某污水處理廠設(shè)計工程實例

崔炎炎， 陶晶， 徐釗， 趙嬙， 彭程， 史弋

（北京博匯特環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?， 北京 100102）

1 工程概況

隨著城市化進程的深入， 日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水量也隨之增大， 這對城市污水處理廠的處理能力提出了更高要求［1-2］。 太湖流域內(nèi)某污水處理廠總設(shè)計規(guī)模為10 萬m3／d， 分兩期建成。一期設(shè)計規(guī)模為7.5 萬m3／d， 二期設(shè)計規(guī)模為2.5萬m3／d。 一期中調(diào)節(jié)池、 粗格柵和進水泵房的土建規(guī)模按15 萬m3／d， 其他工段的土建規(guī)模按10萬m3／d 一次性建成， 設(shè)備按7.5 萬m3／d 規(guī)模完成安裝。

2015 年6 月一期工程投入生產(chǎn)并試運行， 出水水質(zhì)滿足設(shè)計要求。 然而隨著進水量的不斷增加， 一期工程已不能滿足服務(wù)范圍內(nèi)的處理需求。同時隨著DB 32／1072—2018《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》的發(fā)布， 對太湖流域一、 二級保護區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)污水處理廠提出了更嚴格的出水標準。 因此， 2018 年下半年污水處理廠擴建二期工程， 在一期預留用地范圍內(nèi)完成剩余2.5 萬m3／d 規(guī)模的設(shè)備安裝， 并對一期工程尾水進行提標改造， 將高效沉淀池改造為磁混凝沉淀池。

2 設(shè)計進出水水質(zhì)

該污水處理廠處理的廢水主要為區(qū)域生活污水和工業(yè)廢水， COD、 SS、 氨氮、 TN、 TP 接管標準執(zhí)行GB／T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》表1 中A 級標準。 結(jié)合已建污水處理廠的進水情況， 一期工程確定設(shè)計進水水質(zhì)如表1。 2018年1 月～6 月的一期工程進水水質(zhì)統(tǒng)計分析結(jié)果顯示， 污水處理廠實際進水具有90%保證率的進水水質(zhì)為： ρ（COD） ＝380 mg／L， ρ（BOD5） ＝140 mg／L，ρ（SS） ＝245 mg／L， ρ（氨氮） ＝35 mg／L， ρ（TN） ＝50 mg／L， ρ（TP）＝6.5 mg／L。 考慮到二期規(guī)劃將新增其他片區(qū)的污水， 進水污染物濃度可能增加， 因此二期工程設(shè)計進水水質(zhì)的主要污染物指標與一期工程相同。 一期工程設(shè)計出水水質(zhì)中主要污染物執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。 二期提標改造后， 出水水質(zhì)中COD、 氨氮、 TN 和TP 執(zhí)行DB 32／1072—2018 中表1 標 準， pH 值、 BOD5和SS 執(zhí) 行GB 18918—2002 一級A 標準， 詳見表1。

3 工藝流程

根據(jù)污水處理廠的進水水質(zhì)分析， 確定一期工程采用水解酸化-改良AAO-二沉-高效沉淀-濾布濾池-紫外消毒的主體工藝。 二期工程為提高出水水質(zhì)， 依托原有高效沉淀池的土建結(jié)構(gòu)將其改造為磁混凝沉淀池［3-4］， 其他工藝不變， 主要工藝流程見圖1。

調(diào)節(jié)池的污水經(jīng)粗格柵去除較大的懸浮物和雜物， 以保證污水提升系統(tǒng)及后續(xù)處理設(shè)施的正常運行。 然后依次經(jīng)過中格柵、 曝氣沉砂池和細格柵，進一步攔截和去除污水中的懸浮物和漂浮物。 細格柵出水進入水解酸化池， 在產(chǎn)酸細菌等微生物的作用下將污水中大分子難生物降解的有機物分解， 提高污水的可生化性。 之后， 污水進入生物反應(yīng)池。生物反應(yīng)池采用多點進水、 多點回流的改良AAO工藝［5］（見圖2）， 污水分別從反硝化區(qū)和厭氧區(qū)進入生物系統(tǒng)。 反硝化區(qū)設(shè)置在厭氧區(qū)前端， 有效減緩了回流污泥中殘留的氧氣對厭氧區(qū)的沖擊， 為釋磷菌創(chuàng)造了良好的厭氧釋磷環(huán)境。 厭氧區(qū)后設(shè)有兩級AO 脫氮系統(tǒng)， 可強化脫氮效果。 2 個AO 系統(tǒng)中的內(nèi)回流可通過專門設(shè)置的內(nèi)回流區(qū)來實現(xiàn)。 生化池出水進入二沉池進行泥水分離， 然后進入深度處理單元進一步去除TP 和SS。 一期工程深度處理單元采用高效沉淀池-濾布濾池［6-7］工藝， 二期工程改為磁混凝沉淀池-濾布濾池工藝。 濾布濾池的出水進入紫外線消毒渠消毒后達標排放［8］。

處理過程中產(chǎn)生的污泥均進入污泥脫水機房，經(jīng)機械濃縮、 脫水后外運并處置。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

圖1 污水處理廠工藝流程Fig. 1 Process flow of sewage treatment plant

圖2 改良AAO 工藝流程Fig. 2 Flow of modified AAO process

4 二期主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1） 粗格柵與進水泵房。 粗格柵1 座， 尺寸為10.0 m×7.0 m×7.0 m， 內(nèi)設(shè)3 條渠道， 一期工程完成2 條渠道的設(shè)備安裝（1 用1 備）， 二期工程完成剩余1 條渠道的設(shè)備安裝（2 用1 備）。 單渠的設(shè)計水量為7.5 萬m3／d， 寬度為1.4 m， 配置寬1 400 mm、 柵條間隙20 mm 的回轉(zhuǎn)式格柵機。 3 臺格柵機共同配置長度7 m、 最大流量4 m3／h 的無軸螺旋壓實輸送機1 套。

進水泵房1 座， 尺寸為10.7 m×17.4 m×12.8 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 一期工程安裝3 臺潛污泵（2用1 備）， 二期工程新增1 臺潛污泵（3 用1 備），Q ＝1 290 m3／h， H ＝19.8 m， N ＝100 kW。

（2） 中細格柵及曝氣沉砂池。 中格柵1 座， 尺寸為9.5 m×10.0 m×2.0 m， 內(nèi)設(shè)3 條渠道， 一期工程完成2 條渠道的設(shè)備安裝（1 用1 備）， 二期工程完成剩余1 條渠道的設(shè)備安裝（2 用1 備）。 單渠設(shè)計水量為5 萬m3／d， 每條渠道各安裝1 臺格柵機， 進水渠寬1 800 mm， 柵條間隙6 mm。

曝氣沉砂池1 座， 尺寸為30.0 m×8.4 m×4.2 m， 設(shè)計水量為10 萬m3／d， 一期工程完成全部設(shè)備安裝。 設(shè)羅茨風機2 臺（1 用1 備）， Q ＝25 m3／min， N ＝35 kW； 吸砂泵2 臺（1 用1 備）， Q ＝30 m3／h， N ＝1.5 kW； 刮砂橋1 套， L ＝9 m， N ＝2.2 kW； 砂水分離器1 臺， Q ＝50 m3／h， N ＝0.37 kW。

細格柵1 座， 尺寸為9.5 m × 10.0 m × 2.0 m，內(nèi)設(shè)3 條渠道， 一期工程完成2 條渠道的設(shè)備安裝（1 用1 備）， 二期工程完成剩余1 條渠道的設(shè)備安裝（2 用1 備）。 單渠設(shè)計水量為5 萬m3／d， 每條渠道各安裝1 臺格柵機， 進水渠寬2 000 mm， 柵條間隙3 mm。 考慮到冬季運行， 中細格柵和曝氣沉砂池合建在房間內(nèi)。

（3） 水解酸化池。 1 座， 分2 個系列， 每個系列分4 組， 共8 組， 采用先進的脈沖布水、 水力懸浮污泥結(jié)構(gòu)。 單池設(shè)計水量為1.25 萬m3／d， 尺寸為23.0 m×15.0 m×8.3 m， 有效水深為7.5 m， 水力停留時間為5 h， 表面負荷為1.5 m3／（m2·h）， 污泥質(zhì)量濃度為7 000 mg／L。 一期工程完成6 組水解酸化池的設(shè)備安裝， 二期工程完成剩余2 組的設(shè)備安裝。

（4） 生物反應(yīng)池。 2 座， 每座分2 個系列， 單系列設(shè)計流量為1／4 × 1.15 Q ＝2.875 萬m3／d， 尺寸為116.5 m×47.0 m×7.0 m， 有效水深為6.0 m；有效容積為30 584.5 m3， 其中回流污泥反硝化段1 221.0 m3， 厭氧段1 815.0 m3， 缺氧段11 510.5 m3，好氧段16 038.0 m3； 污泥齡為22 d； 污泥負荷為0.03 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）； 污泥產(chǎn)率為1.3 kg［SS］／kg［BOD5］； 平均剩余污泥量為12 700 kg／d；平均流量下總水力停留時間為25.54 h， 其中回流污泥反硝化段1.02 h， 厭氧段1.52 h， 缺氧段9.61 h， 好氧段13.39 h； 懸浮固體質(zhì)量濃度為3 500 mg／L； 標準狀況下最大需氧量為515.75 kg［O2］／h。一期工程完成3 個系列的設(shè)備安裝， 二期工程完成剩余1 個系列的設(shè)備安裝。

（5） 二沉池。 4 座， 進出水方式為周進周出，單池直徑為36.0 m， 有效水深為4.5 m， 最大設(shè)計流量為0.376 m3／s， 設(shè)計最大表面負荷為1.33 m3／（m2·h）。 配置4 臺直徑36 m、 功率2.2 kW 的單吸刮泥機。 一期工程完成3 座的設(shè)備安裝， 二期工程安裝剩余1 座的設(shè)備。

（6） 污泥泵房。 1 座， 建筑物尺寸為9.0 m ×10.0 m × 6.0 m。 一期工程安裝回流污泥泵4 臺（3用1 備）， Q ＝1 043 m3／h， H ＝5 m， N ＝30 kW；剩余污泥泵3 臺（2 用1 備）， Q ＝87.15 m3／h， H ＝18.2 m， N ＝7.5 kW。 二期工程新增回流污泥泵（4用1 備）和剩余污泥泵（3 用1 備）各1 臺。

（7） 磁混凝沉淀池。 1 座， 分2 個系列， 由一期工程高效沉淀池改造而成， 總構(gòu)筑物尺寸為27.4 m×17.4 m×8.1 m。 單池反應(yīng)區(qū)有效容積為235 m3，沉淀區(qū)有效容積為1 115 m3； 最大設(shè)計流量為1.5 m3／s， 水力停留時間為15 min。 2 個系列共配置攪拌機8 臺（變頻）， N ＝7.5 kW； 刮泥機2 臺（變頻）， N ＝2.2 kW； 污泥泵5 臺（4 用1 冷備）， Q ＝90 m3／h， H ＝20 m， N ＝22 kW。

（8） 濾布濾池。 1 座， 分8 組， 單池尺寸為6.1 m×2.6 m×3.5 m， 設(shè)計流量為1.25 萬m3／d（總變化系數(shù)為1.3）， 濾布過濾面積不小于410 m2， 孔徑不大于10 μm。 一期工程完成6 組濾布濾池的設(shè)備安裝， 二期工程完成剩余2 組的設(shè)備安裝。

（9） 紫外線消毒渠。 3 組， 單渠設(shè)計流量5 萬m3／d， 尺寸為7.4 m×1.6 m×1.6 m， 配置紫外燈管144 根， 每根功率為200 W。 一期工程完成2 條渠道的設(shè)備安裝（1 用1 備）， 二期工程完成剩余1 條渠道的設(shè)備安裝（2 用1 備）。

（10） 污泥濃縮脫水機房。 1 座， 建筑物尺寸為32.0 m×12.0 m×7.0 m。 一期工程安裝濃縮脫水一體機5 臺， Q ＝50 m3／h、 帶寬2.5 m、 N ＝5 kW。同時配置進泥螺桿泵5 臺， Q ＝20 ～70 m3／h， H ＝30 m， N ＝15 kW； 沖洗水泵5 臺， Q ＝20 ～30 m3／h， H ＝55 ～70 m， N ＝11 kW。 二期工程增加濃縮脫水一體機、 螺桿泵和沖洗水泵各1 臺。

5 運行結(jié)果

二期工程于2018 年12 月建成， 運行效果穩(wěn)定。 2019 年3 月～6 月進出水情況見表2。

表2 二期實際進出水水質(zhì)Tab. 2 Actual influent and effluent water quality of second phase project

從表2 中可以看出， 由于生化池設(shè)有多個厭氧區(qū)、 缺氧區(qū)和好氧區(qū)， 脫氮除磷效果較好。 出水氨氮平均質(zhì)量濃度為0.25 mg／L， TP 質(zhì)量濃度僅為0.12 mg／L。 另外， 出水COD、 BOD5、 SS 和TN 等指標的出水濃度也明顯低于設(shè)計值。

6 投資及運行成本

本工程一期和二期總投資約為46 700 萬元，運行成本約為1.39 元／t。

7 結(jié)語

（1） 太湖流域某污水處理廠二期工程采用水解酸化-改良AAO-二沉-磁混凝沉淀-濾布濾池-紫外消毒的主體工藝， 出水水質(zhì)穩(wěn)定且滿足設(shè)計要求。

（2） 污水處理廠進水為區(qū)域生活污水和工業(yè)廢水的混合廢水， 成分較為復雜。 因此在生化池前設(shè)置水解酸化池， 有效提高了后續(xù)生化處理單元的處理效果。

（3） 二期工程將一期工程的高效沉淀池改造為磁混凝沉淀池， 既節(jié)省投資， 又提升出水水質(zhì)， 對類似污水處理廠的提標改造有一定的借鑒意義。