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利用工程措施解决合流制污水泵站的污水溢流问题

		点击数：	更新时间： 2024年06月13日
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利用工程措施解决合流制污水泵站的污水溢流问题
William D. Fuqua Ralph J. Jagelavicius
目前，康涅狄格河每年通过合流制雨水泵站
（CSOs）排出的未经处理的污水量超过了190万
m3，其中大部分污水来自麻萨诸塞州霍利奥克
市的第九号CSO泵站。为了提高河水水质，美国
环保署（EPA）向霍利奥克市下达了一项行政指
令，要求该市在2004年9月前减少雨季和旱季的污
水溢流，每年9号CSO泵站的溢流次数不允许超过
4次。
2003年12月17日，霍利奥克市发布了一个征
求建议书，要求设计并新建一个减少CSO溢流的
设施，每年至少可以处理88.95万m3的污水，同时
升级改造污水处理厂并在未来的20年里运行这两
个系统。所有建设工作需要在3年内完成并通过验
收。
最终，建设者们不仅完全达到了建议书的要
求，还比预期提前一年完成。这项工程节约了
1000万美元，同时提高了河水水质，使霍利奥克
市的水质达到了EPA的要求。
过时的设施
霍利奥克市位于西马萨诸塞州的康涅狄格河
畔，它是美国规划的首批工业城市之一。在上个
世纪初，设计了三级运河，为超过50家机械和电
力企业供水。霍利奥克市发展迅猛。30年的时间
里，它被称为“工业城市皇后”和“世界的造纸
城市”。
现在，霍利奥克市是一个多元化的城市，有
大约4万居民。仍有一些造纸厂向城市的合流污水
收集系统排放工业废水。霍利奥克市约188km的
污水收集管道中，有66%的管道同时收集污水和
雨水。雨水收集系统大约有116km，尺寸不一，
最大的直径为3m。霍利奥克市有17个拥有许可
证的CSO排放管，其中14个在雨天向康涅狄格河
排污。这个系统还包括7个污水泵站和7个泄洪泵
站。
城市的污水由康涅狄格河旁边的一个污水处
理厂处理。这个污水处理厂采用纯氧活性污泥法
工艺，它由2个部分组成，一个建设于20世纪70年
代末，另一个建设于80年代末。其设计处理量为
6.624万m3/d，峰值时期的设计处理量为14.004 5
万m3/d。厂址具9号泵站很近。
4个主要目标
当霍利奥克市发布征求建议书的时候，就已
经设想了几个需要达到的目标。首先是减少未经
处理的CSOs以达到EPA的要求。建议书中给出了
两种建造CSO削减设施的方案：（1）可以储存、
处理大部分溢流并泵回污水处理厂进行进一步处
理的系统； （2）申请人选择采用的技术能达到
CSO削减要求，得到所有政策制定者通过并取得
许可证。
第2个目标是同时改进收集系统和现有的污水
处理厂，满足其他行政指令的要求。霍利奥克市
建议对一些年久失修的地区进行改造。投标人需
要替换现有设备或进行重新设计。所有设备改建
的成本和性能均由承包人负责。
第3个目标是建立运行和验收标准，这点需要
与申请人进行协商。例如，排放的污水应达到美
国国家污染排放制度许可证（NPDES permit）的
要求。同时，还希望CSOs能达到联邦和州的排放
限值。系统产生的恶臭也应得到控制，并能通过
在线监测进行监管。
第4个目标是在由政府经营向私人转移的过程
中确保雇员的就业。现有的雇员应能成为申请人
的“指定雇员”，他们的工作与福利应与之前相
当或更好。同时，市政府也将保留所有未经合同
转移给运行方的所有资产的所有权。
需要提升诸多能力
霍利奥克市市政府及其顾问们对各项提案进
行了评估，依据是申请者的资质、经验、技术特
点、净现值、项目估算成本。2004年秋，他们选
择了由United Water、AECOM及RHWhite建筑公
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司组成的团队。
此后，就建设一个新的CSO处理设施及霍利
奥克市现有污水处理基础设施20年的运行和维护
合同进行了谈判。历时几个月的艰难谈判后，双
方同意中标方将承担设备维护和替换、能源使
用、O&amp;amp;M及达到政府规章等带来的所有风险。霍
利奥克市市政府将承担通货膨胀、电力成本、不
可控情况、污水水质及由于法规改变造成工程财
政影响等方面的所有风险。2005年9月，合同正式
签署。
2005年10月1日，项目中标方开始接管已有污
水处理设备并着手开展设备提升的最后设计。规
划中最大的改进是新建一个处理量为38.99万m3/d的
CSO处理设施。它集储蓄和稀释、泵水、格栅、
消毒和脱氯的功能于一体。中标团队根据霍利奥
克市提供的模型运算结果进行设计，设计流量参
考1976年的暴雨数据，该年被认为是典型的雨量
设计年份。
另一个主要的改进是新建一个控制门，可以
从现有的9号CSO泵站系统拦截9.46万m3/d的暴雨
量。这些污水将被送到升级改造后的污水处理厂
进行二级处理。
为了能处理多出来的流量，霍利奥克市要求
进行以下的设备改进项目：（1）替换或修理现有
的Archimede进水螺杆泵。（2）替换两个终极清
泥机。（3）改进氯消毒系统。（4）替换一些顶
盖。（5）改进电力、供暖、通风和空调系统。
（6）修理收集系统的泵站。
项目中标方建议采取进一步改进工程。例
如，他们计划使用就地制氧系统替换变压吸附纯
氧制造系统。新的系统可以使人为制造缺氧区和
有氧区，进而有利于氮的去除。中标方还计划进
行以下的改进：（1）安置生物滤膜以控制臭气排
放。（2）添加一个转筒机处理活性污泥。（3）
安置化学品添加系统。（4）升级监管和数据捕获
系统。
时间紧迫
中标团队刚要开始工程时，康涅狄格河的水
位上升到了洪水水位，河水倒灌进了收集系统。
当时污水处理厂的3个Archimede进水螺杆泵只有2
个在工作，其中的一个在几星期后也坏了，使得
污水处理厂只有应对一场小雨的泵水能力。
2个星期里，中标方借了2个临时的离心泵，
处理量达到15.1万m3/d。这2个泵一直工作到12月
以后新的升级系统完成。
新的进水泵站采用了6个能潜在水中的离心
泵。每个泵的处理能力为3.29万m3/d，可以通
过2个操控器在几小时内进行操控。另一方面，
Archimede螺杆泵重超过40t，需要采用起重机花
费好几周的时间完成主要的修复工作。
CSO处理设备的开工时间原计划是在2006年2
月，但由于霍利奥克市需要为新设备争取一块额
外的地皮而使开工有所延误。因此，在那年的冬
春，建设方将精力主要放在场地的准备和开挖工
作上。
2006年6月6日，在霍利奥克市污水处理厂所
在地举行了开工典礼，CSO泵站的开挖工作也随
后开始。在康涅狄格河旁进行施工显然是一个巨
大的挑战。污水处理厂的厂址在大约15 000年以
前是长为253km的Lake Hitchcock。在开挖到地下
3m以下时，施工方遇到了砂砾层和水层。为了打
一个13m深的洞，施工方不得不先打了近25个地
下水井，在CSO泵站下铺满了钢的护板。这些井
在约一年的时间里泵出了大约6 810m3/d地下水。
地下水被泵到污水处理厂而不是康涅狄格河，这
主要是担心附近原有的有害固废处理场可能对地
下水有所污染。
新的混凝土泵站尺寸为26m×9.5m×13m，
有4个能沉在水中的离心泵，每个的处理量超过
12.87万m3/d。CSO泵站设计的独特在于使用了虹
吸管连接在离心泵上。根据项目团队计算，采用
虹吸方式可能使每个泵节电37.5kW。
泵站直接安置在康涅狄格河拦截池的出水管
道上。这是一个混凝土加固的管道，直径达3m。
为了充分利用储存能力，项目团队修复了新泵站
上游的180m管道，以缓解存储流量的压力。
根据设计，泵站流量是可以测量，水被送到
2个氯接触池，它们的尺寸是50m×12m×4m，并
以串联的方式运行。项目团队不需要在氯接触池
做脱水作业，因为池子是在地平面上的。接触池
可以储蓄3 407m3的污水，在高峰流量为38.99万
m3/d的情况下，可以保持停留时间为11min。
在暴雨时，合流污水管内的污水通过2个尺寸
为12.7mm的机械格栅后进入第1个池子。在进入
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氯接触池前，污水会先进入一个次氯酸钠消毒系
统进行消毒。CSO处理系统中的污水在排入康涅
狄格河之前还会经硫酸氢钠处理以去除余氯。
作为新的消毒系统的一部分，项目团队建设
了一个114m3大的次氯酸钠储存罐和泵站，一个
9.5m3大的硫酸氢钠储存罐和泵站。项目团队拆除
了污水处理厂原有的0.5Mg（1t）圆筒氯消毒系
统，加上了新的次氯酸钠设备。
项目团队在泵站和氯接触池中还分别添加了
一个能沉在水中、处理量为1.5m3/min的脱水泵，
以便将暴雨径流储存在拦截池和接触池中，并在
暴雨过后将这些污水送到污水处理厂进行处理。
此外，项目团队新建了一个无线的监控和数
据收集系统协助整个系统的运行。运行方选择可
以在CSO处理厂或污水处理厂的控制房内操控整
个处理设备。
还需进一步改善
项目团队最后提前了一年保质保量地完成了
改建工程并节约了1 000万的资金成本和运行成本
（净现值）。升级系统也大大改进了员工的工作
环境。作为项目的一部分，这个团队还通过谈判
争取到了绩效合约，提高员工的工资、福利、培
训和升职机会。
污水处理厂目前可以持续达到出水的大肠菌
群月排放限值（200个/100mL）及总残留氯标准
（0.74mg/L）。
总体而言，霍利奥克市的康涅狄格河CSO处
理系统通过减少向河流排放CSO，在保护和改善
马萨诸塞州康涅狄格河水质上向前迈了一大步，
并达到了霍利奥克市与EPA的行政同意令及州许
可证要求。在2008年，CSO系统运转了76次，
当年的年降雨量为1 844mm。而模型计算使用的
1976年降雨量为820.2mm，出现了64次未经处理
的溢流情况。2008年，康涅狄格河的CSO处理系
统截获并处理了1 800万m3的合流污水。一度是康
涅狄格河最大问题的CSO溢流对环境的影响已变
得非常小，每年可以减少向河里溢流量达到94.6
万m3。
裴 蓓 译自Lucky No.9.《Water environmental science &amp;amp; technology》, 2009, July: 29~33.
利用悬浮气浮法捕集藻类
目前水体中藻类的去除方法能耗高，比较昂
贵。研究人员针对废水氧化塘的藻类情况开展研
究，以寻求一种更有效的捕捞技术。分析表明，
氧化塘废水中藻类（主要包括小球藻和栅藻）
在研究期间的颗粒总量约80%。结果显示：悬浮
气浮法捕捞藻类比溶气浮选法（P <0.001）气固
比低、能耗要求低、负荷高。更有效的藻类捕捞
技术有利于通过有效节省成本的方式削减最终出
水的颗粒含量，从而处理废水中的浮游植物。此
外，利用SAF捕捞成熟的小球藻和栅藻可以减少
藻类产品（如，燃料、肥料以及鱼类饲料）的制
造成本。

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