高寒地区污水氧化塘的设计

滕文民
(牡丹江市环境科学研究所)

　　牡丹江市年平均气温4 ℃，极端最低气温-38.3 ℃，在我国属高寒地区。1996年市政府决定投资300万元，将牛角湖改建成具有污水处理、排内涝、休闲游乐的城市景点，即建成新型的氧化塘。
　　牛角湖是八个串联湖的最后一个，自上而下接纳的城市污水最终汇集于此，注入牡丹江。随着城市建设的发展，湖周围已高楼林立。据调查，湖底面积2.5×10⁴ m²，淤泥平均厚1.1 m。有三个较大的入水口，其中1号主入水口1.5 m×1.7 m，2号入水口直径1.2 m，3号入水口直径0.8 m 排水口为两个Ø 1.0 m的涵管。湖底高程227.37 m，湖顶路面高程为233.10 m；主入水口与排放口底板高差0.5 m。1号入水口流量3.8×10⁴ t/d，2号入水口0.6×10⁴ t/d，3号入水口0.4×10⁴ t/d，还有几个小的污水入口，水量呈间歇排放方式。经对牛角湖总排水口连续三日监测，污水总流量为(4.9～5.1)×10⁴t/d，COD值为171～194 mg/L，BOD₅值为84～97mg/L，SS为178～205 mg/L，湖内入、出口水质基本无变化，污泥淤积量约2.75×10⁴ m³。

1 方案的确定

　　根据牛角湖的现状及与其相关的上游三个湖的情况，牛角湖污水氧化塘的建设分两步进行。
1.1 预处理工程
　　牛角湖上游有三个接纳污水较多的水塘，首先对其淤泥进行清除，平整塘底，设置必要的挡水坝，改变塘内的水流短路和死角，使各塘布水均匀，水流稳定，并在每个塘中增设了一个溢流曝气坝，设置水位调节闸门，调节不同季节和不同月份的水量，使进入牛角湖的污水得到初步净化。曝气坝的高差平均在0.5 m左右，通过三次沉淀、氧化、曝气，水质得到了初步改善，也减轻了牛角湖的污染负荷。同时还对其护根、护坡、护栏进行了新颖设计、施工，使市民感到耳目一新，成为城市景点。
1.2 氧化塘的设计
　　牛角湖因湖形状似牛角而得名，污水入口在角尖处，出口在角根处，湖周还有四个污水排入口，其中两个较大的在角尖附近，根据现有参数，氧化塘工艺流程见图1。

　　主要设计参数：?
　　① 水流量5×10⁴ m³/d，冬季最低水温7 ℃，进水COD182 mg/L、BOD90 mg/L、SS191 mg/L;?
　　② 沉淀池面积2 500 m²，水深1.5 m，水力停留时间1.8 h；?
　　③1^#溢流坝长65 m，高1.5 m，水位差0.6 m；
　　④ 氧化区面积21 375 m²，水深0.9 m，水力停留时间9.2 h；
　　⑤ 2^#溢流坝长50 m，高0.8 m，水位差0.5 m；
　　⑥ 集水区面积500 m²，水深0.4 m；
　　⑦ 导流明渠长250 m，宽2.5 m，渠面积625 m²，坝高1.0 m。

2 工艺说明

　　 上游预处理后的污水经1.54 km的暗渠进入牛角湖，在2 500 m²的沉淀池停留1.8 h后经1^#溢流坝进入氧化区。溢流坝顶部为折线型设计，主要目的是增强曝气效果。水经溢流坝均匀跌入氧化区后停留9.21 h，在此进行沉淀、光合、氧化等一系列污水净化过程后经2^#溢流坝均匀跌入集水区，同时进行二次曝气沉淀，最后由排水管注入牡丹江。导流明渠的1^#闸门平时只是微微开启，使明渠中水的停留时间与氧化区内同步，然后经导流明渠2?#闸顶面溢流入集水区。氧化塘的沉淀区、氧化区经过一定时间运行后需进行清淤。这时即可开启导流明渠1^#、2^#闸门将水直接引入集水区。沉淀区可设置围堰分步清淤，氧化区可开启泵站强排泵排水后一次性清淤。汛期江水水位往往高于湖水水位，设计中考虑了止逆闸门以防止江水倒灌，同时启用强排泵排除湖水及市区排入湖中的雨水，以防内涝。冬季寒冷季节为防止牛角湖结冻，引入城市自来水厂2×10⁴ t/d的反冲洗水，加大水流量，同时注入部分企业所排放的余热废水，以确保氧化塘入口水温不低于7 ℃。
　　 为确保氧化区易产生死水区的角落和底层水的流动性，在二次溢流坝底部设置了五个Ø150 mm的涵管，在试运行阶段还进行了养殖风眼莲、水葱，放置软性生物填料等试验，取得了宝贵的经验。

3 结论

　　 牛角湖氧化塘运行两年来，取得了显著的社会效益、环境效益和经济效益。该工程的运行明显改善了牛角湖总排水口以下的江水水质，特别是下游的热电厂，二、三水源地，造纸厂，制药厂，二电厂等大中型企业的用水水质。经市环境监测中心站连续采样化验表明：总排水口COD值为81～92 mg/L，BOD₅值为49～54 mg/L，ＳＳ值为41～48 mg/L；污染物去除率分别为53%、41%和75%，即使在寒冷的冬季，三项指标的去除率也可达到34.7%、31.2%和76%。年运行费4万元，吨水处理费0.002 2元。
　　 牛角湖氧化塘的设计合理地利用自然高差进行多级跌水曝气充氧、沉淀、氧化，不需外加能量，特别是利用现有湖塘改建成自然曝气式污水氧化塘，在北方高寒地区、居民稠密区内尚属首例。氧化塘功能分区合理，处理效果明显，具有投资少、见效快、施工期短、无能耗、无异味、管理方便、运行稳定等优点。
　　 牡丹江市牛角湖氧化塘的建设还存在许多问题，其中最主要的是日常管理。由于管理不善使闸门失灵不得及时维修，造成氧化区失去功能；由于冬季少数人将垃圾倾入塘中，造成闸门破坏、导流洞堵塞、排水不畅等，有待于在今后的工作中加以解决。

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