高效沉淀池工藝在傳統(tǒng)沉淀池的基礎(chǔ)上進行了改進，具有占地面積小、啟動快、負荷高、SS去除率高、抗沖擊負荷能力強和出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點，廣泛適用于污水和給水處理等方面，但其在合流制溢流（CSOs）污染處理方面的應(yīng)用研究較少。

黃孝河作為武漢市大漢口建成區(qū)僅有的兩條河道之一，總長為10.4km。20世紀90年代以來，隨著城市發(fā)展，河道上游5km被改造成地下箱涵，成為合流制污水排放通道。通過在暗涵出口處設(shè)置鋼壩閘進行攔截，旱季污水經(jīng)污水泵站提升至污水廠進行處理。但雨季由于大量雨水的匯入，致使合流制污水量超過了污水廠的處理能力，進而形成了黃孝河明渠起端的CSOs污染。

采用高效沉淀池工藝對黃孝河明渠上游暗涵雨天CSOs污水進行處理，可以有效降低CSOs污染對黃孝河明渠水環(huán)境的沖擊，可為國內(nèi)外其他合流制河道的生態(tài)治理提供參考。

1、設(shè)計規(guī)模及進、出水水質(zhì)

1.1 設(shè)計規(guī)模

目前國內(nèi)尚未出臺針對CSOs污染中關(guān)于溢流次數(shù)的相關(guān)規(guī)范和標準，項目選取武漢市1980年—2016年的日降雨數(shù)據(jù)，采用P-Ⅲ曲線分析年降雨量與降雨出現(xiàn)頻率之間的定量關(guān)系，以及每年的暴雨次數(shù)。以豐水年且大雨、暴雨場次較多的年份為原則，最終選取2016年為代表年，其年內(nèi)溢流次數(shù)達到91次。

通過綜合判斷流域代表年降雨溢流頻次對應(yīng)河道的峰值流量、單場最大截流量及環(huán)境效應(yīng)，確定控制年溢流次數(shù)不超過10次，相對應(yīng)建設(shè)規(guī)模為25×104m3的CSOs調(diào)蓄池+設(shè)計處理峰值水量6m3/s的強化處理設(shè)施，滿足年溢流次數(shù)的控制要求。

1.2 設(shè)計進、出水水質(zhì)

根據(jù)國內(nèi)外合流制排水系統(tǒng)溢流污水水質(zhì)情況，同時參考黃孝河流域三金潭污水處理廠的設(shè)計進水水質(zhì)，并結(jié)合城市規(guī)劃功能，綜合分析后確定黃孝河高效沉淀池工程設(shè)計采用的進、出水水質(zhì)，具體如表1所示。

目前因國內(nèi)缺少CSOs污染控制工程的出水水質(zhì)標準，根據(jù)項目水質(zhì)達標建設(shè)目標，經(jīng)可研編制單位與武漢市水務(wù)局溝通后，SS按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準、TP按一級B標準、COD按二級標準進行設(shè)計。

2、工藝選擇分析

因現(xiàn)狀CSOs污水由生活污水、工業(yè)廢水、雨水3種性質(zhì)不同的水體組成，污染物濃度根據(jù)水量比例不同而不同，其波動范圍較大。根據(jù)前期水質(zhì)調(diào)查結(jié)果可知，SS與COD、TN、TP的相關(guān)性較強（見表2），因此，在CSOs處理中控制住SS即可大幅削減污染物總量。

考慮到CSOs處理設(shè)施旱天不工作、雨天工作的間歇運行特性，無法進行生物處理；同時降雨初期的CSOs污水具有流量較大、歷時較短、污染物濃度較高等特點，而高效沉淀池工藝具有SS去除率高、占地少、出水穩(wěn)定、耐沖擊負荷等優(yōu)點，因此，采用調(diào)蓄池及高效沉淀池工藝對CSOs污染進行集中收集并處理。

工藝流程見圖1。

由圖1可知，CSOs污水首先通過粗格柵進入調(diào)蓄池，由中間提升泵房提升至細格柵進一步去除漂浮物、懸浮雜物后，再進入曝氣沉砂池除砂，曝氣沉砂池出水進入高效沉淀池去除懸浮物質(zhì)。為確保出水水質(zhì)達標，高效沉淀池出水進入精密過濾池進一步處理，將SS降至10mg/L以下，經(jīng)紫外消毒后排放至后湖泵站前池。

3、高效沉淀池工藝選擇

目前，廣泛應(yīng)用的高效沉淀池技術(shù)包括加砂高效沉淀池以及污泥回流型高效沉淀池，兩種技術(shù)的運行參數(shù)如表3所示。就工藝目標可達性而言，采用上述兩種工藝對CSOs污染進行處理均能滿足出水水質(zhì)要求。就運營階段的運行費用而言，污泥回流型無需投加凝核物，可有效降低運營階段處理費用，工程按照最大進水污染負荷測算的噸水處理費用為0.29元/m3。

污泥回流型高效沉淀池工藝自帶污泥濃縮功能，無需配套建設(shè)儲泥池及污泥濃縮池，排泥濃度可達30~150g/L，可以直接進行脫水處理，從而有效減少建設(shè)面積。由于該項目建設(shè)區(qū)域位于城市高密度建成區(qū)，受建設(shè)區(qū)域用地面積限制以及周邊維穩(wěn)壓力等因素影響，最終采用污泥回流型高效沉淀池工藝。

4、高效沉淀池工藝設(shè)計

4.1 總體設(shè)計

黃孝河CSOs調(diào)蓄池采用全地下建設(shè)方式，池體占地面積為3.42×104m2，設(shè)計水深為7.3m，最大水深為8.6m。CSOs強化處理設(shè)施，即污泥回流型高效沉淀池，采用半地下建設(shè)形式，占地面積為2.58×104m2。項目于2021年底建成并投入運行，總投資為10.34億元。

污泥回流型高效沉淀池的設(shè)計處理峰值水量為6m3/s，共分為6格，每格設(shè)計處理水量為1m³/s。池體主體分為3部分，即混凝池、絮凝池、斜管沉淀池，其工藝示意如圖2所示。

4.1.1 進水

高效沉淀池每2格為1組，共3組。每組由總進水分配渠通過DN1600的管道分別向2格高效沉淀池的混凝池提供進水，進水管內(nèi)設(shè)置可以輸出4～20mA電流信號的流量計，用于實時監(jiān)測并反饋每組高效沉淀池的進水流量；進水渠設(shè)置在線水質(zhì)分析儀監(jiān)測SS、pH，用于反饋藥品投加量。

4.1.2 混凝池

CSOs污水首先進入混凝池，在混凝池進水口投加混凝劑PAC，在池內(nèi)攪拌器的作用下快速攪拌，使混凝劑與原水充分混合。設(shè)計混凝時間≥2min，混凝攪拌機在最不利設(shè)計條件下的速度梯度G值≥250s-1。

4.1.3 絮凝池

經(jīng)混凝池充分混凝后的出水進入絮凝池，投加助凝劑PAM，采用導(dǎo)流筒及攪拌機使該單元的功效顯著提高。攪拌機產(chǎn)生的上升循環(huán)流量約數(shù)倍于處理流量，從而滿足絮凝反應(yīng)的需求，同時攪拌機的攪拌速度與絮凝過程相匹配，不會將形成的礬花打碎，該單元單池設(shè)計絮凝時間≥5.2min。此外，高效沉淀池啟動后，通過污泥回流系統(tǒng)將濃縮區(qū)上層污泥泵送至絮凝池，污泥回流量為單池最高進水量的1%～3%。回流污泥為絮凝池提供絮體附著的晶核，改善礬花形成條件，減少陰離子高分子助凝劑用量。隨之礬花絮體增大、密度增加，保證了最佳的絮凝效果。

4.1.4 斜管沉淀池

通過絮凝池形成的礬花絮體進入斜管沉淀池進行泥水分離，水流采用上向流的形式。采用六角蜂窩狀斜管，其水力直徑為80mm，長為1500mm。斜管澄清區(qū)和沉淀區(qū)的表面負荷在峰值流量下應(yīng)分別控制為18~22、12~13m3（/m2·h），沉淀池上部水通過集水槽收集。當(dāng)澄清區(qū)承受峰值流量負荷時，無細小絮凝體經(jīng)集水槽帶入后續(xù)精密過濾池中。沉淀池底部配置1套刮泥機，將經(jīng)沉淀濃縮后的污泥收集到污泥斗，采用2臺污泥循環(huán)泵（1用1備）以及1臺污泥排放泵，分別用于污泥回流和剩余污泥排放。污泥回流量為單池最高進水量的1%～3%，吸泥點位于濃縮區(qū)的上層，配有污泥界面計控制排泥。

4.1.5 出水

高效沉淀池出水需控制為SS≤20mg/L、COD≤100mg/L、TP≤1mg/L，結(jié)合后續(xù)精密過濾，可將SS進一步降至10mg/L，確保出水水質(zhì)達標。

4.2 優(yōu)化設(shè)計

考慮到高效沉淀池間歇運行的特點，降雨發(fā)生后，空池啟動速度較慢，啟動過程存在出水水質(zhì)不達標等問題，無法應(yīng)對快速高效處理的要求。工程在設(shè)計時優(yōu)化了6格高效沉淀池的工藝以及啟動方式，將高效沉淀池分為3組。降雨時，調(diào)蓄池收集CSOs污水，并通過提升泵提升，經(jīng)曝氣沉砂池進入到第1組高效沉淀池進行處理。當(dāng)高效沉淀池進水達到50%時，開啟啟動程序，此時提升泵出水流量需控制為最大流量的35%~50%，啟動過程不達標出水通過潛水回流泵回流到起端分配井，與原水混合進行再循環(huán)，直到出水水質(zhì)達到設(shè)計出水標準后排放，第1組從啟動到出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的時間為30min。當(dāng)調(diào)蓄池液位持續(xù)上漲時，開啟第2組。第2組高效沉淀池可利用第1組產(chǎn)生的剩余污泥，啟動時間縮短至12min，減少了啟動過程的污水內(nèi)循環(huán)時間，節(jié)約電耗以及藥耗。第3組啟動方式與第2組相同。采用污水內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)使得高效沉淀池在單次啟動時減少不達標出水10800m3。

當(dāng)預(yù)測降雨強度較大、歷時較長，需要盡快對污水進行處理時，可同時開啟3組高效沉淀池，提高處理效率，此時由啟動到出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的時間為30min。

4.3 核心設(shè)備參數(shù)

高效沉淀池的核心設(shè)備參數(shù)如表4所示。其中進水懸浮物在線測量儀、出水懸浮物在線測量儀主要通過監(jiān)測進、出水水質(zhì)，實時在線反饋藥劑投加量，達到精準加藥的目的。

5、運行效果

該工程于2019年8月開工，2022年7月完工并開始調(diào)試及試運行，運行監(jiān)測數(shù)據(jù)如表5所示。

由表5可知，2022年各場次降雨形成的CSOs污染經(jīng)高效沉淀池強化處理后，出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達到設(shè)計要求。同時，該工程優(yōu)化調(diào)整了高效沉淀池的啟動方式，通過先行啟動1組，再啟動第2、3組，將其他2組的啟動時間控制在12min以內(nèi)，減少了啟動過程的污水內(nèi)循環(huán)時間，從而節(jié)約電耗以及藥耗。

6、結(jié)論

在黃孝河水環(huán)境綜合治理二期PPP項目中，采用調(diào)蓄池和污泥回流型高效沉淀池工藝對黃孝河明渠上游暗涵雨天CSOs污水進行儲存及處理，高效沉淀池設(shè)計出水水質(zhì)為SS≤20mg/L、TP≤1mg/L、COD≤100mg/L，結(jié)合精密過濾池，可將SS進一步降至10mg/L，有效降低了CSOs污染對黃孝河明渠水環(huán)境的沖擊。同時污泥回流型高效沉淀池?zé)o需外加凝核物，按照最大進水污染負荷測算運行費用為0.29元/m3。工程建設(shè)規(guī)模為25×104m3的調(diào)蓄池+設(shè)計處理峰值水量6m3/s的強化處理設(shè)施。

對污泥回流型高效沉淀池工藝進行改進，優(yōu)化6格高效沉淀池的啟動方式，提高其啟動速率并保證出水水質(zhì)。通過污水內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，對啟動過程的不達標出水循環(huán)處理，單次啟動可減少不達標出水10800m3。按照高效沉淀池的啟動方式，降雨時配合前端調(diào)蓄池，分組啟動。運行時，先啟動第1組，其他組利用第1組的剩余污泥，可將啟動時間控制在12min以內(nèi)，減少了啟動過程的污水內(nèi)循環(huán)時間，節(jié)約電耗以及藥耗。項目建成后的處理效果穩(wěn)定，抗沖擊負荷能力強，出水水質(zhì)達標，可為其他合流制河道的生態(tài)治理提供參考。（來源：中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）