某工業(yè)發(fā)達地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠工程設(shè)計與運行

金 濤，馬文明，楊 航

(中建水務(wù)環(huán)保有限公司，北京 100037)

近年來，我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)不斷加強，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口大幅增加，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)也得到迅速發(fā)展。但是，伴隨而來的水環(huán)境污染問題成為影響鄉(xiāng)鎮(zhèn)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵，且鄉(xiāng)鎮(zhèn)因長期缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于經(jīng)濟發(fā)展水平，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理不當已成為嚴重困擾地方生態(tài)環(huán)境的重大難題[1]。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水有其自身的顯著特點，如區(qū)域差異性明顯、水量較少、收集難度大、污水成分復雜、水質(zhì)波動大等[2]。套用城市污水處理工藝，如SBR工藝、氧化溝工藝、接觸氧化工藝、AAO工藝等，往往不能達到預(yù)期的處理效果。因此，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的設(shè)計建設(shè)過程中，需重點考慮當?shù)氐膶嶋H情況，做到有針對性的設(shè)計，才能保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的長期穩(wěn)定運行。本文介紹了江蘇省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工程的水質(zhì)特點、工藝流程及主要設(shè)計參數(shù)、工藝設(shè)計特點，為類似鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的設(shè)計提供一定參考。

1 工程概況

本項目所在地為江蘇省某縣，具體涉及6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理設(shè)施建設(shè)，以其中1個鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠為例。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠總規(guī)模為1.0萬m3/d，建設(shè)用地面積為16 474.55 m2，近期規(guī)模為0.5萬m3/d。處理居民日?；顒铀a(chǎn)生的生活污水以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)預(yù)處理后的工業(yè)廢水，其中，工業(yè)廢水主要以機械電子、紡織服裝等輕工業(yè)為主。排水體制為新鎮(zhèn)區(qū)雨污分流、老鎮(zhèn)區(qū)為雨污合流，正在進行雨污分流改造，以完善污水收集系統(tǒng)，做到應(yīng)收盡收；水量波動大、成分復雜。

2 設(shè)計進出水水質(zhì)

該污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)排水包括約60%的生活污水和約40%的工業(yè)廢水。服務(wù)范圍內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)企業(yè)以機械電子、紡織服裝等輕工業(yè)為主，企業(yè)外排工業(yè)廢水經(jīng)廠內(nèi)預(yù)處理后屬于可生化性較低、有效碳源低的有機廢水，進入管網(wǎng)執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》(GB/T 31962—2015)中的B級排放標準。進水水質(zhì)根據(jù)各類污水性質(zhì)加權(quán)計算，并考慮一定的設(shè)計余量。

尾水就近排入廠區(qū)西側(cè)的河溝，設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002) 中的一級 A 標準。

設(shè)計進、出水水質(zhì)如表1所示。

表 1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab.1 Design Influent and Effluent Water Quality

3 工藝流程及特點

3.1 工藝流程

針對進水有效碳源低、含部分工業(yè)廢水、水質(zhì)復雜、水量波動大的特點，綜合考慮技術(shù)成熟、運維簡單、處理成本低等要求，最終確定以水解酸化為預(yù)處理、多點進水AAO 為主體的工藝，并結(jié)合高密度沉淀池和纖維轉(zhuǎn)盤濾池等做深度處理工藝，污泥處理采用化學調(diào)理+板框壓濾的處理方式，具體工藝流程如圖 1 所示。

圖1 污水處理廠工藝流程Fig.1 Process Flow of WWTP

3.2 工藝特點

(1)進水泵房潛污泵設(shè)置變頻調(diào)節(jié)，根據(jù)進水水量調(diào)整污水提升量，污水處理系統(tǒng)可分為2組獨立運行，并考慮一定的設(shè)計冗余，以應(yīng)對進水水量波動。

(2)針對進水中含有一定比例的工業(yè)廢水、水質(zhì)復雜，設(shè)置水解酸化單元提高污水的可生化性，可對進水水質(zhì)變化起到緩沖作用，避免對AAO生化系統(tǒng)形成沖擊，并根據(jù)實際進水水質(zhì)情況進行靈活調(diào)整，實現(xiàn)污水全部或部分超越，進入AAO池[3-4]。

(3)多點進水AAO工藝對江蘇地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水的適應(yīng)性強。鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量波動較大，有效碳源低，碳源得不到充分利用[5]，該工藝根據(jù)來水水質(zhì)情況，通過設(shè)置進水分配調(diào)節(jié)堰門，實現(xiàn)多點進水[6]，充分利用污水中的碳源；還可實現(xiàn)多點回流，增設(shè)預(yù)缺氧區(qū)強化反硝化效果，降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，脫氮除磷效果良好，有效降低運行成本。

(4)高密度沉淀池用于污水處理廠深度除磷，通過污泥回流提高絮凝反應(yīng)效果，促進顆粒的快速分離，并結(jié)合斜管或斜板加速沉淀，實現(xiàn)高效的固液分離，效果穩(wěn)定，占地面積小。

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計

4.1 粗格柵及進水泵房

粗格柵及進水泵房土建按遠期1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為10.4 m×5.5 m×9.15 m。近期設(shè)回轉(zhuǎn)式粗格柵1臺，功率為1.1 kW，柵條間隙為10 mm，格柵寬度為800 mm，格柵傾角為70°，配套1臺無軸螺旋輸送機，格柵機與螺旋輸送機由PLC自動控制按時間周期運行，并設(shè)置現(xiàn)場手動控制。遠期格柵渠道設(shè)人工格柵1臺，以滿足設(shè)備檢修要求。進水泵房設(shè)3臺潛污泵，2用1備，單臺流量為180 m3/h，揚程為15 m，功率為22 kW，1臺變頻。遠期增設(shè)2臺潛污泵。

4.2 細格柵及旋流沉砂池

細格柵及旋流沉砂池土建按遠期1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為10.5 m×14.7 m×2.4 m。近期設(shè)回轉(zhuǎn)式細格柵1臺，功率為0.75 kW，柵條間隙為3 mm，格柵寬度為900 mm，格柵傾角為70°，配套1臺無軸螺旋輸送機，格柵機與螺旋輸送機由PLC自動控制按時間周期運行，并設(shè)置現(xiàn)場手動控制。遠期格柵渠道封堵。旋流沉砂池設(shè)旋流沉砂器1臺，直徑為2.13 m，功率為1.1 kW，排砂量為7.8 L/s，配套砂水分離器1臺，功率為0.37 kW，流量為5～12 L/s。遠期增設(shè)旋流沉砂器1臺。

4.3 水解酸化池

水解酸化池土建按遠期1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為22.7 m×24.0 m×5.7 m，分2組。水力停留時間為6 h，近期設(shè)φ為1 200 mm的脈沖布水器6套，排泥離心泵2臺，1用1備，單臺流量為25 m3/h，揚程為10 m，功率為5 kW。遠期增設(shè)脈沖布水器6套。

4.4 多點進水AAO池

AAO池按近期0.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為35.5 m×22.0 m×6.8 m，分2組，包括預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)?？偼Ａ魰r間為14.9 h，預(yù)缺氧區(qū)為0.6 h，厭氧區(qū)為1.5 h，缺氧區(qū)為3.4 h，好氧區(qū)為9.4 h。反應(yīng)池混合液濃度MLSS為3 500 mg /L，污泥負荷為0.049 kg BOD5/(kg MLSS·d)，污泥最大內(nèi)回流比為100%，回流至預(yù)缺氧區(qū)混合液回流比為50%，回流至缺氧區(qū)混合液最大回流比為300%，平均氣水比為8.6∶1。每組AAO池的預(yù)缺氧區(qū)設(shè)潛水攪拌機1臺，功率為0.85 kW，厭氧區(qū)設(shè)潛水攪拌機1臺，功率為1.5 kW，缺氧區(qū)設(shè)潛水推流器2臺，單臺功率為0.85 kW，好氧區(qū)設(shè)潛水推流器2臺，單臺功率為1.5 kW，回流至預(yù)缺氧區(qū)混合液回流泵1臺，流量為50 m3/h，揚程為1.0 m，功率為1.5 kW，回流至缺氧區(qū)混合液回流泵2臺，單臺流量為150 m3/h，揚程為1.0 m，功率為2.5 kW;φ為260 mm的微孔曝氣器276個。由PLC自動控制潛水攪拌機、潛水推流器和水泵的啟停，同時設(shè)定現(xiàn)場手動控制。

4.5 二沉池

二沉池為中進周出輻流式沉淀池，按近期0.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為φ為15 m×5.5 m，2座。設(shè)計表面負荷為0.59 m3/(m2·h)。二沉池內(nèi)設(shè)φ為15 m的周邊傳動半橋刮吸泥機1臺，驅(qū)動功率為0.75 kW。由PLC自動控制，同時設(shè)定現(xiàn)場手動控制。

4.6 高密度沉淀池

高密度沉淀池按近期0.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為10.7 m×5.9 m×7.1 m?；旌蠀^(qū)混合時間為186 s，絮凝區(qū)絮凝時間為7.6 min，沉淀區(qū)設(shè)計上升流速為9.0 m3/(m2·h)。污泥循環(huán)回流系數(shù)取0.07。設(shè)混合攪拌機1臺，功率為3.0 kW，絮凝攪拌機(帶導流筒)2套，單臺功率為2.5 kW，中心傳動刮泥機1臺，功率為2.05 kW，剩余污泥泵1臺，流量為15 m3/h，揚程為20 m，功率為2.2 kW，回流污泥泵2臺，單臺流量為15 m3/h，揚程為20 m，功率為2.2 kW，1用1備。

4.7 纖維轉(zhuǎn)盤濾池及接觸消毒池

纖維轉(zhuǎn)盤濾池及接觸消毒池土建按1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸為23.0 m×8.3 m×4.6 m。纖維轉(zhuǎn)盤濾池設(shè)纖維轉(zhuǎn)盤過濾器1套，功率為3.0 kW，φ為2 m的盤片6個，配套清洗排泥泵1臺，流量為30 m3/h，揚程為20 m，功率為7.5 kW。遠期增設(shè)纖維轉(zhuǎn)盤過濾器1套。接觸消毒池采用3廊道，分2組，近期使用1組，水力停留時間50 min，遠期預(yù)留1組，采用成品次氯酸鈉消毒。

4.8 污泥泵房

污泥泵房按近期0.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，與AAO池合建，分別與2組AAO池對應(yīng)，單個污泥泵房設(shè)計尺寸為 4.75 m ×1.7 m ×6.8 m，內(nèi)設(shè)2臺污泥回流泵，1用1備，設(shè)計回流比為50%～100%，單臺流量為110 m3/h， 揚程為7 m， 功率為5.5 kW；1臺剩余污泥泵，流量為30 m3/h，揚程為15 m，功率為3.0 kW。由PLC自動控制污泥回流泵和剩余污泥泵的啟停，同時設(shè)定現(xiàn)場手動控制。

4.9 污泥濃縮池及調(diào)理池

污泥濃縮池及調(diào)理池按近期0.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸φ為8 m×4.5 m+3.0 m×3.0 m。污泥濃縮池內(nèi)設(shè)φ為8 m的中心傳動濃縮機1臺，功率為0.75 kW。調(diào)理池設(shè)φ為2 m的框式攪拌機1臺，功率為1.5 kW；石灰投加裝置1套，其中，料倉有效容積為5 m3；傾斜螺旋輸送機1臺，功率為5.5 kW。調(diào)理池石灰投加量不超過絕干污泥量的10%。

4.10 污泥脫水機房及加藥間

污泥脫水機房土建按1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，2層，S=439.68 m2。近期設(shè)板框壓濾機1臺，單臺壓濾機面積為50 m2，配套2臺污泥進料泵、1臺壓榨水泵和2臺清洗水泵，其中，污泥進料泵單臺流量為20 m3/h，揚程為100 m， 功率為15 kW，變頻控制，1用1備；壓榨水泵流量為5 m3/h，揚程為160 m，功率為5.5 kW；清洗水泵單臺流量為5 m3/h，揚程為100 m，功率為3 kW，變頻控制，1用1備。壓榨水和清洗水使用廠區(qū)自來水。壓濾機配套空氣設(shè)備包括1臺空壓機和2個氣罐，分別用于反吹和儀表用氣。每天運行3批次，每批次4 h，出泥含水率≤60%，送往附近建材企業(yè)焚燒處置；遠期增設(shè)1臺板框壓濾機，互為備用，檢修時可單臺設(shè)備全天運行6個批次。污泥脫水機房內(nèi)設(shè)PAC投加裝置和PAM投加裝置，通過計量泵定量加藥至高密度沉淀池、污泥調(diào)理池，其中，高密度沉淀池投加PAC為25 mg/L，PAM為0.3 mg/L；污泥調(diào)理池投加PAC不超過絕干污泥量的10%，PAM投加量3 kg/(t·d)。另設(shè)置醋酸鈉投加裝置，以備反硝化碳源不足時補充外部碳源。

4.11 綜合機房

綜合機房土建按1.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，包括鼓風機房、變配電間、機修間及倉庫，1層，S=144 m2。設(shè)AAO池曝氣用羅茨鼓風機2臺，風量為30 m3/min，風壓為70 kPa，功率為55 kW，變頻控制，1用1備，遠期增加1臺；單梁懸掛起重機1臺，起重量為1.0 t，功率為3.0 kW+0.74 kW。由PLC自動控制風機的啟停，同時設(shè)定現(xiàn)場手動控制。

5 運行效果

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠已進入正式運行，目前整體工藝各單元運行良好，出廠水質(zhì)穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。

對2020年連續(xù)2個月的進水水質(zhì)及出水水質(zhì)進行監(jiān)測和分析。

圖2 CODCr濃度及去除率Fig.2 CODCr Concentration and Removal Rate

如圖2所示，進水CODCr為74～464 mg/L，平均值約為215 mg/L，出水CODCr基本維持在40 mg/L以下，平均出水CODCr為27.9 mg/L，COD平均去除率達到84.1%，說明雖然進水COD波動較大，但該處理工藝對污水中的COD去除效果良好。

圖3 TN濃度及去除率Fig.3 TN Concentration and Removal Rate

如圖3所示，進水TN為14～56 mg/L，平均值約為27 mg/L，COD/TN為4.3～12.9，運行期內(nèi)未額外投加碳源，出水TN穩(wěn)定在10 mg/L以下，平均出水TN為5.1 mg/L，TN平均去除率達到80.0%，說明該處理工藝通過設(shè)置預(yù)缺氧池、多點進水、多點回流等，自身碳源得到有效利用，反硝化脫氮效果好，脫氮效率高。

圖4 水解酸化進出水CODCr、BOD5對比Fig.4 Comparison between CODCr and BOD5 Concentration of Hydrolytic Acidification

如圖4所示，水解酸化單元進水平均B/C為0.31，BOD/出水平均B/C為0.40，說明水解酸化改善了污水的可生化性，提高了原水的有效碳源量，水解酸化進出水中平均BOD5/TN由2.51升高到2.87，利于發(fā)揮多點進水AAO的工藝優(yōu)勢，在不額外投加碳源的情況下，實現(xiàn)TN達標。

圖5 TP濃度及去除率Fig.5 TP Concentration and Removal Rate

如圖5所示，進水TP為0.6～6.6 mg/L，平均值約為2.6 mg/L，出水TP最高為0.45 mg/L，平均約為0.22 mg/L，TP平均去除率達到91.5%，說明該工藝通過生物除磷和化學除磷相結(jié)合，對污水中TP去除效果好。

6 經(jīng)濟分析

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠總規(guī)模為1.0萬m3/d，近期規(guī)模為0.5萬m3/d，其中，粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、水解酸化池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池、接觸消毒池、污泥脫水機房、綜合機房和辦公樓等土建按照1.0萬m3/d建設(shè)。一期工程費用為2 085.66萬元，其中，建筑工程費用為1 231.61萬元，設(shè)備工程費用為686.93萬元，安裝工程費用為167.12萬元。

直接運行成本(含電費、藥劑費、工資福利費、污泥處置費、日常維修維護費及管理費)為1.09元/m3。

7 結(jié)論

江蘇省某產(chǎn)業(yè)發(fā)達鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠采用 “水解酸化+多點進水AAO+高密度沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+接觸消毒”為主體的工藝處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合污水，出水水質(zhì)能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級 A 標準要求。 該工程工藝設(shè)計合理，操作靈活可調(diào)，運行穩(wěn)定可靠，利于降低污水處理成本，有助于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠長期運維，有效減少了水污染物排放總量，改善了當?shù)厮h(huán)境質(zhì)量，具有一定的社會效益和環(huán)境效益。