劉川工業(yè)園區(qū)污水處理廠工程設(shè)計(jì)實(shí)例

呂文博

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

甘肅白銀市劉川工業(yè)區(qū)位于白銀市白銀區(qū)東部，規(guī)劃面積52.916 8 km2。園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有甘肅稀土集團(tuán)公司、靖遠(yuǎn)電廠、煤化工廠等企業(yè)，園區(qū)配套建設(shè)污水處理廠一座，近期（2020年）設(shè)計(jì)規(guī)模3.5萬m3/d，遠(yuǎn)期（2030年）設(shè)計(jì)規(guī)模13萬m3/d，占地面積0.049 2 km2。污水處理廠一期按3.5萬m3/d設(shè)計(jì)，于2016年年中建成，污水經(jīng)二級(jí)處理及深度處理后，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及《城市污水再生利用-綠地灌溉水質(zhì)》（GB/T 25499—2010）的水質(zhì)要求。

2 工藝介紹

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)

由于園區(qū)內(nèi)工業(yè)廢水包括有色金屬、冶金、硫化工、煤化工生產(chǎn)廢水，水質(zhì)相差較大，為了降低白銀市劉川污水廠的工程造價(jià)，結(jié)合白銀市劉川集中工業(yè)區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的要求，根據(jù)下水道末端污水處理廠的處理程度，按照《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343—2010）的要求，各企業(yè)內(nèi)部污水處理站出水的污染物濃度執(zhí)行B等級(jí)。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

2.2 工藝流程

污水二級(jí)處理采用固定化微生物—高效生物濾池（G-BAF），三級(jí)處理采用管式混合器+網(wǎng)格絮凝池+斜板沉淀池+盤式過濾工藝。總體工藝流程如圖1所示。

圖1 污水廠污水、污泥處理工藝流程圖

工業(yè)區(qū)生產(chǎn)廢水和生活污水經(jīng)過流量分配井后，進(jìn)入污水預(yù)處理階段，該段由粗格柵、細(xì)格柵及曝氣沉砂池組成。預(yù)處理階段主要去除水中的懸浮物、漂浮物及砂粒。

經(jīng)預(yù)處理后，污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，后均勻配水到初沉池，在初沉池去除一部分SS后進(jìn)入二級(jí)生化處理系統(tǒng)G-BAF池，污水經(jīng)過二級(jí)生化處理后出水達(dá)到一級(jí)B標(biāo)。高效生物濾池最大污泥回流量為100%。

污水經(jīng)二級(jí)處理后進(jìn)入三級(jí)處理系統(tǒng)，三級(jí)處理由深度處理車間內(nèi)混凝、沉淀、過濾處理單元組成，深度處理車間出水經(jīng)消毒處理后儲(chǔ)存在清水池內(nèi)，通過回用水泵房送至園區(qū)再生水管道用于綠地澆灌。剩余污泥由泵送至貯泥池，然后進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)行機(jī)械濃縮脫水，泥餅外運(yùn)至白銀市生活垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒發(fā)電。

3 工程設(shè)計(jì)[1，2]

設(shè)計(jì)規(guī)模（近期）3.5萬m3/d，設(shè)計(jì)流量：平均時(shí)流量1 458.3 m3/h，最大時(shí)流量2 085.42 m3/h（Kz=1.43）。

3.1 污水預(yù)處理系統(tǒng)

3.1.1 粗格柵及提升泵房

粗格柵與提升泵房合建，粗格柵用于去除污水中較大（直徑大于20 mm）漂浮物，提升泵房用于將污水進(jìn)行提升，使污水依次流過后續(xù)處理構(gòu)筑物，以保證污水廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

粗格柵設(shè)置2條寬1.3 m的地下式鋼筋混凝土直壁式平行渠道，每條渠道凈尺寸L×B=9.4 m×1.3 m，池深16.1 m。每條渠道安裝1臺(tái)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，寬度1 200 mm，柵條間隙20 mm，安裝角度70°，過柵流速0.70～1.0 m/s，功率為1.1 kW。除污機(jī)前后安裝手電兩用1 300 mm×1 300 mm的鑲銅鑄鐵閘板，功率1.5 kW，供檢修格柵使用。格柵運(yùn)行中，當(dāng)水位超過0.3 m時(shí)，即開始自動(dòng)清渣，清渣也可用時(shí)間間隔控制，間隔2 h沒有清渣動(dòng)作即可強(qiáng)制清渣。

提升泵房為地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸14.8 m×5.8 m，地下部分深度17.5 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。安裝潛污泵4臺(tái)，3用1備，每臺(tái)流量700 m3/h，揚(yáng)程25 m，電機(jī)功率90 kW。運(yùn)行時(shí)根據(jù)集水池的水位自動(dòng)控制泵的啟停，并應(yīng)設(shè)置高水位報(bào)警系統(tǒng)。

3.1.2 細(xì)格柵及曝氣沉砂池

細(xì)格柵與曝氣沉砂池合建。

細(xì)格柵間設(shè)置2條寬1.7 m的地下式鋼筋混凝土直壁式平行渠道，每條渠道凈尺寸L×B=10.5 m×1.7 m，渠道深2.1 m。每條渠道各安裝回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)1臺(tái)，寬度1 600 mm，柵條間隙3 mm，安裝角度70°，過柵流速0.60～0.80 m/s，功率為2.2 kW。細(xì)格柵間配套螺旋輸送機(jī)和螺旋壓榨機(jī)1套。

曝氣沉砂池用于去除污水中比重大于2.65，粒徑≥0.2 mm的砂粒，使無機(jī)砂粒與有機(jī)物分離開來，便于后續(xù)生物處理，兼帶除油撇渣功能。曝氣沉砂池設(shè)計(jì)污水停留時(shí)間2～3 min，水平流速0.1 m/s，供氣量0.2 m3空氣/m3污水。曝氣沉砂池共1座2格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一次建成，兩格同時(shí)運(yùn)行，單格凈寬3.2 m，設(shè)計(jì)有效水深2.5 m，有效長度22.4 m。在細(xì)格柵間設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房，內(nèi)設(shè)2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)（1用1備），單機(jī)風(fēng)量10.13 m3/min，風(fēng)壓3.0 m，功率11 kW。曝氣沉砂池設(shè)1臺(tái)移動(dòng)式刮砂橋，軌道間距7.3 m，驅(qū)動(dòng)功率2.0 kW，配套2臺(tái)吸砂泵，每臺(tái)吸砂泵流量Q=22 m3/h，H=6 m，N=1.5 kW。設(shè)置砂水分離器一臺(tái)，Q=15～20 L/s，N=0.37 kW。

運(yùn)行時(shí)鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，排砂泵連續(xù)運(yùn)行或間隙運(yùn)行，砂水分離器與排砂泵同步運(yùn)轉(zhuǎn)，延時(shí)停機(jī)。

3.1.3 調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池設(shè)1座2格，地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每格平面尺寸L×B=25.0 m×20.0 m，池深6.5 m，有效水深6.0m。每格池內(nèi)配套提升泵2臺(tái)，1用1備，每臺(tái)潛污泵參數(shù)Q=1 050 m3/h，H=15 m，N=75 kW；每格池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)3臺(tái)，每臺(tái)功率7.5 kW，直徑620 mm。水泵根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)液位，由PLC自動(dòng)控制，水泵按順序輪值運(yùn)行，也可現(xiàn)場手動(dòng)控制。

3.1.4 初次沉淀池

初沉池用于去除進(jìn)水中不可降解污染物，以減少后續(xù)生物反應(yīng)池的負(fù)荷，減少生化反應(yīng)池池容。

設(shè)置兩座輻流式初沉池，均為半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。每座沉淀池直徑為Ф=25.0 m，周邊有效水深3.30 m，表面負(fù)荷2.5 m3/m2·h，污水停留時(shí)間1 h。每座沉淀池配置1套全橋式周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)。初沉池排泥斗內(nèi)的沉降污泥通過排泥管由水位差流至初沉池排泥井，初沉干泥量5.03 t/d，初沉污泥含水率97%，排泥井內(nèi)設(shè)2臺(tái)排泥泵將污泥送至貯泥池，Q=40 m3/h，H=10 m，N=4.0 kW，1用 1備。

3.2 污水二級(jí)處理系統(tǒng)

本工程污水生化處理采用固定化微生物—高效生物濾池（G-BAF），該處理工藝由北京大學(xué)研發(fā)，專門針對(duì)高毒性、高氨氮、難降解有機(jī)廢水處理的生物處理工藝。G-BAF技術(shù)吸收了傳統(tǒng)BAF的優(yōu)勢，針對(duì)傳統(tǒng)BAF水頭損失大，反沖洗頻繁，運(yùn)行控制較為復(fù)雜的缺陷，研制大孔網(wǎng)狀功能化懸浮載體，大幅度降低了水頭損失，優(yōu)化和簡化了運(yùn)行控制的復(fù)雜程度；同時(shí)將高效微生物和固定化技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造厭氧-兼氧-好氧集成微環(huán)境，形成有利于脫氮菌群生存的微環(huán)境，促進(jìn)同步硝化反硝化，解決生物脫氮的技術(shù)難題。

設(shè)計(jì)參數(shù)：總停留時(shí)間8 h（其中缺氧區(qū)停留2 h，好氧區(qū)停留 6 h）；載體負(fù)荷 1.20 kg BOD5/m3·d，0.24 kgNH4-N/m3·d；供氣量 230 m3/min；氣水比8∶1，污泥回流比100%，剩余污泥量（干質(zhì)）0.5 t/d。

主要工程內(nèi)容：高效生物濾池共設(shè)4座，每座6組4級(jí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座平面尺寸L×B=36.4 m×23.7 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，其中混合池L×B=10.0 m×4.0 m，池深5.5 m，混合池內(nèi)設(shè)置混合攪拌機(jī)兩臺(tái)，攪拌機(jī)直徑?1500，N=5.5 kW。出水池L×B=10.3 m×4.0 m，池深5.5 m，出水池與混合池間設(shè)置污泥內(nèi)回流泵，Q=520 m3/h，H=0.65 m，N=4.0 kW。單座濾池設(shè)置三層濾料，載體承托層為玻璃鋼，孔徑10 mm×10 mm，過濾面積1 800 m2。高效微生物載體為固態(tài)，材料密度0.6～0.8 g/cm3，微生物含量大于109個(gè)。曝氣采用FZ曝氣管，DN20 mm，安裝間距0.3 m，氧利用率＞25%。G-BAF排泥斗內(nèi)的沉降污泥通過排泥管由水位差流至剩余污泥井。

3.3 深度處理系統(tǒng)

G-BAF處理出水排入中間調(diào)節(jié)水池，經(jīng)潛污泵提升進(jìn)入深度處理車間。深度處理采用常規(guī)混凝+沉淀+過濾工藝。整個(gè)工藝池體結(jié)構(gòu)采用合建式，外部設(shè)置維護(hù)結(jié)構(gòu)。深度處理單元采用網(wǎng)格絮凝池、斜板沉淀池及濾布濾池三部分。

3.3.1 網(wǎng)格絮凝池

其作用是使投加了混凝劑并經(jīng)過充分混合后的原水，在水流作用下，微絮粒相互碰撞，形成更大絮粒，降低處理水中的懸浮物及膠體，絮凝池連續(xù)運(yùn)行，間隙排泥。網(wǎng)格絮凝池設(shè)1座2組，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸L×B=11.6 m×11.6 m，池深5.9 m，有效水深5.5 m。網(wǎng)格絮凝池前設(shè)孔板式凈水混合器，混合時(shí)間3～5 s。

單組池設(shè)計(jì)流量：1.75萬m3/d（近期）；絮凝時(shí)間：22 min；單格尺寸1.7 m×2.04 m，有效水深：5.4 m；單組池總面積：108.9 m2。

3.3.2 斜板沉淀池

原水經(jīng)投藥，混合和絮凝后，水中的懸浮物已經(jīng)形成粗大的絮凝體，在沉淀池中完成泥水分離過程，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。沉淀池連續(xù)運(yùn)行，間隙排泥。

斜板沉淀池設(shè)1座2組，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單組平面尺寸L×B=18.0 m×11.0 m，池深5.4 m，有效水深4.75 m。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：清水區(qū)上升流速為1.45 mm/s，顆粒沉降速度0.35 mm/s，斜板安裝傾角為60°，斜板長度1 m，斜板區(qū)體積172.3 m3。斜管下部布水區(qū)高度為1.6 m，液面負(fù)荷為5.5 m3/（m2·h），池底設(shè)置排泥管，管徑DN200。

3.3.3 濾布濾池

濾布濾池通過過濾進(jìn)一步去除斜板沉淀池出水中的污染物質(zhì)，為連續(xù)運(yùn)行，間隙反洗。濾布濾池設(shè)1座2格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每格L×B=6.4×4.0 m，池深4.7 m，有效水深3.8 m。每格內(nèi)安裝D=3 000 mm的濾布轉(zhuǎn)盤一套，單套過濾面積140m2，水力負(fù)荷8 m3/m2·h，水頭損失0.2 m，濾盤反洗轉(zhuǎn)速1.0 r/min。每池配反洗水泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)性能Q=40 m3/h，H=10 m，N=2.2 kW。

3.4 加氯加藥間

該工程設(shè)加氯加藥間1座，采用框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸L×B=12.5 m×29.5 m，層高4.5 m，與深度處理車間合建。

設(shè)計(jì)加氯量為8～12 mg/L，投加至接觸消毒池前射流器。近期設(shè)ClO2發(fā)生器2臺(tái)，發(fā)生量10 kg/h，1用1備。化料器1套，HCl貯藥罐1套，酸霧吸收裝置1套，NaClO3貯藥罐1套。

加藥間用于制備及投加PAC、碳酸鈉及乙酸鈉。PAC投加間設(shè)置溶藥罐2個(gè)，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積 2 m3；儲(chǔ)藥罐 1 個(gè)，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積2 m3；加藥計(jì)量泵2臺(tái)，Q=0.24 m3/h，H=50 m，N=0.37 kW。碳酸鈉（用于調(diào)節(jié)堿度）投加間內(nèi)設(shè)溶藥罐1個(gè)，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積 2 m3；抽藥泵 1臺(tái)，Q=2 m3/h，H=2 m，N=0.37kW；PE材質(zhì)儲(chǔ)藥罐1個(gè)，?1500mm×1500mm，有效容積2 m3；碳酸鈉加藥泵1臺(tái)，Q=360 L/h，H=20 m，N=0.75 kW。乙酸鈉投加間設(shè)溶藥裝置2臺(tái)，Q=2 m3/h，H=2 m，N=0.37 kW；加藥泵 2 臺(tái)，Q=200～1 000 L/h，H=20 m，N=0.37 kW。

3.5 污泥脫水機(jī)房

污泥脫水可降低污泥含水率，減少污泥體積，便于污泥運(yùn)輸處置。設(shè)置污泥濃縮脫水機(jī)房1座，框架結(jié)構(gòu)，平面尺寸L×B=22.6 m×12.0 m，層高7.0 m。設(shè)計(jì)參數(shù)：剩余污泥干重5.92 t/d（近期），污泥含水率97.5%，濕污泥體積257.6 m3/d（近期），深度脫水后污泥量29.6 m3/d（近期），含水率80%。污泥脫水機(jī)房內(nèi)設(shè)螺桿泵2臺(tái)，Q=10～20 m3/h，H=20 m，H=11.0 kW；環(huán)蝶式污泥脫水機(jī)2臺(tái)，產(chǎn)生干泥量450 kg-ds/hr，N=3.3 kW；污泥混合箱2臺(tái)，全自動(dòng)投藥裝置1套，螺旋輸送機(jī)2臺(tái)。聚丙烯酰胺溶藥機(jī)1臺(tái)，Q=500 L/h。藥劑投加量為污泥干重的0.4%。脫水后泥餅外運(yùn)至白銀市生活垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒發(fā)電。

4 結(jié) 論

劉川工業(yè)園區(qū)污水處理廠按以上工程設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，污水廠于2016年年中建成，通水調(diào)試約7個(gè)月，現(xiàn)出水水質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)測出水水質(zhì)（年平均值）詳見表2。

表2 污水廠實(shí)際出水水質(zhì)

實(shí)際出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及《城市污水再生利用-綠地灌溉水質(zhì)》（GB/T 25499—2010）的水質(zhì)要求。經(jīng)過后續(xù)項(xiàng)目跟蹤，因園區(qū)工業(yè)企業(yè)的增加，進(jìn)水水質(zhì)組成也在發(fā)生變化，設(shè)計(jì)工藝尤其是G-BAF處理單元的處理能力，能否長期適應(yīng)水質(zhì)變化還需跟蹤觀察。目前園區(qū)再生水回用方式比較單一，同時(shí)由于水體缺乏，環(huán)境容量有限，后期應(yīng)探索再生水的循環(huán)利用及循序利用，再生水應(yīng)主要回用于工業(yè)企業(yè)，尤其是耗水量大的煤化工等企業(yè)，以保護(hù)水源，減少排污量。