分期建設規(guī)模差異較大的小型污水處理廠研究

肖 峻，周慕之

（上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030）

分期建設規(guī)模差異較大的小型污水處理廠研究

肖 峻，周慕之

（上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030）

就分期建設規(guī)模差異較大的小型污水處理廠在工藝方案選擇、構筑物設計、設備選擇等方面需要注意的問題及原則進行了研究，有關經驗可供相關專業(yè)人員參考。

小型污水處理廠；分期；設計

0 引言

隨著全國城鎮(zhèn)化建設的開展，小型污水處理廠的建設進度也日益加快。然而，這些小城鎮(zhèn)由于歷史原因和經濟發(fā)展的不均衡，衛(wèi)生設施基礎欠賬太多，現階段污水管網收集率較低，污水量較小，與規(guī)劃的污水量有較大的差距。同時，由于城鎮(zhèn)的建設發(fā)展往往分期分步進行，城鎮(zhèn)污水管網的建設與污水量的增加也將跟隨城鎮(zhèn)發(fā)展分步推進，故小型污水處理廠的建設需兼顧現狀與規(guī)劃，從工藝選擇、構筑物設計等各方面考慮污水廠分期分步的建設。

由于國內外對大、中城市的污水處理工藝技術研究很多，但對需要分期建設的小型污水處理廠工藝選擇及構筑物設計研究較少，為了更好的維護小城鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境，本文對分期規(guī)模具有較大差異的小型污水處理廠的設計提出若干思路，并以上海市某鎮(zhèn)小型污水處理廠的設計為例，為今后分期實施小城鎮(zhèn)污水處理廠的設計提供參考。

1 工藝方案的確定[1,2]

1.1 小型污水處理廠的定義

對于小型污水處理廠規(guī)模的劃分，不同國家和地區(qū)有不同的標準。在歐洲國家一般認為服務于小區(qū)、賓館等日處理能力在100～2 000人口當量污水的處理廠為小型污水處理廠。我國大陸和臺灣地區(qū)則認為小型污水處理廠的規(guī)模應在10 000人口當量以下或4 000 m3/d以下。根據我國實際情況，按規(guī)模大體可劃分為大型、中型和小型污水處理廠。規(guī)模超過100 000 m3/d是大型污水處理廠，一般建設在大城市；中型污水處理廠一般規(guī)模在50 000～100 000 m3/d，一般見于中小城市和經濟發(fā)達的大城市郊縣。小型污水處理廠一般規(guī)模小于50 000 m3/d，建于小城鎮(zhèn)。

1.2 適合于小型污水處理廠的工藝方案選擇

污水處理廠工藝方案的確定必須要滿足小型污水處理廠的特點。

1.2.1 小型污水處理廠的特點

（1）小型污水處理廠一般見于小城鎮(zhèn)，而小城鎮(zhèn)的雨污水管網一般尚未完善，故污水處理的規(guī)模存在不確定性。

（2）小型污水處理廠由于負擔的排水面積小，污水量少，一天內水量水質變化較大。

（3）一般要求自動化程度較高，以減少工作人員配置，降低運營成本。

（4）由于規(guī)模較小，一般不設污泥處理設施，剩余污泥外運處理。

1.2.2 小型污水處理廠工藝方案的確定

城市污水處理廠常用的工藝方法有：氧化溝系列、A/O系列、序批式反應器（SBR）系列。各個系列不斷地發(fā)展、改進，形成了目前比較典型的工藝有：如ORBAL氧化溝工藝、CARROUSEL-2000氧化溝工藝、雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝、A/O工藝、A/A/O工藝、改良A/A/O工藝、倒置A/A/O工藝、SBR工藝、CASS（CAST）工藝、MSBR工藝、Unitank工藝等。

上述工藝中，從處理效果來看，均可滿足要求。但每種使用范圍和應用的邊界條件也存在一定的差異。根據近年來國內外專家的論證與實際工程的運行情況，SBR和氧化溝工藝是公認的高效、簡化的污水處理工藝，是中小型污水廠的首選工藝。

兩種方法的優(yōu)點為：

（1）反應屬于完全混合型，具有較高的抗沖擊負荷能力。

（2）一般不設初沉池，簡化了工藝并且節(jié)省用地。

現對兩種工藝進行比較，發(fā)現SBR法相對于氧化溝又具有一些優(yōu)勢：

第一，供氧利用率高。SBR采用鼓風曝氣，氧化溝采用葉輪機械曝氣，鼓風曝氣的氧利用率較高。

第二，SBR法可以省去二沉池和回流污泥泵房，較之氧化溝法構筑物數量少，占地小，故基礎投資小。

第三，SBR法可以間歇運行，具有較強的調節(jié)能力而無需調節(jié)池。

綜上所述，SBR法更適應于小型污水處理廠。在SBR法中，除了傳統(tǒng)的SBR工藝，還有諸多改良的工藝，比如ICEAS工藝、CASS工藝、UNITANK工藝等等。

傳統(tǒng)的SBR工藝如果要連續(xù)進水，則需要對單一的SBR反應器配備一個較大的調節(jié)池。同樣，如果需要增加后續(xù)處理，則需要較大容積的調節(jié)池。ICEAS工藝無法控制污泥膨脹，脫氮除磷效果一般。UNITANK工藝無專門的厭氧區(qū)，磷去除效果不理想，且池容利用率低。而CASS工藝是在ICEAS工藝的基礎上開發(fā)出來的，它通過設置選擇器、預反應區(qū)和污泥回流等措施控制了污泥膨脹、增大了有機物的去除率并起到了脫氮除磷的作用。同時，由于CASS工藝是三個池體的組合，故而創(chuàng)造了靜止沉淀的條件，可以使污水有良好的分離作用。

從分期建設的角度考慮污水工藝的選擇。分期建設的污水廠近遠期建設規(guī)模和水質要求都會有相應的變化，故污水處理工藝的選擇需考慮到水質提升的要求及對處理工藝的構筑物容積利用率高低。建議采用占地少，且能夠適應將來不斷提高的出水標準的工藝。

綜上所述，CASS工藝作為一種改良的SBR工藝，具有較好的脫氮除磷、防止污泥膨脹的效果，且可以通過改造CASS四格輪流運行的模式來調配污水量，更適用于分期建設差異較大的小型污水處理廠。

2 構筑物設計

2.1 污水廠處理單元分組的確定

污水處理廠處理單元的組數需根據污水處理廠的分期規(guī)模來確定。但是當分期規(guī)模的差異較大時，如完全按照分期規(guī)模來確定構筑物的設計規(guī)模，必然導致構筑物數目過多，廠區(qū)內管線復雜，運行管理工作量巨大，得不償失。另外，為了降低小型污水處理廠的建設成本，提高廠區(qū)運行管理、設備維護的便捷性，處理單元分組不宜過多。

綜上所述，分期規(guī)模差異較大的小型污水處理廠處理單位的分組應主要以遠期處理規(guī)模為分組依據，同時兼顧各期不同的處理規(guī)模進行設置，分組組數建議少于4組。設計人員應靈活設置分組，分組后每組處理單元的設計規(guī)?？梢院徒谝?guī)模不同。

2.2 分期建設污水處理構筑物的設計思路

一般情況下，污水處理構筑物的設計規(guī)模應與處理單元分組的設計規(guī)模相對應。即如果處理單元分兩組，每組處理能力為10 000 m3/d，則每個分組的污水處理構筑物的處理規(guī)模也應為10 000 m3/d。但是，當小型污水處理廠分期規(guī)模差異較大時，為達到各個分期的處理水量，污水處理構筑物也需進行分期建設。為達到分期建設的目的，設計人員可從以下幾方面對污水處理構筑物進行改造，達到分期建設的目的。

（1）改變構筑物或管渠尺寸

污水處理構筑物的設計過程中，一般以控制污水流速來確定構筑物或管渠的大小尺寸。當污水處理構筑物需要分期建設時，可以采用臨時改變構筑物或管渠尺寸來保證各期適宜的污水流速?？梢酝ㄟ^臨時措施，從寬度和高度上改變構筑物的尺寸；可以通過預留接口，預留漸擴、漸縮管的方法改變管道管徑，從而使處理的污水流速滿足各個分期的要求。

（2）改變構筑物使用時間

除了流速以外，還可以通過改變構筑物的使用時間來達到不同規(guī)模的使用要求。當構筑物作處理污水用時，使用時間越短，流量越小，更適宜近期小規(guī)模流量。當構筑物做儲存污水或污泥用時，使用時間越長，流量越大，更適宜遠期大規(guī)模流量。

（3）改變構筑物使用性質

除了上述兩種方法外，設計者還可以大膽改變構筑物的使用性質，來達到分期建設的目的。比如，可將部分污水處理構筑物的容積改變?yōu)槲鬯{節(jié)池，或者將遠期待使用的構筑物作為調節(jié)池用。

（4）選擇合適的設備

污水處理廠內設備的安裝必須與各個階段的分期規(guī)模相匹配，并充分考慮設備的保留利用，以降低建設成本。設計者在污水廠設備的選型過程中可以采用以下幾種方式，達到分期建設污水處理廠的目的。

a.分期安裝，大小配備

設備的安裝需根據各期不同的建設規(guī)模確定，分期分批進行安裝。當分期規(guī)模差異較大時，可根據各期不同情況，搭配使用大流量設備與小流量設備，達到處理目的。

b.選擇變頻設備

隨著科技的發(fā)展，許多設備可采用變頻調速，這樣既節(jié)約了能源，又可達到不同分期的要求。

c.必要時更換設備

并不是所有的設備都適合分期使用，一些設備，如閥門，不適合分期分批安裝。設計人員在必要時需更換設備，從而滿足使用的需要。

（5）其他需要注意的問題

a.預留分期建設接口

污水處理廠的分期建設會牽涉構筑物、管渠、廠區(qū)土建、設備安裝等各個方面。設計者務必在設計時充分考慮以上因素，為后期的建設提供方便。

b.最不利的工況計算

對于分期建設的污水處理廠，最不利工況的計算應考慮各期的最不利工況中的極值，從而保證污水處理廠各個分期均能達到處理要求。

c.均勻分配流量

均勻分配污水量、風量是污水處理構筑物設計的關鍵，當污水處理廠分期規(guī)模差異較大時，特別是當有大流量與小流量設備搭配使用時，需合理設計，保證各個處理構筑物能夠均勻分布水量及風量。

3 設計實例

3.1 工程簡介

本污水處理廠服務于上海郊區(qū)某集鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，根據現狀污水量及規(guī)劃城鎮(zhèn)污水量確定污水處理廠第一階段設計規(guī)模為1 500 m3/d，第二階段設計規(guī)模為6 000 m3/d，第三階段（遠期）建設規(guī)模為12 000 m3/d。污水處理廠用地較寬裕，第一階段用地控制為10 300 m3，第一階段處理后的尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級B標準，第二、第三階段用地控制為13 300 m2，處理后的尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準。

考慮到該項目有脫氮除磷的要求，且水量又小，故污水處理采用CASS工藝，污水消毒采用紫外線消毒；污泥處理采用濃縮脫水后外運處置。項目污水處理流程為粗格柵及進水泵房→細格柵及旋流沉砂池→CASS生物反應池→紫外線消毒渠→出水計量井。污泥處理流程為儲泥池→污泥濃縮脫水機房及污泥堆棚。

3.2 構筑物設計規(guī)模及分組

考慮到近遠期的結合，規(guī)模的協調統(tǒng)一，部分構筑物一期考慮單組（雙格）運行，遠期工程實施后可確保所有單體構筑物能滿足多組運行，大大提高了運行的可靠性。根據遠期處理規(guī)模，并考慮分期實施，各主要構筑物分組情況如下：

粗格柵及進水泵房：進水泵房一座，設雙艙粗格柵渠，每艙中設2臺粗格柵。第一階段土建按12 000 m3/d建設，粗格柵按6 000 m3/d安裝，水泵按1 500 m3/d安裝。

細格柵及沉砂池：分兩組，每組各兩個細格柵及沉砂池。第一階段土建按6 000 m3/d建設，設備按6 000 m3/d安裝。第一階段考慮單組（雙格）運行。第三階段另外新建一組細格柵及沉砂池。

CASS生物反應池：分四組，每組四格。第一階段建設一組，土建按3 000 m3/d建設，設備安裝兩格。第二階段另增加一組。第三階段增加兩組。

紫外線消毒渠：共一組（另設超越渠）。第一階段土建按12 000 m3/d建設，設備按3 000 m3/d安裝。第一階段考慮單組（另設超越渠）運行。第二階段另外加裝消毒設備，第三階段再增加設備。

出水計量井：共一組。土建按12 000 m3/d建設，設備按3 000 m3/d安裝。

鼓風機房：土建按12 000 m3/d建設，第一階段設備按3 000 m3/d安裝。

儲泥池：分兩組。第一階段按污水處理量6 000 m3/d建設一座，第二階段不變，第三階段增加一座。

污泥濃縮脫水一體機房：機房土建按污水處理量12 000 m3/d建設。

污泥堆棚：第一階段土建按污水處理量12000m3/d建設。

3.3 設備選擇

粗格柵及進水泵房：粗格柵按6 000 m3/d安裝，分2套。水泵按1 500 m3/d安裝，第一階段安裝兩臺2小泵，其中1臺變頻，1臺備用。第二階段增加2臺大泵，1臺安裝在現場，1臺庫存?zhèn)溆茫?臺小泵常用。第三階段在另外一組泵房中增加3臺大泵，其中2用1備。

細格柵及沉砂池：細格柵及沉砂池按6 000 m3/d安裝，細格柵安裝兩組。第一階段、第二階段不變。第三階段新建另外一組細格柵及沉砂池，設備也按6 000 m3/d安裝。

CASS生物反應池：第一階段設置一組處理單元，每組四格，其中兩格作為反應池，另兩格作為調節(jié)池使用。日均處理水量為1 500 m3/d，但單格處理池由于調節(jié)水量后流量增加，故單格設備按照3 000 m3/d安裝。第二階段原兩格調節(jié)池安裝設備后作反應池使用，另增加一組，處理水量共6 000 m3/d。第三階段增加兩組，共4組處理單元，處理水量共12 000 m3/d。

紫外線消毒渠：共一組，第一階段砌筑擋流墻，縮減渠道寬度，設備按3 000 m3/d安裝。第二階段敲除部分擋流墻，拓寬渠道，再安裝一組設備，處理流量達到6 000 m3/d，第三階段去除余下擋流墻，再增加紫外線消毒設備，處理流量達到12 000 m3/d。

出水計量井：第一階段電磁流量計按3 000 m3/d安裝。第二階段、第三階段均需根據流量更換電磁流量計。

鼓風機房：第一階段，鼓風機按照3 000 m3/d安裝，兩用一備，共三臺小風機。第二階段將其中一臺小風機改為一臺大風機，另外新安裝一臺大風機，共兩臺小風機，兩臺大風機，其中一臺大風機備用。第三階段再增加兩臺大風機，共四臺大風機，兩臺小風機，其中一臺大風機備用。

儲泥池：分兩組。第一階段安裝一套潛水攪拌器，第二階段改變污泥設計停留時間，設備不變，第三階段新建一座儲泥池，并增加一套攪拌器。

污泥濃縮脫水一體機房：帶式污泥濃縮脫水機安裝兩臺，第一階段一用一備，第二階段不變，第三階段增加一臺，兩用一備。

3.4 管線預留

考慮到第二、第三階段污水廠升級改造的需要，故本工程預留了擴建后的污水管、場地雨水管、污泥管、工藝管線的接口，方便后期工程銜接。

通過構筑物的設計和設備的選擇，該污水處理廠能夠滿足1 500 m3/d、6 000 m3/d、12 000 m3/d，三個階段流量的處理要求。

4 結 語

小型污水處理廠工藝的選擇必須因地制宜，并且具有靈活多變的可能性。當分期規(guī)模差異較大時，污水廠設計需在構筑物設計細節(jié)及設備選型上深入研究，以保證各個分期建設的使用要求。

[1]呂臻.CASS工藝在中國西南地區(qū)小型污水處理廠的工程化應用[D].吉林長春:吉林大學,2010.

[2]王偉斌,吳凡松.小型污水處理廠的設計[J].中國給水排水,2002(3): 59-62.

TU992.03

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1009-7716（2016）12-0090-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.026

2016-09-23

肖峻（1968-），男，福建龍巖人，高級工程師，從事排水設計工作。