肖 峻，周慕之

（上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200030）

分期建設(shè)規(guī)模差異較大的小型污水處理廠研究

肖 峻，周慕之

（上海市政交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市 200030）

就分期建設(shè)規(guī)模差異較大的小型污水處理廠在工藝方案選擇、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇等方面需要注意的問題及原則進(jìn)行了研究，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

小型污水處理廠；分期；設(shè)計(jì)

0 引言

隨著全國城鎮(zhèn)化建設(shè)的開展，小型污水處理廠的建設(shè)進(jìn)度也日益加快。然而，這些小城鎮(zhèn)由于歷史原因和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡，衛(wèi)生設(shè)施基礎(chǔ)欠賬太多，現(xiàn)階段污水管網(wǎng)收集率較低，污水量較小，與規(guī)劃的污水量有較大的差距。同時(shí)，由于城鎮(zhèn)的建設(shè)發(fā)展往往分期分步進(jìn)行，城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的建設(shè)與污水量的增加也將跟隨城鎮(zhèn)發(fā)展分步推進(jìn)，故小型污水處理廠的建設(shè)需兼顧現(xiàn)狀與規(guī)劃，從工藝選擇、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)等各方面考慮污水廠分期分步的建設(shè)。

由于國內(nèi)外對大、中城市的污水處理工藝技術(shù)研究很多，但對需要分期建設(shè)的小型污水處理廠工藝選擇及構(gòu)筑物設(shè)計(jì)研究較少，為了更好的維護(hù)小城鎮(zhèn)的生態(tài)環(huán)境，本文對分期規(guī)模具有較大差異的小型污水處理廠的設(shè)計(jì)提出若干思路，并以上海市某鎮(zhèn)小型污水處理廠的設(shè)計(jì)為例，為今后分期實(shí)施小城鎮(zhèn)污水處理廠的設(shè)計(jì)提供參考。

1 工藝方案的確定[1,2]

1.1 小型污水處理廠的定義

對于小型污水處理廠規(guī)模的劃分，不同國家和地區(qū)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲國家一般認(rèn)為服務(wù)于小區(qū)、賓館等日處理能力在100～2 000人口當(dāng)量污水的處理廠為小型污水處理廠。我國大陸和臺灣地區(qū)則認(rèn)為小型污水處理廠的規(guī)模應(yīng)在10 000人口當(dāng)量以下或4 000 m3/d以下。根據(jù)我國實(shí)際情況，按規(guī)模大體可劃分為大型、中型和小型污水處理廠。規(guī)模超過100 000 m3/d是大型污水處理廠，一般建設(shè)在大城市；中型污水處理廠一般規(guī)模在50 000～100 000 m3/d，一般見于中小城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市郊縣。小型污水處理廠一般規(guī)模小于50 000 m3/d，建于小城鎮(zhèn)。

1.2 適合于小型污水處理廠的工藝方案選擇

污水處理廠工藝方案的確定必須要滿足小型污水處理廠的特點(diǎn)。

1.2.1 小型污水處理廠的特點(diǎn)

（1）小型污水處理廠一般見于小城鎮(zhèn)，而小城鎮(zhèn)的雨污水管網(wǎng)一般尚未完善，故污水處理的規(guī)模存在不確定性。

（2）小型污水處理廠由于負(fù)擔(dān)的排水面積小，污水量少，一天內(nèi)水量水質(zhì)變化較大。

（3）一般要求自動(dòng)化程度較高，以減少工作人員配置，降低運(yùn)營成本。

（4）由于規(guī)模較小，一般不設(shè)污泥處理設(shè)施，剩余污泥外運(yùn)處理。

1.2.2 小型污水處理廠工藝方案的確定

城市污水處理廠常用的工藝方法有：氧化溝系列、A/O系列、序批式反應(yīng)器（SBR）系列。各個(gè)系列不斷地發(fā)展、改進(jìn)，形成了目前比較典型的工藝有：如ORBAL氧化溝工藝、CARROUSEL-2000氧化溝工藝、雙溝式DE氧化溝工藝、三溝式T型氧化溝工藝、A/O工藝、A/A/O工藝、改良A/A/O工藝、倒置A/A/O工藝、SBR工藝、CASS（CAST）工藝、MSBR工藝、Unitank工藝等。

上述工藝中，從處理效果來看，均可滿足要求。但每種使用范圍和應(yīng)用的邊界條件也存在一定的差異。根據(jù)近年來國內(nèi)外專家的論證與實(shí)際工程的運(yùn)行情況，SBR和氧化溝工藝是公認(rèn)的高效、簡化的污水處理工藝，是中小型污水廠的首選工藝。

兩種方法的優(yōu)點(diǎn)為：

（1）反應(yīng)屬于完全混合型，具有較高的抗沖擊負(fù)荷能力。

（2）一般不設(shè)初沉池，簡化了工藝并且節(jié)省用地。

現(xiàn)對兩種工藝進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)SBR法相對于氧化溝又具有一些優(yōu)勢：

第一，供氧利用率高。SBR采用鼓風(fēng)曝氣，氧化溝采用葉輪機(jī)械曝氣，鼓風(fēng)曝氣的氧利用率較高。

第二，SBR法可以省去二沉池和回流污泥泵房，較之氧化溝法構(gòu)筑物數(shù)量少，占地小，故基礎(chǔ)投資小。

第三，SBR法可以間歇運(yùn)行，具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力而無需調(diào)節(jié)池。

綜上所述，SBR法更適應(yīng)于小型污水處理廠。在SBR法中，除了傳統(tǒng)的SBR工藝，還有諸多改良的工藝，比如ICEAS工藝、CASS工藝、UNITANK工藝等等。

傳統(tǒng)的SBR工藝如果要連續(xù)進(jìn)水，則需要對單一的SBR反應(yīng)器配備一個(gè)較大的調(diào)節(jié)池。同樣，如果需要增加后續(xù)處理，則需要較大容積的調(diào)節(jié)池。ICEAS工藝無法控制污泥膨脹，脫氮除磷效果一般。UNITANK工藝無專門的厭氧區(qū)，磷去除效果不理想，且池容利用率低。而CASS工藝是在ICEAS工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，它通過設(shè)置選擇器、預(yù)反應(yīng)區(qū)和污泥回流等措施控制了污泥膨脹、增大了有機(jī)物的去除率并起到了脫氮除磷的作用。同時(shí)，由于CASS工藝是三個(gè)池體的組合，故而創(chuàng)造了靜止沉淀的條件，可以使污水有良好的分離作用。

從分期建設(shè)的角度考慮污水工藝的選擇。分期建設(shè)的污水廠近遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模和水質(zhì)要求都會(huì)有相應(yīng)的變化，故污水處理工藝的選擇需考慮到水質(zhì)提升的要求及對處理工藝的構(gòu)筑物容積利用率高低。建議采用占地少，且能夠適應(yīng)將來不斷提高的出水標(biāo)準(zhǔn)的工藝。

綜上所述，CASS工藝作為一種改良的SBR工藝，具有較好的脫氮除磷、防止污泥膨脹的效果，且可以通過改造CASS四格輪流運(yùn)行的模式來調(diào)配污水量，更適用于分期建設(shè)差異較大的小型污水處理廠。

2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.1 污水廠處理單元分組的確定

污水處理廠處理單元的組數(shù)需根據(jù)污水處理廠的分期規(guī)模來確定。但是當(dāng)分期規(guī)模的差異較大時(shí)，如完全按照分期規(guī)模來確定構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)規(guī)模，必然導(dǎo)致構(gòu)筑物數(shù)目過多，廠區(qū)內(nèi)管線復(fù)雜，運(yùn)行管理工作量巨大，得不償失。另外，為了降低小型污水處理廠的建設(shè)成本，提高廠區(qū)運(yùn)行管理、設(shè)備維護(hù)的便捷性，處理單元分組不宜過多。

綜上所述，分期規(guī)模差異較大的小型污水處理廠處理單位的分組應(yīng)主要以遠(yuǎn)期處理規(guī)模為分組依據(jù)，同時(shí)兼顧各期不同的處理規(guī)模進(jìn)行設(shè)置，分組組數(shù)建議少于4組。設(shè)計(jì)人員應(yīng)靈活設(shè)置分組，分組后每組處理單元的設(shè)計(jì)規(guī)模可以和近期規(guī)模不同。

2.2 分期建設(shè)污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)思路

一般情況下，污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)規(guī)模應(yīng)與處理單元分組的設(shè)計(jì)規(guī)模相對應(yīng)。即如果處理單元分兩組，每組處理能力為10 000 m3/d，則每個(gè)分組的污水處理構(gòu)筑物的處理規(guī)模也應(yīng)為10 000 m3/d。但是，當(dāng)小型污水處理廠分期規(guī)模差異較大時(shí)，為達(dá)到各個(gè)分期的處理水量，污水處理構(gòu)筑物也需進(jìn)行分期建設(shè)。為達(dá)到分期建設(shè)的目的，設(shè)計(jì)人員可從以下幾方面對污水處理構(gòu)筑物進(jìn)行改造，達(dá)到分期建設(shè)的目的。

（1）改變構(gòu)筑物或管渠尺寸

污水處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)過程中，一般以控制污水流速來確定構(gòu)筑物或管渠的大小尺寸。當(dāng)污水處理構(gòu)筑物需要分期建設(shè)時(shí)，可以采用臨時(shí)改變構(gòu)筑物或管渠尺寸來保證各期適宜的污水流速?？梢酝ㄟ^臨時(shí)措施，從寬度和高度上改變構(gòu)筑物的尺寸；可以通過預(yù)留接口，預(yù)留漸擴(kuò)、漸縮管的方法改變管道管徑，從而使處理的污水流速滿足各個(gè)分期的要求。

（2）改變構(gòu)筑物使用時(shí)間

除了流速以外，還可以通過改變構(gòu)筑物的使用時(shí)間來達(dá)到不同規(guī)模的使用要求。當(dāng)構(gòu)筑物作處理污水用時(shí)，使用時(shí)間越短，流量越小，更適宜近期小規(guī)模流量。當(dāng)構(gòu)筑物做儲(chǔ)存污水或污泥用時(shí)，使用時(shí)間越長，流量越大，更適宜遠(yuǎn)期大規(guī)模流量。

（3）改變構(gòu)筑物使用性質(zhì)

除了上述兩種方法外，設(shè)計(jì)者還可以大膽改變構(gòu)筑物的使用性質(zhì)，來達(dá)到分期建設(shè)的目的。比如，可將部分污水處理構(gòu)筑物的容積改變?yōu)槲鬯{(diào)節(jié)池，或者將遠(yuǎn)期待使用的構(gòu)筑物作為調(diào)節(jié)池用。

（4）選擇合適的設(shè)備

污水處理廠內(nèi)設(shè)備的安裝必須與各個(gè)階段的分期規(guī)模相匹配，并充分考慮設(shè)備的保留利用，以降低建設(shè)成本。設(shè)計(jì)者在污水廠設(shè)備的選型過程中可以采用以下幾種方式，達(dá)到分期建設(shè)污水處理廠的目的。

a.分期安裝，大小配備

設(shè)備的安裝需根據(jù)各期不同的建設(shè)規(guī)模確定，分期分批進(jìn)行安裝。當(dāng)分期規(guī)模差異較大時(shí)，可根據(jù)各期不同情況，搭配使用大流量設(shè)備與小流量設(shè)備，達(dá)到處理目的。

b.選擇變頻設(shè)備

隨著科技的發(fā)展，許多設(shè)備可采用變頻調(diào)速，這樣既節(jié)約了能源，又可達(dá)到不同分期的要求。

c.必要時(shí)更換設(shè)備

并不是所有的設(shè)備都適合分期使用，一些設(shè)備，如閥門，不適合分期分批安裝。設(shè)計(jì)人員在必要時(shí)需更換設(shè)備，從而滿足使用的需要。

（5）其他需要注意的問題

a.預(yù)留分期建設(shè)接口

污水處理廠的分期建設(shè)會(huì)牽涉構(gòu)筑物、管渠、廠區(qū)土建、設(shè)備安裝等各個(gè)方面。設(shè)計(jì)者務(wù)必在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮以上因素，為后期的建設(shè)提供方便。

b.最不利的工況計(jì)算

對于分期建設(shè)的污水處理廠，最不利工況的計(jì)算應(yīng)考慮各期的最不利工況中的極值，從而保證污水處理廠各個(gè)分期均能達(dá)到處理要求。

c.均勻分配流量

均勻分配污水量、風(fēng)量是污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，當(dāng)污水處理廠分期規(guī)模差異較大時(shí)，特別是當(dāng)有大流量與小流量設(shè)備搭配使用時(shí)，需合理設(shè)計(jì)，保證各個(gè)處理構(gòu)筑物能夠均勻分布水量及風(fēng)量。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 工程簡介

本污水處理廠服務(wù)于上海郊區(qū)某集鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，根據(jù)現(xiàn)狀污水量及規(guī)劃城鎮(zhèn)污水量確定污水處理廠第一階段設(shè)計(jì)規(guī)模為1 500 m3/d，第二階段設(shè)計(jì)規(guī)模為6 000 m3/d，第三階段（遠(yuǎn)期）建設(shè)規(guī)模為12 000 m3/d。污水處理廠用地較寬裕，第一階段用地控制為10 300 m3，第一階段處理后的尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，第二、第三階段用地控制為13 300 m2，處理后的尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

考慮到該項(xiàng)目有脫氮除磷的要求，且水量又小，故污水處理采用CASS工藝，污水消毒采用紫外線消毒；污泥處理采用濃縮脫水后外運(yùn)處置。項(xiàng)目污水處理流程為粗格柵及進(jìn)水泵房→細(xì)格柵及旋流沉砂池→CASS生物反應(yīng)池→紫外線消毒渠→出水計(jì)量井。污泥處理流程為儲(chǔ)泥池→污泥濃縮脫水機(jī)房及污泥堆棚。

3.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)模及分組

考慮到近遠(yuǎn)期的結(jié)合，規(guī)模的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，部分構(gòu)筑物一期考慮單組（雙格）運(yùn)行，遠(yuǎn)期工程實(shí)施后可確保所有單體構(gòu)筑物能滿足多組運(yùn)行，大大提高了運(yùn)行的可靠性。根據(jù)遠(yuǎn)期處理規(guī)模，并考慮分期實(shí)施，各主要構(gòu)筑物分組情況如下：

粗格柵及進(jìn)水泵房：進(jìn)水泵房一座，設(shè)雙艙粗格柵渠，每艙中設(shè)2臺粗格柵。第一階段土建按12 000 m3/d建設(shè)，粗格柵按6 000 m3/d安裝，水泵按1 500 m3/d安裝。

細(xì)格柵及沉砂池：分兩組，每組各兩個(gè)細(xì)格柵及沉砂池。第一階段土建按6 000 m3/d建設(shè)，設(shè)備按6 000 m3/d安裝。第一階段考慮單組（雙格）運(yùn)行。第三階段另外新建一組細(xì)格柵及沉砂池。

CASS生物反應(yīng)池：分四組，每組四格。第一階段建設(shè)一組，土建按3 000 m3/d建設(shè)，設(shè)備安裝兩格。第二階段另增加一組。第三階段增加兩組。

紫外線消毒渠：共一組（另設(shè)超越渠）。第一階段土建按12 000 m3/d建設(shè)，設(shè)備按3 000 m3/d安裝。第一階段考慮單組（另設(shè)超越渠）運(yùn)行。第二階段另外加裝消毒設(shè)備，第三階段再增加設(shè)備。

出水計(jì)量井：共一組。土建按12 000 m3/d建設(shè)，設(shè)備按3 000 m3/d安裝。

鼓風(fēng)機(jī)房：土建按12 000 m3/d建設(shè)，第一階段設(shè)備按3 000 m3/d安裝。

儲(chǔ)泥池：分兩組。第一階段按污水處理量6 000 m3/d建設(shè)一座，第二階段不變，第三階段增加一座。

污泥濃縮脫水一體機(jī)房：機(jī)房土建按污水處理量12 000 m3/d建設(shè)。

污泥堆棚：第一階段土建按污水處理量12000m3/d建設(shè)。

3.3 設(shè)備選擇

粗格柵及進(jìn)水泵房：粗格柵按6 000 m3/d安裝，分2套。水泵按1 500 m3/d安裝，第一階段安裝兩臺2小泵，其中1臺變頻，1臺備用。第二階段增加2臺大泵，1臺安裝在現(xiàn)場，1臺庫存?zhèn)溆茫?臺小泵常用。第三階段在另外一組泵房中增加3臺大泵，其中2用1備。

細(xì)格柵及沉砂池：細(xì)格柵及沉砂池按6 000 m3/d安裝，細(xì)格柵安裝兩組。第一階段、第二階段不變。第三階段新建另外一組細(xì)格柵及沉砂池，設(shè)備也按6 000 m3/d安裝。

CASS生物反應(yīng)池：第一階段設(shè)置一組處理單元，每組四格，其中兩格作為反應(yīng)池，另兩格作為調(diào)節(jié)池使用。日均處理水量為1 500 m3/d，但單格處理池由于調(diào)節(jié)水量后流量增加，故單格設(shè)備按照3 000 m3/d安裝。第二階段原兩格調(diào)節(jié)池安裝設(shè)備后作反應(yīng)池使用，另增加一組，處理水量共6 000 m3/d。第三階段增加兩組，共4組處理單元，處理水量共12 000 m3/d。

紫外線消毒渠：共一組，第一階段砌筑擋流墻，縮減渠道寬度，設(shè)備按3 000 m3/d安裝。第二階段敲除部分擋流墻，拓寬渠道，再安裝一組設(shè)備，處理流量達(dá)到6 000 m3/d，第三階段去除余下?lián)趿鲏?，再增加紫外線消毒設(shè)備，處理流量達(dá)到12 000 m3/d。

出水計(jì)量井：第一階段電磁流量計(jì)按3 000 m3/d安裝。第二階段、第三階段均需根據(jù)流量更換電磁流量計(jì)。

鼓風(fēng)機(jī)房：第一階段，鼓風(fēng)機(jī)按照3 000 m3/d安裝，兩用一備，共三臺小風(fēng)機(jī)。第二階段將其中一臺小風(fēng)機(jī)改為一臺大風(fēng)機(jī)，另外新安裝一臺大風(fēng)機(jī)，共兩臺小風(fēng)機(jī)，兩臺大風(fēng)機(jī)，其中一臺大風(fēng)機(jī)備用。第三階段再增加兩臺大風(fēng)機(jī)，共四臺大風(fēng)機(jī)，兩臺小風(fēng)機(jī)，其中一臺大風(fēng)機(jī)備用。

儲(chǔ)泥池：分兩組。第一階段安裝一套潛水?dāng)嚢杵鳎诙A段改變污泥設(shè)計(jì)停留時(shí)間，設(shè)備不變，第三階段新建一座儲(chǔ)泥池，并增加一套攪拌器。

污泥濃縮脫水一體機(jī)房：帶式污泥濃縮脫水機(jī)安裝兩臺，第一階段一用一備，第二階段不變，第三階段增加一臺，兩用一備。

3.4 管線預(yù)留

考慮到第二、第三階段污水廠升級改造的需要，故本工程預(yù)留了擴(kuò)建后的污水管、場地雨水管、污泥管、工藝管線的接口，方便后期工程銜接。

通過構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)和設(shè)備的選擇，該污水處理廠能夠滿足1 500 m3/d、6 000 m3/d、12 000 m3/d，三個(gè)階段流量的處理要求。

4 結(jié) 語

小型污水處理廠工藝的選擇必須因地制宜，并且具有靈活多變的可能性。當(dāng)分期規(guī)模差異較大時(shí)，污水廠設(shè)計(jì)需在構(gòu)筑物設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)及設(shè)備選型上深入研究，以保證各個(gè)分期建設(shè)的使用要求。

[1]呂臻.CASS工藝在中國西南地區(qū)小型污水處理廠的工程化應(yīng)用[D].吉林長春:吉林大學(xué),2010.

[2]王偉斌,吳凡松.小型污水處理廠的設(shè)計(jì)[J].中國給水排水,2002(3): 59-62.

TU992.03

B

1009-7716（2016）12-0090-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.026

2016-09-23

肖峻（1968-），男，福建龍巖人，高級工程師，從事排水設(shè)計(jì)工作。