沈陽市造化污水處理廠擴建工程設(shè)計及運行效果

袁志紅，劉瀾濤，吳波，劉志彥，向元英

（1.沈陽振興環(huán)保工程有限公司，沈陽 110003；2.沈陽市城鄉(xiāng)建設(shè)事務(wù)服務(wù)中心，沈陽 110013；3.四川省工程咨詢研究院，成都 610011）

2015 年4 月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計劃》，指出要狠抓工業(yè)污染防治，強化城鎮(zhèn)生活污染治理[1]。污水處理廠是水污染防治不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，隨著國家在政策和資金方面的支持力度不斷加大，污水處理廠的建設(shè)也得到了快速發(fā)展[2]。

我國部分工業(yè)園區(qū)建設(shè)較早，環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，需要依托城鎮(zhèn)污水處理廠處理企業(yè)預(yù)處理后的工業(yè)廢水[3]。部分企業(yè)產(chǎn)生的廢水經(jīng)過預(yù)處理后仍可能存在大量難降解的污染物，部分企業(yè)還存在超標(biāo)排放現(xiàn)象[4]，以上問題都會增加城鎮(zhèn)污水處理廠的處理難度。本文以沈陽市造化污水處理廠為例，介紹其設(shè)計工藝，并分析其運行情況和處理效果，以期為同類型污水處理廠的設(shè)計及運行提供參考。

1 工程概況

沈陽市造化污水處理廠位于沈陽市洪區(qū)造化街道閘上村，一期工程設(shè)計規(guī)模為1.0×104t/d，于2012年11 月運行投產(chǎn)，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(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。該污水處理廠主要處理造化、平羅兩地的生活污水和工業(yè)廢水，服務(wù)范圍約25.2km2。

隨著城市黑臭水體整治工作的持續(xù)推進，配套排水管網(wǎng)不斷完善，污水處理廠的進水量也在逐步增加并超過設(shè)計處理水量。該污水處理廠于2018 年采購安裝了處理能力為0.25×104t/d 的一體化膜生物反應(yīng)器（MBR）污水處理設(shè)備1 套，但仍然無法滿足服務(wù)范圍內(nèi)的污水處理需求，因此二期擴建工程的實施勢在必行。

二期工程位于污水處理廠東側(cè)預(yù)留地內(nèi)，設(shè)計規(guī)模為1.75×104t/d，設(shè)計出水水質(zhì)仍然執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計進、出水水質(zhì)見下表。

2 工藝流程及設(shè)計參數(shù)

2.1 工藝流程

本工程采用“格柵+曝氣”沉沙池作為預(yù)處理單元，二級處理單元采用具有生物脫氮除磷功能的厭氧—缺氧—好氧法（A2/O）工藝，二級出水經(jīng)過“高密度沉淀池+濾布過濾”處理消毒后排入蒲河。污水處理廠工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖

設(shè)計進出水水質(zhì)

剩余污泥經(jīng)過濃縮、脫水后，含水率可降至80%以下，最終外運處理。格柵間、進水泵房、沉沙池、儲泥池及污泥脫水間等構(gòu)筑物全部加蓋（罩）密封，產(chǎn)生的臭氣采用負(fù)壓抽吸進行生物除臭。生物除臭系統(tǒng)包括1 座生物除臭濾池和2 臺玻璃鋼離心鼓風(fēng)機，臭氣處理量為51 000m3/h，處理標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中廠界廢氣排放二級標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

（1）粗格柵與提升泵房。粗格柵間與提升泵房合建，平面尺寸（L×B）為18.5m×10.5m。設(shè)計進水渠道2 條，每條渠道內(nèi)安裝回轉(zhuǎn)式格柵1 臺，柵條間隙為10mm。提升泵房集水池尺寸（L×B×H）為7.65m×10.25m×11.00m，有效水深2.9m，安裝提升泵4 臺（3 用1 備）。單臺提升泵流量為368m3/h，揚程16m。

（2）細(xì)格柵與曝氣沉沙池。細(xì)格柵間與曝氣沉沙池合建，平面尺寸（L×B）為24.0m×12.0m。設(shè)計細(xì)格柵渠道2 條，每條渠道安裝回轉(zhuǎn)式格柵1 臺，柵條間隙為5.0mm。新建曝氣沉沙池1 座，分為2 格，單格平面尺寸（L×B）為11.00m×5.05m，有效水深為4.5m。曝氣沉沙池配套沙水分離器2 套，每套處理能力為5—12L/s；鼓風(fēng)機2 臺（1 用1 備），單臺設(shè)備氣量為5m3/min。

（3）A2/O 生化池。新建A2/O 生化池1 座，尺寸（L×B×H）為43.6m×53.0m×6.8m，有效容積為13 692m3。A2/O 生化池設(shè)計污泥負(fù)荷為0.07kgBOD5/（kgMLSS·d）；污泥齡為18d；水力停留時間為17.1h。A2/O 生化池分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，有效容積分別為1260m3、4452m3和7980m3。

A2/O 生化池配套安裝潛水?dāng)嚢杵? 臺；懸浮離心鼓風(fēng)機3 臺（2 用1 備），單臺鼓風(fēng)機風(fēng)量為45m3/min；硝化液回流泵4 臺，單臺流量為365m3/h。

（4）二沉池與污泥泵房。新建二沉池2 座，為周邊進水周邊出水的圓形輻流式結(jié)構(gòu)。單座池體直徑為28m，設(shè)計表面負(fù)荷0.9m3/（m2·h），水力停留時間3h。

二沉池配套建設(shè)配水井1 座，同時作為污泥泵房。配水井直徑為14.6m，配套安裝污泥回流泵3 臺，單臺流量為243m3/h，揚程7.0m；剩余污泥泵2 臺（1 用1 備），單臺流量為16.0m3/h，揚程20m。

（5）高密度沉淀池。新建高密度沉淀池1 座，尺寸（L×B×H）為19.4m×17.5m×6.7m，分為2 格?；旌蠀^(qū)停留時間為51s；絮凝區(qū)停留時間為2min；沉淀區(qū)停留時間為9.8min，設(shè)計表面負(fù)荷為10m3/（m2·h）。絮凝劑選用氯化鐵（FeCl3），助凝劑選用聚丙烯酰胺（PAM）。

（6）濾布濾池。新建濾布濾池1 座，尺寸（L×B×H）為9.0m×4.0m×4.7m。設(shè)計濾速為5.2—7.9m/h，濾盤總有效過濾面積138.6m2。配套安裝反沖洗水泵2 臺（1 用1 備），單臺流量為30m3/h，揚程14m，反沖洗周期為1.0—2.0h。

（7）紫外消毒池。新建紫外消毒渠2 條，其中1 條作為超越渠道，總尺寸（L×B×H）為10.2m×3.3m×2.8m。消毒渠內(nèi)安裝紫外消毒模塊1 套，功率為12.7kW。

（8）加藥間。新建加藥間1 座，平面尺寸（L×B）為24.0m×16.0m。加藥間內(nèi)安裝FeCl3、PAM 和乙酸鈉投加系統(tǒng)各1 套。其中，F(xiàn)eCl3最大投加量為60mg/L、PAM 最大投加量為1.0mg/L、乙酸鈉最大投加量為120mg/L。

（9）污泥脫水間。新建污泥脫水間1 座，平面尺寸（L×B）為36.0m×12.0m（含污泥料倉）。本工程A2/O 生化池產(chǎn)生的剩余污泥量為325m3/d（含水率99.2%），高密度沉淀池產(chǎn)生的化學(xué)污泥量為10m3/d（含水率98%）。污泥脫水間內(nèi)安裝離心濃縮脫水一體機2 臺（1 用1 備），單臺處理能力為30—40m3/h。

3 運行效果分析

污水處理廠擴建工程自投入運行以來，進水水量總體較為穩(wěn)定。2021 年1—6 月，污水處理廠平均進水量為1.5×104m3/d，有91%的運行天數(shù)進水量低于1.7×104m3/d。但是進水水量也存在一定的季節(jié)性波動，汛期（6 月）水量較大，最大進水量為2.49×104m3/d。

化學(xué)需氧量（COD）的處理效果如圖2 所示。2021 年1—6 月，進水COD 濃度波動較大。據(jù)統(tǒng)計，較高頻度的進水COD 濃度分布在200—300mg/L，相對頻率為44.7%；有近20%的運行天數(shù)實際進水COD 濃度高于330mg/L，最大濃度為536.1mg/L，明顯高于設(shè)計進水水質(zhì)。面對有機負(fù)荷沖擊時，污水處理廠通常會提高污泥回流比以提高污泥濃度，同時增大曝氣量，必要時還會啟動一體化MBR 污水處理設(shè)備作為應(yīng)急措施。因此，系統(tǒng)對COD 的處理效果較好，最大出水COD 濃度僅為32.4mg/L，遠(yuǎn)低于排放限值。

圖2 COD 濃度變化及去除率

污水處理廠對NH3-N 的去除效果如圖3 所示。NH3-N 的進水平均濃度為20.23mg/L，90%的運行天數(shù)實際NH3-N 進水濃度在設(shè)計進水濃度范圍內(nèi)（≤30mg/L）。但是仍有10%的運行天數(shù)的進水NH3-N 濃度異常升高，最高為53.98mg/L，推斷是企業(yè)排放超標(biāo)廢水所致。但是NH3-N 的平均出水濃度為0.44mg/L，平均去除率高達(dá)97.5%，說明系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果穩(wěn)定。

圖3 NH3-N 濃度變化及去除率

如圖4 所示，進水TN 平均濃度為42.1mg/L，最大濃度為76.5mg/L，有70%的運行天數(shù)的進水COD/TN小于8.0，屬于典型的低碳氮比廢水。本工程使用的外加碳源為乙酸鈉，能夠直接被微生物利用，利用效率高、馴化時間短[5]。同時，A2/O 生化池缺氧區(qū)的水力停留時間設(shè)計長達(dá)5.6h。以上措施都保證了系統(tǒng)的生物脫氮效果。系統(tǒng)出水TN 最大濃度為9.5mg/L，平均濃度為6.1mg/L，實際平均去除率為83.5%，能夠穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計要求。

圖4 TN 濃度變化及去除率

污水中TP 的去除方式包括生物除磷和化學(xué)除磷。由圖5 可知，進水TP 濃度波動較大，最高濃度為15.13mg/L，最低濃度僅為1.01mg/L。污水中的TP 一部分通過聚磷菌（PAOs）的好氧攝磷轉(zhuǎn)移至活性污泥內(nèi)，另一部分則主要與FeCl3形成磷酸鐵（FePO4）、氫氧化鐵[Fe(OH)3]等難溶物質(zhì)后通過重力沉淀去除[6]。對出水TP 濃度進行分析可知其平均去除率高達(dá)98.5%，最大出水TP 濃度僅為0.3mg/L，既能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，也能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的IV 類要求。

圖5 TP 濃度變化及去除率

4 技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

經(jīng)測算，本工程總投資約為7924 萬元，其中工程費用約為6400 萬元。污水處理的總成本為1.07 元/m3，經(jīng)營成本為0.78 元/m3，運行電耗為0.56kW·h/m3。

5 結(jié)語

沈陽市造化污水處理廠進水水質(zhì)存在較大波動，并混有部分工業(yè)廢水。擴建工程主體采用“A2/O+高密度沉淀池+濾布濾池”組合工藝，工程實踐表明：該污水處理廠運行穩(wěn)定，具有良好的耐沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)能夠滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)，處理成本為0.78 元/m3，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益。