

2.7 人工濕地設(shè)計(jì)

人工濕地占地面積大，約為54 218 m2，通過合理的分區(qū)、分單元設(shè)計(jì)，將整個(gè)人工濕地劃分為4個(gè)獨(dú)立的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)劃分為9～10個(gè)單元格，共計(jì)37個(gè)單元格，保證單個(gè)人工濕地面積控制在1 500 m2左右。本項(xiàng)目采用下行潛流式人工濕地，人工濕地底部防滲層采用600 g/m2土工織造布、1.5 mm雙光面HDPE膜、400 g/m2土工織造布的結(jié)構(gòu)層。

考慮人工濕地大分區(qū)內(nèi)單元格底部集水管處于連通狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)人工濕地單元格內(nèi)液位的控制，通過設(shè)置人工濕地單元格集水主管閥門實(shí)現(xiàn)了人工濕地單元格內(nèi)液位控制。人工濕地?cái)嗝嫒鐖D3所示。

圖3 人工濕地?cái)嗝鎴DFig.3 Diagram of Constructed Wetland Profile

3 工程實(shí)施及優(yōu)化探索

(1)通過強(qiáng)化生化處理提升濕地前處理段的CODCr去除率，有效解決濕地進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大的問題。

試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)河道受污染水體水質(zhì)波動(dòng)較大，CODCr跟氨氮含量會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值的情況，對(duì)后續(xù)人工濕地處理產(chǎn)生了較大的沖擊，導(dǎo)致出水水質(zhì)不能保持連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在現(xiàn)有生物接觸氧化池的基礎(chǔ)上，通過新增接觸氧化池污泥回流工序(回流比為30%)、增加曝氣量調(diào)節(jié)水中溶解氧質(zhì)量濃度至3.0 mg/L、調(diào)整氣水比至5∶1等措施來增強(qiáng)好氧菌種的活性，有效改善了填料掛膜不佳、接觸氧化階段去除率低的問題。上述措施不僅提升了水體CODCr的去除率，保證了人工濕地進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定，降低了對(duì)人工濕地的沖擊負(fù)荷影響，還減少了接觸氧化池的藥劑投加量，降低了運(yùn)營費(fèi)用。

(2)通過優(yōu)化布水方式有效解決部分濕地區(qū)域干旱或內(nèi)澇問題。

在人工濕地處理污水的過程中，改善布水的方式可以提高濕地的處理效率，不理想的布水方式使?jié)竦氐男式档?，容易發(fā)生短流、堵塞和溝流[11]。傳統(tǒng)的“豐”字型布水方式在已有的工程實(shí)例中，出現(xiàn)各穿孔布水支管出水孔水頭不一的現(xiàn)象，導(dǎo)致人工濕地單元內(nèi)布水不均勻，局部水量超過設(shè)計(jì)負(fù)荷或無法達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，不能完全充分利用人工濕地的處理能力。本工程采用壓力布水，因此，參考供水方式里的環(huán)狀管網(wǎng)概念，各單元格內(nèi)布水主干管設(shè)計(jì)為環(huán)狀，在各個(gè)濕地單元格采用環(huán)狀管上設(shè)計(jì)布水穿孔管，沿人工濕地的坡向由常規(guī)縱向重力式布水改變?yōu)闄M向等標(biāo)高壓力式布水，有效解決了部分濕地區(qū)域干旱或內(nèi)澇的問題。通過布水管干管成環(huán)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面，有效改善了各穿孔布水支管接駁處的水力條件，能夠保障各穿孔布水支管的有效水頭，保障布水的均勻性；另一方面，布水干管的成環(huán)設(shè)計(jì)，在不改變進(jìn)水方向的前提下，將各穿孔布水支管由縱向改為橫向，解決因人工濕地設(shè)計(jì)坡度導(dǎo)致的穿孔布水支管各出水孔水頭不一的問題，最大限度保證各出水孔出水的均勻連續(xù)性，保證整個(gè)人工濕地受水均勻，達(dá)到設(shè)計(jì)的水力負(fù)荷。布水方式調(diào)整前后對(duì)比如圖4所示。

圖4 布水方式調(diào)整前后對(duì)比示意圖Fig.4 Comparison Diagram before and after Adjustment of Water Distribution Mode

試運(yùn)行過程發(fā)現(xiàn)出水端經(jīng)常出現(xiàn)“內(nèi)澇”現(xiàn)象，后期通過設(shè)置人工濕地單元格集水主管閥門實(shí)現(xiàn)了人工濕地各單元格內(nèi)液位控制，通過末端集水渠內(nèi)可轉(zhuǎn)動(dòng)排水彎頭來實(shí)現(xiàn)人工濕地大分區(qū)內(nèi)的液位控制，有效解決了人工濕地出水側(cè)的“內(nèi)澇”問題。出水方式調(diào)整前后對(duì)比如圖5所示。

圖5 出水方式調(diào)整前后對(duì)比示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Comparison before and after Adjustment of Effluent Mode

(3)優(yōu)化調(diào)配適地植物，解決植物生長不均問題。

水生植物是構(gòu)成人工濕地系統(tǒng)不可缺少的一部分，水生植物系統(tǒng)主要包括浮游植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)、沉水植物系統(tǒng)[12]，人工濕地水生植物系統(tǒng)對(duì)氮、磷的去除也起著很大的作用[13]。本工程主要選取了挺水植物象草、美人蕉、焦芋、再力花、千屈菜、花葉蘆竹。

試運(yùn)行過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)千屈菜、花葉蘆竹長勢較差，且污水流經(jīng)種植上述植物的單元格后出水水質(zhì)明顯劣于種植象草、美人蕉等植物的單元格。因此，通過將千屈菜、花葉蘆竹替換為象草以改善其處理效果差、長勢不佳的問題。植物優(yōu)化配置后對(duì)比如圖6所示。

圖6 植物優(yōu)化配置前后對(duì)比Fig.6 Comparison before and after Optimized Plant Configuration

(4)優(yōu)化填料級(jí)配降低濕地堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

潛流式人工濕地填料層基質(zhì)一般有礫石、沸石、粉煤灰[14]，濕地基質(zhì)是微生物生存的關(guān)鍵載體，同時(shí)濕地基質(zhì)可以通過吸附作用去除氨氮[15]。本項(xiàng)目結(jié)合工程所在地取材便捷性，同時(shí)兼顧填料基質(zhì)粒徑對(duì)于濕地堵塞及去除率的影響，原設(shè)計(jì)采用5～32 mm粒徑的礫石進(jìn)行分層級(jí)配填充來作為人工濕地填料基層，實(shí)際施工過程中因礫石采購問題，采用同等規(guī)格陶粒替換級(jí)配層中的填料層。填料級(jí)配優(yōu)化前后對(duì)比如圖7所示。

圖7 填料級(jí)配優(yōu)化前后對(duì)比示意圖Fig.7 Schematic Diagram of Comparison before and after Packing Gradation Optimization

(5)加強(qiáng)維護(hù)和植物收割清運(yùn),保障出水水質(zhì)穩(wěn)定。

人工濕地試運(yùn)行期間，部分短生長周期的植物出現(xiàn)了殘枝落葉。原設(shè)計(jì)濕地內(nèi)的道路系統(tǒng)只有大分區(qū)大路，部分小單元格未設(shè)置物流通道，導(dǎo)致植物收割清運(yùn)困難，部分殘枝落葉落在濕地填料上，腐敗分解導(dǎo)致單元格內(nèi)水中污染物指標(biāo)增加，進(jìn)而影響出水水質(zhì)不穩(wěn)定。

為便于植物收割和清運(yùn)，后續(xù)通過優(yōu)化道路，將整個(gè)人工濕地采用大路和小路結(jié)合的方式，大分區(qū)分格間設(shè)置大路，小單元格之間設(shè)置小路，方便管理和運(yùn)輸。同時(shí)加強(qiáng)人工濕地運(yùn)營期間植物的維護(hù)工作，根據(jù)象草、美人蕉、焦芋、再力花的生長周期特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)其收割、及時(shí)清理落葉等措施，保障人工濕地處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。人工濕地道路系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 道路系統(tǒng)示意圖Fig.8 Diagram of Roads System

4 微改造優(yōu)化后技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 運(yùn)行效果分析

本工程于2020年10月建成，2020年11月投入試運(yùn)行，2021年6月正式投入使用。分析所用水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于2021年7月—12月實(shí)際總進(jìn)水、人工濕地進(jìn)水、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)。出水考核指標(biāo)氨氮、CODCr、TP穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)行效果如圖9所示。本工程總體對(duì)CODCr、氨氮、TP的平均去除率分別為85.19%、91.37%、86.56%。

圖9 人工濕地運(yùn)行效果Fig.9 Operation Effect of Constructed Wetlands

4.2 運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目污水處理廠運(yùn)營、維護(hù)費(fèi)用主要包括工資福利、外購材料及動(dòng)力費(fèi)、污水收集管網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)費(fèi)、其他臨時(shí)工程及管理費(fèi)，如表5所示。

表5 污水處理廠及配套管網(wǎng)運(yùn)營成本Tab.5 Operation Costs of the WWTP and Supporting Pipe Networks

經(jīng)微改造優(yōu)化后，本項(xiàng)目年均經(jīng)營成本為904.93萬元/a，單位經(jīng)營成本約為0.62元/m3。相較于傳統(tǒng)水處理工藝運(yùn)營成本(1.14～1.30元/m3)[16]具有明顯的優(yōu)勢。

4.3 效益分析

采用人工濕地工藝處理受污河水，具有效果良好、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，本工程的實(shí)施有效地降低受污河水主要指標(biāo)污染物濃度，對(duì)改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量、提升景觀環(huán)境、保障國考斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)(目標(biāo)Ⅳ類)具有顯著的環(huán)境效益。預(yù)計(jì)CODCr、氨氮、TP削減量分別為1 080.93、122.94、35.29 t/a。

5 結(jié)論

(1)采用“預(yù)處理+生物接觸氧化+人工濕地”的工藝能夠有效解決受污河道水體水質(zhì)超標(biāo)的問題，該工藝能夠保障出水CODCr、氨氮、TP穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，改善流域水體環(huán)境質(zhì)量。

(2)人工濕地占地面積約為54 218 m2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為40 000 m3/d，表面水力負(fù)荷為0.74 m3/(m2·d)，填料層厚度為1.0 m，其孔隙率約為0.50，水力停留時(shí)間約為0.7 d。

(3)通過二沉池的污泥回流至接觸氧化池，調(diào)整接觸氧化池曝氣量、氣水比等有效地改善了填料因進(jìn)水濃度的波動(dòng)而造成的掛膜不穩(wěn)定問題導(dǎo)致的進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)人工濕地的沖擊。

(4)采取人工濕地布水系統(tǒng)環(huán)狀布水干管布水方式，一定程度上降低了傳統(tǒng)“豐”字型布水方式存在末端水力不利情況。

(5)結(jié)合當(dāng)?shù)厝〔牡谋憬菪?，采用不同粒徑的陶粒進(jìn)行填料級(jí)配，有效改善了人工濕地填料層堵塞等問題。

(6)對(duì)人工濕地大分區(qū)塊、小單元格進(jìn)行通道與小通道的結(jié)合設(shè)置，解決了濕地運(yùn)營維護(hù)的便捷性。對(duì)小單元局部改造增設(shè)閥門，有效解決了濕地出水端“內(nèi)澇”現(xiàn)象。

(7)實(shí)施人工濕地植物定期收割、加強(qiáng)植物管理維護(hù)實(shí)現(xiàn)人工濕地穩(wěn)定出水。

人工濕地具有效果良好、運(yùn)行穩(wěn)定、低能耗、景觀優(yōu)美的特點(diǎn)，有效地改善了流域水質(zhì)，對(duì)改善城鄉(xiāng)景觀環(huán)境、保障國考斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)具有良好的工程效應(yīng)。通過不同水生植物的單元塊化種植，實(shí)現(xiàn)濕地景觀的改善，將其打造為人工濕地生態(tài)公園，具有良好社會(huì)效益、環(huán)境效益。