萬噸規(guī)模典型縣城污水處理工藝流程的比較研究

黃 磊 顧中瑋 劉佳銘

（1桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院廣西桂林5410042廣西南寧市馬山縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站廣西南寧530699）

萬噸規(guī)模典型縣城污水處理工藝流程的比較研究

黃 磊1,2顧中瑋1,*劉佳銘1

（1桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院廣西桂林5410042廣西南寧市馬山縣環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站廣西南寧530699）

以廣西某縣日處理量萬噸規(guī)模的典型污水處理廠為例，通過分析比較分析污水處理廠水質(zhì)水量、污水處理工藝流程，最后得出污水處理工藝采用周期循環(huán)活性污泥工藝（CASS工藝），污泥處理采用一體化濃縮脫水機(jī)污泥處理工藝，后期消毒采用紫外線消毒工藝，研究結(jié)果為相當(dāng)規(guī)模縣城污水處理工藝的選取提供參考。

縣城；污水處理；工藝流程；比較研究

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市生活生產(chǎn)污水日益增多，不僅給城市水生態(tài)環(huán)境造成了不利影響，而且還對(duì)人們的生活健康造成威脅。城市作為一個(gè)地域經(jīng)濟(jì)文化的特色象征，積極保護(hù)水生態(tài)環(huán)境以減少水污染，建設(shè)和改進(jìn)污水處理設(shè)施以改善水環(huán)境質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是營(yíng)造城市居民良好生活環(huán)境和切實(shí)提高居民生活質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文以廣西某縣為例，通過對(duì)該城市污水的水質(zhì)水量和污水處理工藝流程進(jìn)行了全面分析與比較，最終確定了本工程項(xiàng)目污水處理工藝流程的最佳方案。

1 污水處理廠水質(zhì)水量的分析

1.1 項(xiàng)目概況及自然條件

污水處理廠位于廣西某縣城西南面，地處縣城江下游，距縣城中心有一定距離，供水供電方便，對(duì)城市污水的匯集、處理廠及排污管網(wǎng)等配套工程的建設(shè)提供了非常優(yōu)越的自然條件。本文選取的工藝屬于縣城區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)置的污水處理廠工藝選擇，地處縣城的東南面，二水溝旁、建消防站以南約150m處。污水處理廠規(guī)模為近期1.7×104m3/d，遠(yuǎn)期4.8×104m3/d。

1.2 污水水量預(yù)測(cè)

城市污水總量=綜合生活污水量+工業(yè)廢水量+管網(wǎng)滲漏量。由于縣城區(qū)管網(wǎng)目前還處于空白，新城區(qū)及老城區(qū)近期管網(wǎng)實(shí)行截流式合流制，可在舊城改造過程中逐步實(shí)施分流制，新城區(qū)實(shí)行分流制，隨著污水管網(wǎng)的逐步完善，污水收集率將會(huì)有所提高。因此在本工程中污水收集率2016-2020年取0.85，2021-2025年取0.90。因此，城市污水總量預(yù)測(cè)見表1。

表1 城市污水總量預(yù)測(cè)

1.3 污水處理廠進(jìn)、出廠水質(zhì)確定

城市污水廠所接納的污水主要為服務(wù)城區(qū)生活污水、服務(wù)城區(qū)的經(jīng)過處理達(dá)到排入城市下水道標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廢水。在確定進(jìn)廠水質(zhì)時(shí)，參照國(guó)內(nèi)及廣西區(qū)內(nèi)部分污水處理廠運(yùn)轉(zhuǎn)期水質(zhì)并結(jié)合廣西某縣實(shí)測(cè)污水水質(zhì)資料，并考慮到遠(yuǎn)期污水水質(zhì)變化趨勢(shì)，確定設(shè)計(jì)進(jìn)廠水質(zhì)為：BOD5約為130mg/L；CODcr約為200mg/L； SS約為180mg/L；NH3－N約為20mg/L；T－P約為4mg/L。污水經(jīng)處理后，最終排入河流，縣城河段水質(zhì)按照其水質(zhì)達(dá)II類水管理[1]，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，城鎮(zhèn)污水處理廠出水排入II類功能水域時(shí)，應(yīng)達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2 污水處理工藝流程的比較

2.1 預(yù)處理設(shè)施方案比較

本工程預(yù)處理設(shè)施主要包括粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、沉砂池。粗格柵和進(jìn)水泵房合建，細(xì)格柵和沉砂池合建。

2.1.1 粗格柵選型比較

根據(jù)本廠情況，對(duì)以下三種機(jī)型進(jìn)行比較：（1）鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)。（2）旋轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)。（3）回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵除污機(jī)。

鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效果較好，性能穩(wěn)定，特別適用于深水使用，但進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格較高[6]。旋轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效果很好，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整維修方便，但設(shè)備易損耗[7]?；剞D(zhuǎn)式機(jī)械格柵除污機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，自動(dòng)化程度高，設(shè)有防堵保護(hù)裝置，運(yùn)行可靠[8]。三種機(jī)型雖均能滿足使用要求，但考慮到本工程進(jìn)水水質(zhì)情況，維護(hù)保養(yǎng)，運(yùn)行效果及產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)適用性等因素，本設(shè)計(jì)推薦采用回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵除污機(jī)。

2.1.2 進(jìn)水提升泵房比較

進(jìn)水提升泵房有兩個(gè)方案可供選擇：潛水泵房方案和干式離心泵房方案。潛水泵房不需要設(shè)備房間，水泵直接安裝在集水池內(nèi)，土建造價(jià)低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，占地面積小。干式離心泵房型式復(fù)雜，土建造價(jià)高，管道系統(tǒng)較復(fù)雜，設(shè)備安裝較復(fù)雜，占地面積較大。因此，本工程設(shè)計(jì)推薦采用潛水泵房方案。

2.1.3 細(xì)格柵選型比較

由于本工程進(jìn)水濃度較低，不設(shè)初沉池，為降低二沉池SS負(fù)荷，需要選擇一種固液分離效率高的細(xì)格柵。污水廠常用的細(xì)格柵有鏈條式格柵、階梯格柵和旋轉(zhuǎn)式格柵。（1）鏈條式細(xì)格柵。鏈條式細(xì)格柵構(gòu)造簡(jiǎn)單，占地面積小，但雜物有時(shí)會(huì)卡住鏈條和鏈輪，且套筒滾子鏈造價(jià)高，耐腐蝕性差。（2）階梯式細(xì)格柵。階梯式細(xì)格柵水下無轉(zhuǎn)動(dòng)鏈，在運(yùn)行過程中不會(huì)出現(xiàn)卡鏈現(xiàn)象，運(yùn)行可靠。且該種隔柵無需斷流即可更換柵片，使用維護(hù)方便。柵條間隙小，截污量大，不易堵塞，分離效果較好。（3）旋轉(zhuǎn)式細(xì)格柵。旋轉(zhuǎn)式格柵應(yīng)用也較為廣泛，價(jià)格合理。旋轉(zhuǎn)式格柵不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，日常維修量很少。但大型硬質(zhì)漂浮物較多時(shí)，容易撞壞旋轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)的耙齒。綜上所述，設(shè)計(jì)推薦采用階梯式細(xì)格柵機(jī)。

2.1.4 沉砂池選型比較

結(jié)合本工程特點(diǎn)，一方面考慮到處理規(guī)模，另一方面考慮到后續(xù)脫氮除磷工藝，且不設(shè)初次沉淀池的特點(diǎn)，本工程選擇以下三個(gè)方案進(jìn)行比較。方案一：曝氣沉砂池；方案二：旋流沉砂池；方案三：平流式水力旋流沉砂池。結(jié)合本工程的具體情況，對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，優(yōu)缺點(diǎn)比較如表4所示，以選擇一個(gè)適合本工程的方案。

表2 沉砂池優(yōu)缺點(diǎn)比較表

由于本工程需要脫氮除磷，且無初沉池，另外由于進(jìn)水中C/ N、C/P比較適合等特點(diǎn)，設(shè)置沉砂池一方面要考慮保證后續(xù)脫氮除磷的厭缺氧狀態(tài)，同時(shí)保持C/N、C/P比值，另一方面亦要考慮到占地、工程投資和運(yùn)行費(fèi)用等諸多因素，統(tǒng)籌考慮，最終推薦方案二：旋流沉砂池作為本工程沉砂池池型。

2.2 二級(jí)生物處理比選

本工程出水水質(zhì)要求達(dá)到國(guó)家一級(jí)A類，處理流程為具有脫氮除磷的城市二級(jí)污水處理工藝。二級(jí)處理段即生物處理構(gòu)筑物，是各種污染物去除的核心構(gòu)筑物，其工藝方案直接關(guān)系著出水水質(zhì)和運(yùn)行成本，是污水處理廠運(yùn)行成功與否的關(guān)鍵[3-5]。針對(duì)縣城區(qū)污水的水質(zhì)及處理后出水水質(zhì)要求，結(jié)合處理廠的規(guī)模，氣候條件和資金籌措情況，參照國(guó)內(nèi)外的研究成果及污水處理廠的運(yùn)行實(shí)踐，選擇了普通曝氣法、Carrousel氧化溝和CASS法三種方法進(jìn)行比較，從而確定最佳方案。以下三種方案的比較如表3所示。

表3 污水處理各方案比較表

由表2得知，CASS工藝流程簡(jiǎn)單，管理環(huán)節(jié)少，對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，出水穩(wěn)定，污水質(zhì)處理達(dá)標(biāo)，設(shè)備技術(shù)成熟，施工簡(jiǎn)單，適合廣西某縣的實(shí)際情況。因此，廣西某縣污水處理工藝推薦采用CASS工藝方案。

2.2 污泥處理工藝的比選

通過對(duì)污水處理廠污泥處理工藝方案進(jìn)行比選，推薦出污泥處理工藝方案，并對(duì)污泥處置提出參考意見。城市污水處理廠污泥處理有以下兩種方案可供選擇：方案一：污泥機(jī)械濃縮、機(jī)械脫水；方案二：污泥重力濃縮、機(jī)械脫水。兩種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表4所示。

表4 污泥濃縮、脫水方案比較表

從上表可看出，方案一在占地面積、環(huán)境保護(hù)、確保出水水質(zhì)方面明顯優(yōu)于方案二。方案二采用重力濃縮會(huì)出現(xiàn)污泥中磷的釋放，需要設(shè)置專門的除磷池，從而使系統(tǒng)復(fù)雜化。因此，本工程污泥處理工藝推薦采用機(jī)械濃縮、機(jī)械脫水方案。

2.4 后續(xù)消毒工藝比選

目前流行的尾水消毒工藝主要有氯化消毒、臭氧消毒和紫外線消毒工藝。氯化消毒殺菌效果較好，但殺菌后會(huì)產(chǎn)生CHCl3、CHCl2Br和氯乙酸等多種具有致癌、致畸的副產(chǎn)物，同時(shí)液氯是劇毒物質(zhì)，操作時(shí)要求的安全性和可靠性很高。臭氧消毒的可靠性和安全性較好，但處理成本過高，很少有污水廠采用尾水臭氧消毒。紫外線(UV)是一種高能量的光，采用低耗能、高性能、可變功率輸出的低壓高強(qiáng)紫外燈，滅菌效率高，作用時(shí)間短，危險(xiǎn)性小，無二次污染，管理操作簡(jiǎn)單，不需建造較大的接觸池，占地面積和土建費(fèi)用低，不影響尾水受納水體的生物種群等。綜合考慮，推薦本項(xiàng)目外排尾水消毒采用紫外線消毒。

2.5 污水處理工藝流程方案確定

由上述比較可確定本工程的污水處理工藝流程方案如圖1。

圖1 廣西某縣污水處理廠CASS工藝流程圖

3 結(jié)語

結(jié)合廣西某縣污水處理廠的實(shí)際情況及設(shè)計(jì)要求，通過對(duì)污水處理廠的二級(jí)處理工藝、污泥處理工藝、預(yù)處理設(shè)施方案和后期消毒工藝的分析與比較，確定了“周期循環(huán)活性污泥工藝（CASS工藝）+污泥機(jī)械濃縮脫水+回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵除污機(jī)及潛水泵房+階梯式細(xì)格柵機(jī)及旋流沉砂池+紫外線消毒工藝”的污水處理廠工藝流程方案。出水水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1999）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[9]，處理達(dá)標(biāo)后的污水排入河流，污泥運(yùn)往垃圾處理場(chǎng)填埋。

[1]GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]李為.城市污水處理工藝的能耗評(píng)價(jià)體系研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2010.

[4]郝小羅.城市規(guī)劃區(qū)污水處理廠設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2015.

[5]劉佳媛.渾南新城桃仙污水處理廠工程工藝方案研究及設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化[D].沈陽：沈陽建筑大學(xué),2012.

[6]伍偉強(qiáng).淺談污水處理廠機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用[J].科協(xié)論壇, 2008,03:29-30.

[7]李其德，袁遠(yuǎn)森.旋轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)尾部泄漏分析及改造[J].貴州化工,2010,35(6):54-55.

[8]馮成軍,蔣嵐嵐,梁汀,吳文海.污水處理廠格柵設(shè)備綜述[J].環(huán)境工程,2015,33(S1):941-945.

[9]GB 8978-1999污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].