地埋式污水處理廠關(guān)鍵技術(shù)研究與工程實(shí)踐

彭 濤 劉 燦 劉雅克 馮善斌

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化和都市化的快速發(fā)展，城區(qū)聚集了大量人口，不僅消耗了大量的水資源，而且水環(huán)境因生產(chǎn)生活過程中污染物的排放而不斷惡化，水體重金屬污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、地表徑流黑臭的現(xiàn)象不斷出現(xiàn)[1]。水資源短缺與水污染問題不僅影響城市品味，還會(huì)使環(huán)境公共衛(wèi)生和人類健康問題日益凸顯，加劇了供水、用水矛盾[2]。為解決水資源污染問題和提高水資源的利用效率，城鎮(zhèn)中修建了大量的污水處理廠，地埋式污水處理廠由于具有環(huán)境優(yōu)化、可節(jié)約地表土地、避免二次污染的優(yōu)點(diǎn)，契合了我國(guó)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，因此在實(shí)際工程建設(shè)中得到了城市規(guī)劃建設(shè)者的歡迎和關(guān)注，成為現(xiàn)階段城區(qū)土地密集使用條件下污水處理設(shè)施建設(shè)的優(yōu)先模式[3]。

1 工程概況

洗瓦堰再生水廠及調(diào)蓄池工程為四川省重點(diǎn)民生工程，項(xiàng)目位于錦華路3段，設(shè)計(jì)為全地下式再生水廠，年處理規(guī)模達(dá)到20萬m3/d，同時(shí)配置16萬m3調(diào)蓄設(shè)施，總服務(wù)范圍達(dá)199km2。再生水廠采用預(yù)處理+多級(jí)AAO反應(yīng)池+混凝沉淀池+反硝化濾池為主體的污水處理工藝，凈化后水體可以接入市政管網(wǎng)，或者直接排入城區(qū)錦江干流。主要出水水質(zhì)不低于四川地區(qū)關(guān)于城鎮(zhèn)再生水廠的標(biāo)準(zhǔn)：化學(xué)需氧量COD小于30mg/L、生化需氧量BOD5不超過6mg/L、總含氮量TN小于10mg/L、總含磷量TP不超過0.3mg/L、氨氮含量小于1.5mg/L（水溫≤12℃時(shí)為3mg/L）。

2 污水處理整體工藝流程

污水整體處理工藝流程如圖1所示。進(jìn)行污水處理時(shí)，打開污水進(jìn)水總管閥門，將污水流入進(jìn)水閘門井中。隨后打開閘門井控制開關(guān)，污水流經(jīng)粗格柵，初步過濾水中漂浮物，漂浮物過濾直徑最小達(dá)到2cm，過濾出的浮渣被輸送機(jī)清理出去。經(jīng)過第1次過濾的污水在重力自流作用下流入提升泵房，啟動(dòng)泵房中的提升泵站，將污水運(yùn)輸至中格柵進(jìn)行第2次過濾，過濾直徑最小達(dá)到5mm。過濾出的漂浮物或者懸浮物被灌入清水（清水采用沖洗水泵灌入），經(jīng)由溜槽運(yùn)輸?shù)綁赫ヒ惑w機(jī)中，將懸浮物壓榨干凈水分，由工人清理出柵渣溜槽。經(jīng)過2次過濾的污水需要進(jìn)行第1次的曝氣除臭，其處理方法是將污水放入曝氣沉砂池內(nèi)，并在沉砂池的頂部布置螺旋風(fēng)機(jī)，不斷旋轉(zhuǎn)螺旋風(fēng)機(jī)將臭氣抽排，同時(shí)將污水不斷地沿著水池的長(zhǎng)度方向進(jìn)行運(yùn)輸，使水流在垂直和橫向方向均產(chǎn)生曝氣[4]。同時(shí)鏈?zhǔn)焦紊皺C(jī)將污水中的細(xì)砂收集至集泥斗，再由氣提除砂設(shè)備輸送至砂水分離器進(jìn)行砂水分離，最后將細(xì)砂干燥運(yùn)出廠區(qū)。污水經(jīng)過曝氣沉砂池后進(jìn)入細(xì)格柵進(jìn)行第3次截流，去除直徑大于3mm的懸浮物或漂浮物。經(jīng)過細(xì)格柵截流后的污水通過渠道進(jìn)入快沉池，安裝于快沉池內(nèi)沉淀區(qū)的鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)將池底污泥刮至污泥斗，斗內(nèi)污泥由污泥泵輸送至污泥脫水機(jī)房的貯泥池中。水面浮渣由電動(dòng)旋轉(zhuǎn)撇渣管收集排至浮渣井，處理后的污水進(jìn)入不銹鋼水槽，分別配水至南北生化池。污水的脫氮過程是驅(qū)動(dòng)推流器將污水從厭氧區(qū)以推流式內(nèi)循環(huán)運(yùn)輸?shù)饺毖醭貎?nèi)進(jìn)行反硝化反應(yīng)，消除氮化物，然后將脫氮后的污水運(yùn)輸至曝氣好氧區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)、脫磷及去除化學(xué)需氧量COD。生化池處理完畢的混合液需要進(jìn)一步泥水分離，將混合液注入二沉池，對(duì)池內(nèi)污泥進(jìn)行刮刷，利用污泥的流動(dòng)性回流并進(jìn)行脫水處理。泥水分離后的污水通過管渠流入高效沉淀池，投入PAC、PAM藥劑使污水中的懸浮物凝成污泥下沉，實(shí)現(xiàn)除磷功能。污泥匯集至池底，由提升泵輸送至污泥脫水機(jī)房的貯泥池中。高效沉淀池處理后的污水進(jìn)入中間泵房，經(jīng)過提升水泵輸送至反硝化濾池。污水進(jìn)入砂濾池進(jìn)行過濾，并進(jìn)行反硝化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)水體脫氮[5]。過濾后的污水流入消毒池，向池內(nèi)加入消毒粉或者采用紫外線消毒的方法進(jìn)行消毒，處理完成后將凈化水自流至綜合泵房。凈化水按照具體的使用情況可以分為3種不同的出水流向，一是通過廠區(qū)中水泵組輸送至廠區(qū)中水系統(tǒng)使用，二是通過市政中水泵組提升接入市政中水管網(wǎng)，三是通過尾水泵組提升排水至地表河流。

圖1 污水整體處理工藝流程圖

3 地埋式污水處理廠關(guān)鍵技術(shù)

3.1 AAO生化處理工藝

AAO生化處理工藝包括A部分和B部分。A部分主要為推流器，其功能為攪拌混合污泥、推流更新污水、防止污泥沉降、提高污水處理效率；B部分主要為精確微孔鼓風(fēng)爆氣系統(tǒng)，此系統(tǒng)又由3個(gè)系統(tǒng)組成，具體如下：1）鼓風(fēng)爆氣系統(tǒng)。包括單極離心鼓風(fēng)機(jī)、除塵系統(tǒng)、管路系統(tǒng)（高速鼓風(fēng)機(jī)，工況為大流量低壓力）。2）精確爆氣系統(tǒng)。精確爆氣控制柜、電動(dòng)線性空氣調(diào)節(jié)閥、熱式氣體流量計(jì)（原理為精確爆氣控制柜控制系統(tǒng)通過流量計(jì)反饋值與設(shè)定值對(duì)比來控制調(diào)節(jié)閥開度，以調(diào)節(jié)管路空氣流量）。3）微孔爆氣器。管式微孔爆氣器（原理為空氣通過多孔介質(zhì)，在水中產(chǎn)生直徑小于3mm的高效爆氣系統(tǒng)，用于水中充氧兼攪拌）。AAO生化處理技術(shù)如圖2和圖3所示。

圖2 AAO生化處理系統(tǒng)組成

圖3 AAO生物脫氮除磷技術(shù)

3.2 矩形沉淀池工藝

矩形沉淀池工藝如圖4所示。矩形沉淀池主要由15個(gè)部分組成，具體如下：1）進(jìn)水渠（漸變的渠寬設(shè)計(jì)有利于控制水流速度，避免污泥沉積）。2）配水孔管（配水孔管的尺寸和間距可確保沿池長(zhǎng)方向均勻布水并減少水頭損失，同時(shí)消除了水流進(jìn)入沉淀池的“噴射”作用和旋流）。3）進(jìn)水擋板（使水流快速完全地分散，遺免射流）。4）進(jìn)水裙板（使進(jìn)水沿著池長(zhǎng)方向均勻布水，起到一個(gè)絮凝區(qū)的作用）。5）布水區(qū)（大的布水區(qū)能夠保證較低的入流速度，有利于絮凝作用）。6）橫折流（充分利用池長(zhǎng)和池寬，使表面負(fù)荷量最大化，避免短流）。7）出水渠（出水渠的水力學(xué)設(shè)計(jì)可適應(yīng)大流量范圍。漸變室的設(shè)計(jì)可使水流勻速流過渠道，防止短流）。8）出水堰和浮渣擋板（出水堰的高度可調(diào)。浮渣擋板可有效防止浮渣進(jìn)入出水渠）。9）全池撇渣（保證全池有效除渣）。10）液壓吸泥管（實(shí)踐證明，若干根帶有大孔徑吸泥孔的吸泥管沿池長(zhǎng)方向等距布置，可以有效地連續(xù)吸除池底污泥）。11）吸泥孔（選擇合適的吸泥孔孔徑和間距，避免濃縮的污泥繞過這些泥孔）。12）墻角斜面（將污泥導(dǎo)向池底以便吸除）。13）套筒閥（可配備電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作）。14）鏈條（高強(qiáng)度玻璃鋼鏈條安裝簡(jiǎn)便壽命長(zhǎng)、性能可靠）。15）刮板（刮板上的耐磨條使池內(nèi)污泥清除效果更好，輕柔地推動(dòng)污泥送入排泥槽）。

如圖4所示，矩形周進(jìn)周出二沉池將圓形周進(jìn)周出二沉池、液壓吸泥管及鏈條刮泥機(jī)等三項(xiàng)技術(shù)集于一身。

進(jìn)水流入沿池長(zhǎng)方向的進(jìn)水渠內(nèi)，通過渠底的配水孔進(jìn)入沉淀池。水流在自重作用下滲漏，然后橫跨池底，向上再折流回出水渠。整個(gè)池容被有效利用，避免了短流?；旌弦褐形勰嗑鶆虻爻两迪聛?。

沉淀在池底的污泥由鏈條刮泥機(jī)刮入就近的液壓吸泥管中。刮板以0.3m/min或更小速度運(yùn)行（設(shè)計(jì)刮板參數(shù)為0.2m/min~0.6m/min），避免對(duì)污泥層造成攪動(dòng)，保證較低的出水SS。池底設(shè)置排泥槽，通過液壓排泥管及套筒閥吸除排泥槽內(nèi)沉淀的污泥。

吸泥管總是先排除污泥濃度最高的底層污泥，不會(huì)產(chǎn)生不必要的稀釋，保證了活性污泥法需要回流的污泥濃度。因?yàn)檠爻亻L(zhǎng)方向的污泥均勻地沉淀，所以池底的排泥槽需要等距離布設(shè)，以使污泥在池內(nèi)的平均停留時(shí)間保持在20min左右。這樣保證了回流污泥的活性更好，濃度更高，出水SS較低，同時(shí)降低了生化池氧的需求量。

3.3 除臭工藝

再生水廠采用生物除臭、調(diào)蓄池采用化學(xué)除臭，臭氣經(jīng)收集集中處理達(dá)標(biāo)后高空排放，排放塔高度為距地面不小于15m。預(yù)處理和污泥脫水區(qū)域臭氣濃度較高，同時(shí)采用送離子風(fēng)對(duì)空間進(jìn)行除臭。該工程設(shè)計(jì)有全過程除臭工藝，其處理流程如圖5所示。其具體的除臭方法是在全地埋式污水處理廠的生物池設(shè)計(jì)位置，預(yù)先安裝成套的微生物培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱內(nèi)投放脫氮硫桿菌、氧化硫硫桿菌、假單胞等微生物，利用污泥池內(nèi)的有機(jī)質(zhì)實(shí)現(xiàn)微生物的可持續(xù)培養(yǎng)增殖，微生物也對(duì)生物池內(nèi)的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解，達(dá)到除臭目的，兩者的相互作用實(shí)現(xiàn)了處理系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)。

圖5 地埋式污水處理全過程除臭技術(shù)

4 地埋式污水處理廠水質(zhì)處理效果

對(duì)污水處理廠凈化后的水質(zhì)進(jìn)行取樣和室內(nèi)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)為12個(gè)月，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果見表1。從表1可以看出，在全年范圍內(nèi)，污水處理廠凈化后水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)最大值均未超過設(shè)計(jì)要求，滿足直接排放的要求，達(dá)到了預(yù)期的水質(zhì)處理效果。

表1 污水處理場(chǎng)出水水質(zhì)指標(biāo)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

該文以洗瓦堰再生水廠及調(diào)蓄池工程為研究對(duì)象，針對(duì)地埋式污水處理的全過程工藝，提出了AAO深化處理技術(shù)、矩形沉淀池技術(shù)、除臭技術(shù)共3個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明，在全年范圍內(nèi)，污水處理廠凈化后水質(zhì)化學(xué)需氧量COD小于30mg/L、生化需氧量BOD5不超過6mg/L、總含氮量TN小于10mg/L、總含磷量TP不超過0.3mg/L、氨氮含量小于1.5mg/L（水溫≤12℃時(shí)為3mg/L）。研究成果可為全地埋式污水處理廠的污水處理工藝提供參考。