高寒地區污水氧化塘的設計
牡丹江市年平均氣溫4 ℃，極端最低氣溫-38.3 ℃，在我國屬高寒地區。1996年市政府決定投資300萬元，將牛角湖改建成具有污水處理、排內澇、休閑游樂的城市景點，即建成新型的氧化塘。
牛角湖是八個串聯湖的最后一個，自上而下接納的城市污水最終匯集于此，注入牡丹江。隨著城市建設的發展，湖周圍已高樓林立。據調查，湖底面積2.5×104 m2，淤泥平均厚1.1 m。有三個較大的入水口，其中1號主入水口1.5 m×1.7 m，2號入水口直徑1.2 m，3號入水口直徑0.8 m 排水口為兩個Ø 1.0 m的涵管。湖底高程227.37 m，湖頂路面高程為233.10 m；主入水口與排放口底板高差0.5 m。1號入水口流量3.8×104 t/d，2號入水口0.6×104 t/d，3號入水口0.4×104 t/d，還有幾個小的污水入口，水量呈間歇排放方式。經對牛角湖總排水口連續三日監測，污水總流量為(4.9～5.1)×104t/d，COD值為171～194 mg/L，BOD5值為84～97mg/L，SS為178～205 mg/L，湖內入、出口水質基本無變化，污泥淤積量約2.75×104 m3。
1 方案的確定
根據牛角湖的現狀及與其相關的上游三個湖的情況，牛角湖污水氧化塘的建設分兩步進行。
1.1 預處理工程
牛角湖上游有三個接納污水較多的水塘，首先對其淤泥進行清除，平整塘底，設置必要的擋水壩，改變塘內的水流短路和死角，使各塘布水均勻，水流穩定，并在每個塘中增設了一個溢流曝氣壩，設置水位調節閘門，調節不同季節和不同月份的水量，使進入牛角湖的污水得到初步凈化。曝氣壩的高差平均在0.5 m左右，通過三次沉淀、氧化、曝氣，水質得到了初步改善，也減輕了牛角湖的污染負荷。同時還對其護根、護坡、護欄進行了新穎設計、施工，使市民感到耳目一新，成為城市景點。
1.2 氧化塘的設計
牛角湖因湖形狀似牛角而得名，污水入口在角尖處，出口在角根處，湖周還有四個污水排入口，其中兩個較大的在角尖附近，根據現有參數，氧化塘工藝流程見圖1。
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主要設計參數：
① 水流量5×104 m3/d，冬季最低水溫7 ℃，進水COD182 mg/L、BOD90 mg/L、SS191 mg/L;
② 沉淀池面積2 500 m2，水深1.5 m，水力停留時間1.8 h；
③1#溢流壩長65 m，高1.5 m，水位差0.6 m；
④ 氧化區面積21 375 m2，水深0.9 m，水力停留時間9.2 h；
⑤ 2#溢流壩長50 m，高0.8 m，水位差0.5 m；
⑥ 集水區面積500 m2，水深0.4 m；
⑦ 導流明渠長250 m，寬2.5 m，渠面積625 m2，壩高1.0 m。
2 工藝說明
上游預處理后的污水經1.54 km的暗渠進入牛角湖，在2 500 m2的沉淀池停留1.8 h后經1#溢流壩進入氧化區。溢流壩頂部為折線型設計，主要目的是增強曝氣效果。水經溢流壩均勻跌入氧化區后停留9.21 h，在此進行沉淀、光合、氧化等一系列污水凈化過程后經2#溢流壩均勻跌入集水區，同時進行二次曝氣沉淀，最后由排水管注入牡丹江。導流明渠的1#閘門平時只是微微開啟，使明渠中水的停留時間與氧化區內同步，然后經導流明渠2?#閘頂面溢流入集水區。氧化塘的沉淀區、氧化區經過一定時間運行后需進行清淤。這時即可開啟導流明渠1#、2#閘門將水直接引入集水區。沉淀區可設置圍堰分步清淤，氧化區可開啟泵站強排泵排水后一次性清淤。汛期江水水位往往高于湖水水位，設計中考慮了止逆閘門以防止江水倒灌，同時啟用強排泵排除湖水及市區排入湖中的雨水，以防內澇。冬季寒冷季節為防止牛角湖結凍，引入城市自來水廠2×104 t/d的反沖洗水，加大水流量，同時注入部分企業所排放的余熱廢水，以確保氧化塘入口水溫不低于7 ℃。
為確保氧化區易產生死水區的角落和底層水的流動性，在二次溢流壩底部設置了五個Ø150 mm的涵管，在試運行階段還進行了養殖風眼蓮、水蔥，放置軟性生物填料等試驗，取得了寶貴的經驗。
3 結論
牛角湖氧化塘運行兩年來，取得了顯著的社會效益、環境效益和經濟效益。該工程的運行明顯改善了牛角湖總排水口以下的江水水質，特別是下游的熱電廠，二、三水源地，造紙廠，制藥廠，二電廠等大中型企業的用水水質。經市環境監測中心站連續采樣化驗表明：總排水口COD值為81～92 mg/L，BOD5值為49～54 mg/L，ＳＳ值為41～48 mg/L；污染物去除率分別為53%、41%和75%，即使在寒冷的冬季，三項指標的去除率也可達到34.7%、31.2%和76%。年運行費4萬元，噸水處理費0.002 2元。
牛角湖氧化塘的設計合理地利用自然高差進行多級跌水曝氣充氧、沉淀、氧化，不需外加能量，特別是利用現有湖塘改建成自然曝氣式污水氧化塘，在北方高寒地區、居民稠密區內尚屬首例。氧化塘功能分區合理，處理效果明顯，具有投資少、見效快、施工期短、無能耗、無異味、管理方便、運行穩定等優點。
牡丹江市牛角湖氧化塘的建設還存在許多問題，其中最主要的是日常管理。由于管理不善使閘門失靈不得及時維修，造成氧化區失去功能；由于冬季少數人將垃圾傾入塘中，造成閘門破壞、導流洞堵塞、排水不暢等，有待于在今后的工作中加以解決。
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