市政污水處理廠工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳艷濤

（中煤科工集團(tuán)杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

近幾年，隨著城市化和工業(yè)化的不斷推進(jìn)，城市污水產(chǎn)生量不斷增大，這在一定意義上會損害生態(tài)環(huán)境和人類健康，制約城市社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，違背“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，因此全面推進(jìn)城鎮(zhèn)范圍內(nèi)的污水治理迫在眉睫。某鄉(xiāng)鎮(zhèn)依托旅游業(yè)和制造業(yè)的開發(fā)建設(shè)得到了快速發(fā)展，同時(shí)為完善基礎(chǔ)設(shè)施解決污水排放問題，還擬新建一座5000m3/d的污水處理廠。本文著重對某鄉(xiāng)鎮(zhèn)新建污水處理廠的建設(shè)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及案例分析。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

一期處理設(shè)計(jì)規(guī)模為5000m3/d；遠(yuǎn)期處理總規(guī)模為16000 m3/d。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

根據(jù)水質(zhì)檢測報(bào)告并結(jié)合理論預(yù)測以及其他城鎮(zhèn)污水處理廠的水質(zhì)綜合確定，該鎮(zhèn)的生活污水進(jìn)水、出水水質(zhì)及指標(biāo)去除率如表1 所示。

表1 進(jìn)水、出水水質(zhì)一覽表

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)

根據(jù)進(jìn)水、出水水質(zhì)，污染物去除率、污水可生化性、碳氮比、碳磷比，對本項(xiàng)目各污染物去除的難易程度分別進(jìn)行綜合判定，從而選擇適合本項(xiàng)目的最優(yōu)工藝路線。

2.1.1 BOD5

五日生化需氧量（BOD5）比較容易控制，處理技術(shù)相對穩(wěn)定可靠。對污水進(jìn)行硝化和反硝化后，BOD5的去除率基本能達(dá)到95%及以上，即出水BOD5可小于10mg/L。

2.1.2 CODCr

按現(xiàn)狀資料，該污水處理廠B/C=0.6，由此可見該廠進(jìn)水水質(zhì)可生化性很好，采用合理的生化工藝+深度處理工藝，可使出水重鉻酸鹽指數(shù)（CODCr）低于50mg/L?？紤]到CODCr是國家節(jié)能減排考核的指標(biāo)，因此將CODCr作為該廠的重點(diǎn)關(guān)注目標(biāo)。

2.1.3 SS

組成出水懸浮物（SS）的主要成分是活性污泥絮體，往往含有較高的有機(jī)物和磷。因此，污水廠出水中SS 濃度不僅涉及到出水SS 指標(biāo)，也與出水中的BOD5、CODCr、TP 和色度等指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)。通常1mg/L 出水SS 含有0.8～1.4mg/L 的CODCr、0.3～0.75mg/L 的BOD5、0.08～0.1mg/L的TN、0.03～0.06mg/L 的TP[1]。對常規(guī)城市污水處理廠（SS 值200mg/L 左右）而言，僅靠二沉池出水，SS 去除率最高不超過90%。為能滿足SS 小于10mg/L 的去除要求，需對污水進(jìn)行深度處理。

2.1.4 NH3-N

氨氮（NH3-N）的去除主要靠硝化過程來完成，因此NH3-N 的硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設(shè)計(jì)的主要因素。在保證曝氣供氧充足的條件下，該指標(biāo)相對容易控制。根據(jù)現(xiàn)有污水廠運(yùn)行情況，目前出水NH3-N 一般在1mg/L 左右，是符合達(dá)標(biāo)條件的。但考慮到NH3-N 作為國家水污染物總量控制因子之一，更是環(huán)保監(jiān)測考核的重要指標(biāo)，故仍將NH3-N 納為本污水處理廠處理重點(diǎn)關(guān)注目標(biāo)。

2.1.5 TP

傳統(tǒng)脫氮除磷工藝中，在碳源充足情況下總磷（TP）的生物去除率可達(dá)75%，但仍無法滿足TP 去除率87%以上的要求，因此TP 為本工程處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。要滿足出水磷濃度低于0.5mg/L的要求，應(yīng)同步嚴(yán)控出水SS 濃度，因而在生化處理出水后設(shè)置三級物化處理。通過三級處理進(jìn)一步去除水中的TP，并同步降低SS 含量，確保出水的達(dá)標(biāo)排放。

2.1.6 TN

總氮（TN）的去除依賴于進(jìn)水有機(jī)物濃度、可生化性和C/N 比值，同時(shí)與TP 的去除要相互協(xié)調(diào)，通常也是污水處理廠設(shè)計(jì)甚至運(yùn)行中的難點(diǎn)。考慮到某鄉(xiāng)鎮(zhèn)新建污水處理廠來水中含有少量的工業(yè)廢水，進(jìn)一步加大了系統(tǒng)對TN 的去除難度，在碳源充足情況下，TN 去除率可達(dá)到80%[2]。因此，TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)要重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)作為工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行難點(diǎn)進(jìn)行處理。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

根據(jù)污水治理行業(yè)的多年實(shí)踐工程設(shè)計(jì)總結(jié)得出，預(yù)處理是關(guān)鍵，生物處理是核心，深度處理是保障，污泥處理是重點(diǎn)。故本項(xiàng)目遵行上述原則進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。來水通過粗格柵進(jìn)入集水井后，再由提升泵提升，流經(jīng)細(xì)格柵輸送至旋流沉砂池，去除廢水中的無機(jī)固體物質(zhì)后，自流流入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后進(jìn)入后續(xù)生化處理單元。A2/O 是在A/O 工藝中增加具有脫氮作用（Denitrification）的無氧（An-oxic）槽，利用微生物去除BOD5和磷的同時(shí)，達(dá)到脫氮的作用。A2/O 工藝特點(diǎn)就是在厭氧、缺氧、好氧3 種不同功能區(qū)的特定生物群體作用下，能同時(shí)完成并達(dá)到去除有機(jī)物及脫氮除磷的目的。在活性污泥法前段設(shè)置A1 池和A2 池，內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，預(yù)處理出水與二沉池回流污泥在此混合，吸附有機(jī)污染物，并使菌種得到篩選，避免污泥膨脹的發(fā)生，大部分有機(jī)物在A1 池內(nèi)為微生物所吸附，而剩余的有機(jī)物及吸附于微生物體內(nèi)的有機(jī)物在O 池內(nèi)被氧化分解。二沉池出水后選用占地面積小、處理效果佳的高效澄清池，池內(nèi)投加PAC藥劑對廢水進(jìn)行進(jìn)一步化學(xué)除磷處理。處理后的出水進(jìn)入反硝化深床濾池進(jìn)行深度處理，以保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。過濾后出水經(jīng)過紫外線消毒后達(dá)標(biāo)排放。

綜上，污水處理廠主工藝采用“集水井→旋流沉砂池→調(diào)節(jié)池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床濾池→紫外線消毒渠”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工藝流程詳見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 工程設(shè)計(jì)

本工藝所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)，如沉淀池表面負(fù)荷、停留時(shí)間、曝氣池的污泥負(fù)荷、供氧量等，均參考已建成同類型廢水處理運(yùn)行的成功經(jīng)驗(yàn)，具有科學(xué)性與實(shí)踐性。

3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.1 集水井

集水井采用地下式，平面尺寸13.5m（L）×9.24m（W），深10.6m，集水井內(nèi)設(shè)進(jìn)水渠道，并配置回轉(zhuǎn)式機(jī)械粗格柵，用于攔截水中的大顆粒物，保證后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其中，土建部分一次性完成，即按遠(yuǎn)期16000m3/d 設(shè)計(jì)，設(shè)備按近期365m3/h（即210 m3/h×1.74，其中1.74 為水量不均勻系數(shù)）配置。機(jī)械粗格柵1 套，規(guī)格為B=1200mm，柵距16mm，自動方閘門2 套。

3.1.2 進(jìn)水泵房

設(shè)置進(jìn)水泵房1 座，平面尺寸9m（L）×5m（L）×1F，配套2 臺提升泵，規(guī)格為360m3/h×20m×37kW。電 動 葫 蘆1 臺，規(guī) 格 為2t，3kW；軸流風(fēng)機(jī)2 臺，規(guī)格為DTZ-3，2.5D 型，Q=2000m3/h，0.37 kW。

3.1.3 旋流沉砂池

旋流沉砂池采用半地上式，主要去除來水中的細(xì)小泥沙和較大懸浮物，保證后續(xù)生化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。旋流沉砂池尺寸Φ2.73m ×3.05m(H)。系統(tǒng)配置機(jī)械細(xì)格柵1 套，規(guī)格為B=700mm，柵距3mm；旋流沉砂器器1 臺，轉(zhuǎn)速12～20rpm，功率0.75kW。砂水分離器1 臺，處理量12L/S；羅茨風(fēng)機(jī)1 臺，規(guī)格為2.2m3/min×58.8kPa×5.5kW。

3.1.4 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池對來水進(jìn)行水量和水質(zhì)的調(diào)節(jié)，保證后續(xù)生化系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。本調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸22.7m×7m，深5.8m（H）。調(diào)節(jié)池安裝提升水泵2 臺，規(guī)格為210m3/h×10m×15kW；潛水?dāng)嚢铏C(jī)2 臺，規(guī)格為Φ400mm×3.7kW。

3.1.5 A2/O 生化池

調(diào)節(jié)池出水同二沉池回流污泥混合，進(jìn)入A1 厭氧池，A1 厭氧池主要用于吸附有機(jī)污染物，并馴化可需微生物，防止污泥膨脹。內(nèi)置2 臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，規(guī)格為Φ320mm×3kW。

A2 缺氧池和A1 厭氧池于池上部聯(lián)通運(yùn)行，防止污泥沉積。內(nèi)置2 臺潛水?dāng)嚢铏C(jī)，規(guī)格為Φ320mm×3kW。

曝氣O 池與A2 缺氧池于池底部聯(lián)通運(yùn)行，通過鼓風(fēng)曝氣，有效分解有機(jī)污染物。采用羅茨風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)曝氣充氧，O 池內(nèi)底部設(shè)微孔曝氣器，曝氣器采用懸掛鏈?zhǔn)椒奖闾嵘S修，可在不停水的情況下對曝氣系統(tǒng)進(jìn)行檢修。配置羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺，規(guī)格為40m3/min×58.8kPa×75kW；O 池微孔曝氣器采用懸掛鏈曝氣器，數(shù)量138 套。

3.1.6 二沉池

二沉池選擇周邊進(jìn)水周邊出水輻流式，主要功能為泥水分離，使出水變清澈。二沉池尺寸Φ22.7m×4.1m(H)，配置半橋式刮泥機(jī)1 臺，污泥回流泵2 臺，規(guī)格為210m3/h×10m×15kW。

3.1.7 高效澄清池

高效澄清池是一種高負(fù)荷一體式絮凝/沉淀/濃縮池，對進(jìn)一步去除懸浮物、膠體有很好的效果。本設(shè)計(jì)高效澄清池平面尺寸3.9m(L)×3.9m(W)，深5.5m。配置反應(yīng)池?cái)嚢铏C(jī)1 臺，規(guī)格為Φ1200mm×1.1kW；中心傳動刮泥機(jī)1 臺，污泥泵3 臺，2 用1 備，Φ50 蜂窩狀填料30m2。

3.1.8 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池設(shè)計(jì)流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸12.6m(L)×3m(W)，深4.5m；反洗泵2 臺，規(guī)格為200m3/h×200m；反洗風(fēng)機(jī)2 臺，規(guī)格為12m3/min×58.8kPa。

3.1.9 紫外線消毒渠

紫外線消毒渠與排放水池合建，尺寸16.2m(L)×3.3m(W)×2.5m(H)，采用半地下式。消毒采用紫外線消毒，紫外線劑量20mws/cm2，共計(jì)18 支燈管。

3.1.10 污泥調(diào)理池

污泥調(diào)理池平面尺寸5.2m(L)×5.2m(W)，深5m； 配 置 豎 軸 槳 葉 式1 臺， 規(guī) 格 為Φ1500mm×5.5kW；高壓污泥進(jìn)料泵2 臺，規(guī)格為25m3/h×1.2MPa×18.5kW。

3.1.11 壓榨水池

壓榨水池平面尺寸5.2m(L)×2.35m(W)，深3m； 配 置 壓 榨 水 泵2 臺， 規(guī) 格 為8m3/h×167m×7.5kW。

3.1.12 污泥脫水機(jī)房

土建部分按16000m3/d設(shè)計(jì)，設(shè)備按5000m3/d配置。平面尺寸14.4m(L)×8m(W)×1F，框架結(jié)構(gòu)；配置板框壓濾機(jī)1 臺，規(guī)格為過濾面積150m2，壓力1.6MPa?？諌簷C(jī)1 臺，規(guī)格為1m3/min×0.8MPa×11kW。脫水機(jī)房行車1 臺，規(guī)格為雙軌5t，8.3kW。

3.1.13 除臭系統(tǒng)

除臭系統(tǒng)用于收集自污泥調(diào)理池、脫水機(jī)房、A1 池、A2 池等會產(chǎn)生臭味的單元所產(chǎn)生的臭氣，并進(jìn)行除臭處理。系統(tǒng)配置防腐離心式臭氣引風(fēng)機(jī)1 臺，規(guī)格為100m3/min×2.049kPa×7.5kW；生物一體化除臭系統(tǒng)1 套，規(guī)格為4.3m(L)×3.3m(W)×3.3(H)。

3.1.14 加藥間

土建部分按16000m3/d 設(shè)計(jì)，設(shè)備按5000m3/d配置。配置PAC 加藥系統(tǒng)1 套，PAM 陽離子自動加藥系統(tǒng)1 套，PAM 陰離子自動加藥系統(tǒng)1 套，碳源投加裝置1 套，石灰加藥系統(tǒng)1 套。

3.1.15 輔助用房

設(shè)計(jì)輔助用房1 座，尺寸 28m(L)×10m(W)×1F，采用框架結(jié)構(gòu)形式。

3.2 總圖設(shè)計(jì)

根據(jù)污水廠平面布置原則，綜合考慮地形地貌、道路建設(shè)等自然條件，以及進(jìn)水方向、出水方向、風(fēng)向等設(shè)計(jì)因素，將處理廠分為生產(chǎn)管理區(qū)與污水、污泥處理區(qū)2 大功能區(qū)。整個(gè)廠區(qū)盡量做到布置緊湊，功能分區(qū)明確，運(yùn)行管理方便，建構(gòu)筑物布置間距符合防火及衛(wèi)生防護(hù)要求，并充分利用建構(gòu)筑物間及建構(gòu)筑物與道路間的空間進(jìn)行花草樹木的種植，打造出整潔宜人的廠區(qū)工作和生活環(huán)境。

結(jié)語

本項(xiàng)目根據(jù)市政污水廠的污水特點(diǎn)，經(jīng)過一系列工藝對比后，采用“集水井→旋流沉砂池→調(diào)節(jié)池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床濾池→紫外線消毒渠”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該組合工藝實(shí)際出水水質(zhì)不但能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，而且較傳統(tǒng)工藝而言具有占地面積小、運(yùn)維成本低、自動化程度高等特點(diǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證成為現(xiàn)代化市政污水處理廠建設(shè)的首選工藝。