垂直流污水生態(tài)處理系統(tǒng)在某污水處理廠設(shè)計應(yīng)用及運行效果分析

錢亮 萬碩 劉瑞東 王維 岳虎 李貴民 曲利平（浦華控股有限公司北京100084）

垂直流污水生態(tài)處理系統(tǒng)在某污水處理廠設(shè)計應(yīng)用及運行效果分析

錢亮 萬碩 劉瑞東 王維 岳虎 李貴民 曲利平（浦華控股有限公司北京100084）

某污水處理廠新建工程設(shè)計規(guī)模為5×104m3/d，近期2×104m3/d。出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準，主要指標達到或接近北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》A標準。本文介紹了該工程的工藝流程、構(gòu)筑物設(shè)計和設(shè)備配置情況，并對運行效果進行分析總結(jié)。

新建污水處理廠；垂直流；污水生態(tài)處理；生物浮島；生物污泥無外排

1 污水處理廠總體設(shè)計

污水處理廠總占地面積為60畝。污水廠雨水采用管道排水方式，就近排入臨近的河流。污水廠處理后污水最終排入臨近河流。

工程設(shè)計規(guī)模：近期：Q=20000m3/d，Q平均=833m3/h，Qmax= 1242m3/h=0.345m3/s（總變化系數(shù)1.49）。遠期：Q=50000m3/d，Q平均=2083m3/h，Qmax=2813m3/h=0.781m3/s（總變化系數(shù)1.35）

根據(jù)確定的工藝方案，污水廠近期建設(shè)的構(gòu)、建筑物有粗格柵及提升泵站、垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)、濾布濾池、接觸消毒池、生物除臭濾池、鼓風(fēng)機房及變配電室、加藥間、綜合辦公樓、傳達室及大門等。由于目前還未落實再生水用戶的需求情況，故暫不建設(shè)再生水處理系統(tǒng)，此部分將根據(jù)再生水用戶的落實情況再行設(shè)計、建設(shè)；由于采用垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)工藝，近期幾乎無需對污泥進行處理，因此，本次設(shè)計預(yù)留再生水系統(tǒng)（如清水池、再生水送水泵房等）、污泥脫水機房及遠期污水處理設(shè)施用地。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)單位：mg/L

2 污水處理工藝設(shè)計

2.1 粗格柵及提升泵站

粗格柵及提升泵站包括進水預(yù)沉渠道、進水控制井、粗格柵、提升泵站。

粗格柵及提升泵站土建安遠期5×104m3/d規(guī)模設(shè)計，除污水提升泵按近、遠期規(guī)模分期配置外，其余設(shè)備均按遠期規(guī)模配置。

2.1.1 進水預(yù)沉渠道

（1）功能：將原水引入預(yù)沉渠道使原水進行沉砂、沉渣等預(yù)處理，以降低污水廠進水污染物濃度，減輕后續(xù)處理構(gòu)筑物負荷。（2）設(shè)計參數(shù)：設(shè)計水量：5×104m3/d，總變化系數(shù)1.35。連續(xù)運行。（3）工程內(nèi)容：新建地下鋼筋混凝土渠道，渠道總平面尺寸為L×B=10×3m。

2.1.2 進水控制井

（1）功能：將污水引入粗格柵前，并在污水廠停產(chǎn)時使污水超越整個污水廠。（2）設(shè)計參數(shù)：設(shè)計水量：5×104m3/d，總變化系數(shù)1.35。連續(xù)運行。（3）工程內(nèi)容：新建地下鋼筋混凝土控制井，與粗格柵渠道合建。

2.1.3 粗格柵

（1）功能：粗格柵選用回轉(zhuǎn)式機械格柵。截除進廠污水中較大雜物，保護水泵。（2）設(shè)計參數(shù)：設(shè)計水量：5×104m3/d，總變化系數(shù)1.35；渠道寬度：1.2m；格柵間隙：10mm～15mm；平均過柵流速：≤1.0m/s；格柵傾角：70°。根據(jù)柵前柵后水位差或者時間，機械自動耙渣，或人工控制機械耙渣。（3）工程內(nèi)容：新建地下鋼筋混凝土格柵渠道2條，渠道總平面尺寸為L×B=11.5×3m，地面下深H= 7m。粗格柵加蓋便于除臭。（4）安裝設(shè)備：安裝回轉(zhuǎn)式機械格柵2臺，功率1.5kW，每個格柵渠道前后裝1.2m×1.0m鑄鐵鑲銅閘門，共4套，配手電兩用啟閉機。

2.1.4 提升泵站（與粗格柵合建）

（1）功能：將污水提升后進入后續(xù)處理構(gòu)筑物，并使后續(xù)構(gòu)筑物埋深處于經(jīng)濟合理范圍內(nèi)。（2）設(shè)計參數(shù)：設(shè)計水量：2×104m3/d，總變化系數(shù)1.49；水泵揚程：12m。（3）運行：根據(jù)集水池內(nèi)水位變化依次啟停水泵，自動控制。（4）工程內(nèi)容：新半地下式鋼筋混凝土泵房一座，集水池尺寸L×B=13×10m，深10.3m；泵房平面尺寸為L×B=13×7m，層高6.0m。（5）安裝設(shè)備：近期安裝潛污泵3臺，2用1備，單臺流量Q=621m3/h，揚程，H=12m，功率N=30kW，其中1臺變頻控制；遠期增加潛污泵3臺，單臺流量Q=785m3/h，揚程，H=12m，功率N=37kW，其中1臺變頻控制。水泵間安裝單梁懸掛起重機1套。

2.2 垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)

垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)土建規(guī)模及設(shè)備配置均按污水廠近、遠期處理規(guī)模分期進行。

2.2.1 功能：污水中污染物經(jīng)格柵攔截、沉砂池沉淀后，進入垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)，經(jīng)過厭氧/缺氧/好氧環(huán)境，在釋磷、吸磷、硝化和反硝化的過程中，實現(xiàn)污染物的降解，使污水中的有機物、氨氮、磷等得以去除。垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)由污泥區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、出水區(qū)組成，其中在出水區(qū)還設(shè)置有混合反應(yīng)等深度處理單元。同時由于污泥和厭氧區(qū)等主要產(chǎn)生臭味的單元位于6m水深以下，產(chǎn)生的臭氣經(jīng)過頂部好氧處理和表面生物浮島吸附凈化可有效降低臭味，整個生物處理單元基本無臭味。

2.2.2 污泥區(qū)：超深厭氧塘對沉淀的有機性懸浮固體、生物污泥進行液化及完全甲烷發(fā)酵的技術(shù)特點，因此，具有基本不產(chǎn)生有機污泥的特征。

通過對多個采用垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)工藝的污水處理廠的塘底泥層的實測分析，確定塘底污泥分為密實和松散兩層，其中松散層厚度約為0.52m，厚度基本不變，密實層厚度逐年增加，根據(jù)實測分析確定密實層污泥厚度增速約為0.0425m/a。

按污水處理廠運行20年計算，塘底將形成厚度為0.85m的密實層和0.52m的松散層，泥層總厚度為1.37m，考慮到污泥沉降的不均勻性，本設(shè)計污泥區(qū)高度按2.0m設(shè)計。

2.2.3 厭氧區(qū)：厭氧區(qū)采用上向流布水。設(shè)計參數(shù)：面積：12000m2；容積：36000m3；有效水深：h=3m；HRT：1.2d。

2.2.4 缺氧區(qū)：好氧區(qū)回流液與經(jīng)厭氧區(qū)處理的污水在此區(qū)混合，進行反硝化脫氮。有效容積：8640m3；HRT：6.91h。

2.2.5 好氧區(qū)：通過人工曝氣充氧的方法，去除有機物、進行硝化。設(shè)計參數(shù)：有效容積：10800m3；有效水深：h=3m；HRT：8.64h。

2.2.6 出水區(qū)：進一步泥水分離、吸附除磷；并利用設(shè)置于出水區(qū)的混合反應(yīng)處理單元對污水進行深度處理。設(shè)計參數(shù)：面積：3000m2。連續(xù)運行。

2.2.7 工程內(nèi)容：垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)為地下式水池，共1座?？?cè)莘e為：15.11×104m3，有效容積：14.32×104m3，有效水深9m。

2.2.8 安裝設(shè)備:厭氧區(qū)安裝水隔幕6000m2，設(shè)置配水系統(tǒng)；缺氧區(qū)、好氧區(qū)安裝生化組合單元450套；好氧區(qū)設(shè)置旋混曝氣器及氣提回流系統(tǒng)；出水區(qū)安裝生物浮島1500m2，在混合反應(yīng)單元安裝混合攪拌機1臺，功率1.5kW；安裝機械攪拌機3套，第一級攪拌機功率1.5kW；第二級攪拌機功率1.1kW；第三級攪拌機功率0.75kW。

2.3 濾布濾池

濾布濾池1座，土建按遠期規(guī)模一次建成，設(shè)備分期安裝。

2.3.1 功能：將沉淀池出水進行過濾，進一步降低水中懸浮污染物，使處理后的水能夠達到出水標準

2.3.2 設(shè)計參數(shù)：總設(shè)計水量：5×104m3/d，總變化系數(shù)1.35。濾速：10m/h。連續(xù)運行。

2.3.3 工程內(nèi)容：半地下鋼筋混凝土水池1座，分2格?？偲矫娉叽鐬長×B=12.5×9m，總深H=4.7m。

2.3.4 安裝設(shè)備：安裝1套纖維轉(zhuǎn)盤，包含一組過濾轉(zhuǎn)盤，處理能力2.5×104m3/d，驅(qū)動功率0.75kW，包含2臺反沖洗水泵及配套閥門，水泵參數(shù)為Q=50m3/h，H=7m，N=2.2kW。

2.4 接觸消毒池

2.4.1 功能：使處理后的污水在出廠前殺菌消毒。

2.4.2 設(shè)計參數(shù)：處理水量：5×104m3/d，總變化系數(shù)1.35；接觸時間：t=30min。連續(xù)運轉(zhuǎn)。

2.4.3 工程內(nèi)容：半地下鋼筋砼水池1座，平面尺寸L×B=21m× 14m，有效水深5m，池總深5.3m。

2.5 鼓風(fēng)機房及變配電室

鼓風(fēng)機房及變配電室1座，土建按遠期規(guī)模一次建成，設(shè)備分期安裝。

2.5.1 功能：鼓風(fēng)機房提供污水生物處理所需的風(fēng)量。變配電室為整個廠區(qū)提供電源，見電氣設(shè)計說明。

2.5.2 設(shè)計參數(shù)：處理水量：2×104m3/d，總變化系數(shù)1.49；最大供風(fēng)量：6924m3/h。連續(xù)運轉(zhuǎn)。

2.5.3 工程內(nèi)容：框架建筑一座。平面尺寸為：24m×9m，高6m。

2.5.4 安裝設(shè)備：安裝垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)曝氣用羅茨鼓風(fēng)機3臺，2用1備。每臺鼓風(fēng)機參數(shù)為：Q=57.7m3/min，H=39.2kPa，N= 55kW。

2.6 加藥間

加藥間1座，土建安遠期一次建成，設(shè)備分期安裝。

2.6.1 功能：投加次氯酸鈉溶液至接觸消毒池、確?？偭走_標排放；在生物除磷的基礎(chǔ)上，增加化學(xué)藥劑強化除磷設(shè)施。

2.6.2 設(shè)計參數(shù)：設(shè)計流量：2×104m3/d，總變化系數(shù)1.49；加氯量：10mg/L；輔助除磷：藥劑采用聚合氯化鋁，最大投加量為60mg/L，投加濃度為10%。

2.6.3 運行：接觸池加氯連續(xù)運行；后置投加藥劑根據(jù)出水總磷投加在混合池內(nèi)。根據(jù)進、出水質(zhì)間斷運行。

2.6.4 工程內(nèi)容：框架建筑一座，總建筑面積為108m2。

2.6.5 安裝設(shè)備：安裝次氯酸鈉儲罐2個，1用1備，安裝自動沖洗設(shè)施1套。設(shè)聚合氯化鋁溶液池2格，每格容積24m3，每格池內(nèi)設(shè)攪拌機一臺，攪拌功率2.2kW。

安裝輔助除磷隔膜計量泵3臺，2用1備，單臺泵參數(shù)為Q= 250L/h，H=30m，N=0.55kW。安裝必要的通風(fēng)設(shè)施。

3 化學(xué)污泥處理工藝設(shè)計

由于本工程采用垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)工藝，生物污泥無外排，故污泥處理部分僅包括對深度處理部分沉淀污泥的處理。經(jīng)計算，本工程近期（2×104m3/d）深度處理部分產(chǎn)生的沉淀污泥量為16.8m3/d，含水率97%，遠期（5×104m3/d）產(chǎn)生的該部分污泥量為42m3/d，含水率97%。由于本次設(shè)計將深度處理部分設(shè)置于垂直流生態(tài)處理系統(tǒng)出水區(qū)（底部設(shè)有排泥系統(tǒng)），有足夠空間儲存近期產(chǎn)生的污泥（污泥量?。?，為降低本期工程投資，節(jié)約污水廠運行成本，本次設(shè)計預(yù)留污泥處理部分用地，其相應(yīng)土建施工、設(shè)備安裝等工程內(nèi)容待污水廠遠期工程建設(shè)時一并實施。

4 生物除臭設(shè)計

本次生物除臭設(shè)計采用生物濾池除臭裝置，根據(jù)污水廠遠期建設(shè)規(guī)模一次建成，因此對廠區(qū)內(nèi)粗格柵及提升泵站以及遠期將要建設(shè)的貯泥池、污泥脫水機房等有惡臭氣體排出的構(gòu)、建筑物進行除臭估算設(shè)計，對上述構(gòu)、建筑物進行加蓋密封等除臭設(shè)計，臭氣經(jīng)收集后排入生物除臭濾池處理。（1）設(shè)計參數(shù)：總氣量：8600m3/h。連續(xù)運行。（2）安裝設(shè)備：安裝生物除臭濾池裝置1套，平面尺寸為6×6m，H=2.1m。含循環(huán)水泵2臺，Q=7.5m3/h，H=37m，N=1.5kW，1用1備；離心風(fēng)機Q=8600m3/h，H=2200Pa，N=11kW，1用1備。

5 運行效果分析

表2 污水廠實測進出水水質(zhì)單位：mg/L

現(xiàn)該污水處理廠出水中的明顯優(yōu)于城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級A標準的水平[1]。COD、BOD、NH3-N、TP等主要指標達到或接近北京市《水污染物綜合排放標準》（DB11／307-2013）A標準[2]。

6 結(jié)語

該污水處理廠采用垂直流污水生態(tài)處理工藝，深度處理采用濾布濾池過濾工藝，并輔助化學(xué)除磷。其中生化處理段革新現(xiàn)有污水處理廠設(shè)計理念，實現(xiàn)工藝環(huán)節(jié)由平面布置向立體化集成化設(shè)計的轉(zhuǎn)變，并達到自然景觀效果與污水處理功能的結(jié)合，達到建設(shè)環(huán)境友好型污水處理廠的目標。

污泥深池自然發(fā)酵，達到30年不排泥，減少因污泥而產(chǎn)生的環(huán)境問題。濾床與植物結(jié)合的生態(tài)浮島，集合了濾池的過濾、吸附和植物的吸收降解作用。

整個處理工藝針對性強，處理效果穩(wěn)定，工程投資低，運行成本低，管理維護簡單，對同類型的污水廠改造具有一定的借鑒意義。

[1]GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準[S].

[2]DB11／307-2013，北京地方標準：水污染物綜合排放標準[S].

錢亮（1983—），男，安徽省，碩士，高級工程師，主要研究方向：市政污水處理技術(shù)。