王文明，危建新，，聶世輝，左 鋒，李 毅

（1.湖南先導洋湖再生水有限公司，湖南 長沙 410006；2.長沙先導洋湖建設(shè)投資有限公司，湖南 長沙410006）

生態(tài)治污工藝與污水零排放方案及實踐

王文明1，危建新1，2，聶世輝2，左 鋒1，李 毅1

（1.湖南先導洋湖再生水有限公司，湖南 長沙 410006；2.長沙先導洋湖建設(shè)投資有限公司，湖南 長沙410006）

洋湖再生水廠一期工程污水處理規(guī)模為 4萬 m3／d，是長沙市大河西先導區(qū) “兩型”社會建設(shè)示范工程，采用 “MSBR＋人工濕地”污水生態(tài)處理工藝，出水水質(zhì)達到 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級 A排放標準，出水作為洋湖生態(tài)濕地公園的景觀用水和片區(qū)中水從而實現(xiàn)污水零排放。本文著重介紹洋湖再生水廠生態(tài)治污工藝和污水零排放經(jīng)驗。

生態(tài)治污；MSBR；人工濕地；零排放；再生水；中水回用

1 工程概況

洋湖再生水廠 （坪塘污水處理廠及中水回用工程）位于長沙市岳麓區(qū)洋湖大道南側(cè)、靳江河東側(cè)的洋湖生態(tài)濕地公園科教區(qū)內(nèi)。工程總占地面積21.67hm2，廠區(qū) 5.67hm2，人工濕地 16.00hm2。規(guī)劃分三期建設(shè)，一期 （2012年）4萬 t／d，二期（2016年）8萬 t／d，遠期 （2020年）12萬 t／d。工程服務范圍為長沙市先導區(qū)西二環(huán)線和白鶴天池以南的坪浦組團區(qū)域，包括含浦科教產(chǎn)業(yè)園、坪塘和洋湖三個片區(qū)，納污面積約50km2，服務人口約60萬，配套污水收集管網(wǎng)40.43km，中水管網(wǎng)26.5km。

一期廠區(qū)建安工程于 2010年 4月開工建設(shè)，2011年8月底竣工，10月開始試運行。人工濕地工程于2012年7月初竣工，一期工程于 7月31日通過竣工環(huán)境保護驗收，8月 11日零時零分起進入商業(yè)試運行。項目以 BOO（Building－Owning－Operation）模式運作，由湖南先導洋湖再生水有限公司負責運營管理。

2 生態(tài)治污工藝方案

2.1 工藝流程

洋湖再生水廠生態(tài)治污工藝流程見圖1。

由圖1可知，污水處理工藝包括三個環(huán)節(jié)，即預處理、MSBR二級生化處理和人工濕地深度凈化處理，后兩個環(huán)節(jié)為污水生態(tài)處理工藝過程。

2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)

洋湖再生水廠相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，污水經(jīng) MSBR二級生化處理達到 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002）一級B標準，MSBR池排放尾水經(jīng)人工濕地深度凈化處理達到一級 A標準，部分進入洋湖生態(tài)濕地公園作景觀補水經(jīng)自然水體自凈達到 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838－2002）III類水質(zhì)標準；部分經(jīng)過濾消毒處理后作為片區(qū)中水，水質(zhì)達到 《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB／T18920－2002）和 《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB／T18921－2002）。

表1 洋湖再生水廠相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)表 （mg／L）

2.3 主要工藝

2.3.1 MSBR工藝

經(jīng)預處理后的污水自流進入二級生化處理系統(tǒng)，一期工程設(shè)MSBR池2組，每組處理能力為2 萬t／d，每組尺寸為 52.7×39m，水力停留時間15.29h，泥齡14.59d。MSBR系統(tǒng)曝氣用氣源由鼓風機提供，設(shè)置鼓風機 3臺，2用1備。MSBR系統(tǒng)排放的剩余污泥經(jīng)脫水處理后外運，設(shè)置離心脫水機2臺，1用1備。

MSBR（Modified Sequencing Batch Reactor）為改良式連續(xù)流序批反應池，它是在 A2／O工藝基礎(chǔ)上結(jié)合 SBR工藝和接觸絮凝過濾理論發(fā)展而成的一種污水處理新工藝［1］。MSBR工藝采用組合式一體化結(jié)構(gòu)，具有占地面積小、運行費用低和自動化程度高等優(yōu)點［2］。MSBR系統(tǒng)由 7個單元格組成，平面布置情況如圖2。

通過試運行工藝調(diào)試，將 MSBR池一個運轉(zhuǎn)周期設(shè)置為240min，分為2個半周期，上半周期為120min，由3個時段組成：時段1為缺氧攪拌階段，30min；時段 2為曝氣攪拌階段，30min；時段3為預沉淀階段，60min；下半周期（時段4、5和 6）120min為沉淀出水階段。在相鄰的兩個半周期內(nèi)，單元 1和 7交替運行，可設(shè)置為上半周期由單元7沉淀出水，下半周期由單元 1沉淀出水，一個周期內(nèi)各單元各時段的工作狀態(tài)如表2［2～3］。

MSBR系統(tǒng)的回流包括混合液回流和污泥回流［3］，混合液回流較為簡單，在各時段均為從單元6回流至單元5、再由單元5至單元6，周而復始連續(xù)運行。如表2所示，時段1和2，單元1的污泥提升至單元2，在單元2發(fā)生泥水分離，上清液從單元2回流至單元 6，沉淀污泥進入單元 3形成濃縮污泥，濃縮污泥則從單元3提升至單元4和進水混合，時段3，濃縮污泥回流和上清液回流停止工作。在下半周期，單元7重復單元 1的工作過程。

表2 MSBR系統(tǒng)各單元各時段的工作狀態(tài)表

2.3.2 人工濕地工藝

洋湖人工濕地作為污水深度處理系統(tǒng)［4～5］，總規(guī)模為 4萬 t／d，總水力負荷 0.76m3／m2·d，總BOD5表面負荷15.29g／m2·d，洋湖人工濕地工藝流程見圖3。

由圖3可知，洋湖人工濕地分為三級處理系統(tǒng)，每級系統(tǒng)采用 “植物塘 ＋人工濕地”組合工藝。MSBR池出水首先自流進入一級植物塘，利用植物塘對一級人工濕地配水。一級人工濕地系統(tǒng)由2組4座并聯(lián)運行的垂直潛流人工濕地組成。中間河道收集一級濕地系統(tǒng)出水，并對二級濕地系統(tǒng)布水。二級濕地系統(tǒng)采用2組4座并聯(lián)運行的“水平潛流濕地＋表面流濕地”，該系統(tǒng)出水經(jīng)集水渠進入二級植物塘，二級植物塘出水經(jīng)布水渠進入三級濕地系統(tǒng)，該系統(tǒng)由2組4座并聯(lián)的“表面流濕地＋水平潛流濕地”組成，在水平潛流濕地末端設(shè)小粒徑碎石過濾區(qū)以保證人工濕地出水懸浮物達標，三級濕地出水經(jīng)集水區(qū)自流進入紫外光消毒渠，經(jīng)消毒處理后在片區(qū)回用。

3 污水零排放方案

在水環(huán)境污染嚴重或淡水資源短缺的今天，我們應視城市污水為一種寶貴的第二水源，污水被凈化處理的過程也應是被再生利用的過程。通過工藝篩選，洋湖再生水廠最終首創(chuàng)性選用 “MSBR＋人工濕地 ＋自然濕地／中水”生態(tài)治污工藝，同時也實現(xiàn)了污水梯級利用和零排放，保護了洋湖片區(qū)的生態(tài)環(huán)境和湘江一級飲用水源地水質(zhì)。

3.1 一級 B尾水利用情況

傳統(tǒng)意義的城市污水處理，一般經(jīng)二級生化工藝（如 A2／O、MSBR或氧化溝）處理后達到一級B標準，直接外排進入地表水系，這可能會加劇環(huán)境污染 （如富營養(yǎng)化等），使環(huán)境容量受到挑戰(zhàn)。洋湖再生水廠位于湘江上游，一級 B尾水若直接排入湘江，將會影響長沙市一半以上的飲用水安全。洋湖人工濕地面積約16.00hm2，通過人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建，不僅可以將廠區(qū)排放一級 B尾水全部提質(zhì)到一級A標準，還可以營造城市生態(tài)景觀，擴大城市生態(tài)面積，豐富城市生態(tài)多樣性，為 “綠色湖南”建設(shè)一道亮麗的風景線。

洋湖人工濕地實景照片如圖 4，在碎石填料上種植有美人蕉、香蒲、黃菖蒲、蘆葦、千屈菜、風車草等20多種水生植物，在碎石填料下則有污水流過并被凈化處理，這里發(fā)生物理、化學、生物等多重直接或協(xié)同作用實現(xiàn)一級 B到一級 A水質(zhì)的提升［3～4］。洋湖人工濕地還配套建設(shè)有景觀河道、市民廣場、水上棧道等休閑場所，致力于將洋湖人工濕地打造為一個集污水凈化和生態(tài)景觀環(huán)境于一體的市民公園。

3.2 一級 A再生水利用情況

洋湖片區(qū)是長沙市大河西先導區(qū)起步區(qū)的五大核心片區(qū)之一，規(guī)劃面積19.8km2，包括洋湖生態(tài)濕地公園、總部經(jīng)濟區(qū)、綠色生態(tài)宜居區(qū)三個功能分區(qū)。洋湖生態(tài)濕地公園面積4.85km2，是中國中南部最大的城市濕地公園，是湘江流域生態(tài)治理的開篇之作，其功能分區(qū)包括休閑區(qū)、展示區(qū)、科教區(qū)、保育區(qū)以及河流濕地區(qū)等。洋湖匯集湘江、靳江河、雅河，曾經(jīng)洪澇嚴重，我們秉承尊重自然、保護環(huán)境的理念，將水系與濕地公園整合，讓三條河流成為洋湖最大的寶庫，濕地生態(tài)系統(tǒng)達到7km2。

洋湖再生水廠結(jié)合所在洋湖片區(qū)的規(guī)劃，最終一級A標準再生水也沒有直接排入湘江，而是在洋湖生態(tài)片區(qū)再生利用實現(xiàn)污水零排放和水資源循環(huán)，一部分經(jīng)紫外消毒后自流進入洋湖生態(tài)濕地公園作為景觀用水補水，并被自然水體自凈到地表 III類水質(zhì)標準；一部分經(jīng)過濾消毒處理在洋湖片區(qū)實現(xiàn)中水回用、分質(zhì)供水，主要用于綠化澆灌、消防、洗車、沖廁和建筑施工等城市雜用水。此外，洋湖片區(qū)居民家庭都將提供包括上水 （自來水）、中水和下水 （排污水）在內(nèi)的三套管網(wǎng)系統(tǒng)。

4 前景展望

在 “兩型”社會建設(shè)探索先行的道路上，洋湖再生水廠邁出了堅定的步伐；在建立節(jié)水型社會和人水和諧社會道路上，洋湖再生水廠書寫了濃墨重彩的一筆。作為國內(nèi)首個大型生態(tài)再生水廠，洋湖再生水廠發(fā)揮著 “兩型”示范效應和科普教育作用；通過創(chuàng)新型生態(tài)示范基地和科普教育基地的創(chuàng)建，洋湖再生水廠將展示出積極的環(huán)境效應和社會效應，這將會強有力地在全國范圍內(nèi)推進生態(tài)文明建設(shè)和人與自然和諧社會建立的步伐。

［1］張玉魁.污水脫氮除磷MSBR系統(tǒng)特點及工藝設(shè)計［J］.市政技術(shù)，2008，26（1）：31－35.

［2］李寧，趙修華，王華，等.改良型序批式活性污泥反應器系統(tǒng)及其應用 ［J］.環(huán)境科學與技術(shù)，2005，28（2）：110－113.

［3］羅萬申.新型污水處理工藝—MSBR［J］.中國給水排水，1999，15（6）：22－24.

［4］陳永華，吳曉芙.人工濕地植物配置與管理［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2012.

［5］王世和.人工濕地污水處理理論與技術(shù) ［M］.北京：科學出版社，2007.

The Scheme and Practice of Ecological Sewage Treatment Process and Sewage Zero Discharge

WANG Wen-ming1，WEI Jian-xin1，2，NIE Shi-hui2，ZUO Feng1，LI Yi1
（1.Hunan Pilot Yanghu Reclaimed Water Company Limited，Changsha Hunan 410006 China）

Yanghu Reclaimed Water Plant，with a capacity of 40000 m3／d，has been constructed as a demonstration of the environmentally friendly society establishment in Dahexi Pilot Area of Changsha.The Water Plant adopts the＂MSBR＋constructed wetland＂ecol ogical sewage treatment process，and its effluent quality reaches Class A of Grade I of Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant.Instead of being discharged，the water is totally used as scenic water for Yanghu Wetland Park and being recycled.This paper gives an introduction of the wastewater treatment process and the experience of the zero discharge.

ecological sewage treatment；MSBR；constructed wetland；zero discharge；reclaimed water；intermediate water recycling

X703

A

1673－9655（2013）03－0064－04

2012－11－23

長沙市 “兩型”社會建設(shè)示范工程項目。

王文明 （1982－），男，碩士，工程師，中國科學院研究生院畢業(yè)，已發(fā)表學術(shù)論文14篇，獲他引200多次，獲授權(quán)發(fā)明專利1項。

危建新。