文／魏鵬 合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司 安徽合肥 230001

引言：

隨著城鎮(zhèn)化進程加快，小城鎮(zhèn)在城鎮(zhèn)總數(shù)中所占的比例不斷增大，經(jīng)濟快速發(fā)展的同時環(huán)境污染問題隨之出現(xiàn)，城鎮(zhèn)污水排放量不斷增加，然而小城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在小城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)和處理設(shè)施不健全，污水處理率較低等[1]。與大中城市相比，小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)還受到資金來源缺乏和管理技術(shù)水平等條件制約。因此，選擇一套適合小城鎮(zhèn)污水特性、高效低耗、管理簡單的污水處理工藝，有助于更加全面提高污水處理水平，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)環(huán)境友好型社會。

某建制鎮(zhèn)位于江蘇省宿遷市城郊，屬于駱馬湖流域保護范圍。按照國家《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019—2021年）》提出的基本無生活污水直排口、基本消除城中村、老舊城區(qū)和城鄉(xiāng)接合部生活污水收集處理設(shè)施空白區(qū)，基本消除黑臭水體，城市生活污水集中收集效能顯著提高目標，加快補齊鎮(zhèn)區(qū)污水收集和處理設(shè)施短板，實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集。該鎮(zhèn)于2020年初開展中心鎮(zhèn)區(qū)污水處理提質(zhì)增效工程，在該鎮(zhèn)區(qū)東南部新建污水處理廠1 座，污水處理廠設(shè)計規(guī)模為2500m3/d，主要處理鎮(zhèn)區(qū)居民生活污水和部分工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水。

1.設(shè)計進出水水質(zhì)

工程設(shè)計初期，為更準確地確定其設(shè)計進水水質(zhì)，在全面分析該鎮(zhèn)社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局以及規(guī)劃發(fā)展的基礎(chǔ)上，參考本地區(qū)同類型污水處理廠的進水監(jiān)測數(shù)據(jù)，并考慮一定的設(shè)計余量，確定污水處理廠設(shè)計水水質(zhì)；根據(jù)《江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》要求，設(shè)計出水水質(zhì)指標達到二級標準，具體詳見下表1。

表1 污水廠設(shè)計進出水水質(zhì)

2.工藝比選與流程設(shè)計

2.1 處理工藝比選

常規(guī)的城市污水二級生化處理工藝有氧化溝、A/O 法、A2/O 工藝等，若小城鎮(zhèn)污水處理采用這些常規(guī)工藝，會造成建設(shè)成本過高、技術(shù)支持難度大等問題，導致小城鎮(zhèn)污水處理廠無法有效建成或難以正常運行。小城鎮(zhèn)污水處理工藝的選擇，應(yīng)充分考慮污水來源、收集和運行管理等具體情況，選擇建設(shè)成本低、運維管理簡便、運行成本低且具有穩(wěn)定處理效果的工藝。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，對以下常見的6 種小城鎮(zhèn)污水處理工藝進行比較分析，見下表2。

表2 小城鎮(zhèn)污水處理適用工藝比選分析

人工濕地和CRI工藝屬于人工強化自然水處理，基建、運行成本低。管理難度低，占地面積大，處理效果相對較差，人工濕地主要的缺點是受氣候影響大，使其應(yīng)用受到嚴重限制?；钚晕勰喾ㄊ浅鞘形鬯幚淼某Ｒ?guī)處理方式，其中IBR 和CASS 工藝均較為適合我國小城鎮(zhèn)污水處理，在這6 種工藝中，基建、運行費用、管理難度均偏高[2]。也會相對產(chǎn)生大量的污泥，但是出水水質(zhì)穩(wěn)定，效果好；高負荷生物濾池和生物接觸氧化工藝均屬于生物膜法，盡管處理效果不及上述2 種活性污泥法，但其運行成本低、管理難度低和污泥量較少等優(yōu)點，使其受到廣泛應(yīng)用[3]。

2.2 工藝流程設(shè)計

由于該鎮(zhèn)區(qū)企業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性較強、居民生活污水排放的規(guī)律導致鎮(zhèn)區(qū)污水的水質(zhì)、水量變化大。針對該鎮(zhèn)的污水排放特點，兼顧考慮降低后期運維費用和管理難易程度，污水處理廠采用預處理+兩級生物膜法工藝+深度處理組合工藝，生化段工藝采用高負荷生物滴濾池+生物接觸氧化池兩級生物膜法，具體處理工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程

3.污水處理單元工藝設(shè)計

3.1 污水處理系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1 粗格柵及進水泵房

污水由主干管輸送至污水提升泵房，經(jīng)由粗格柵欄攔除污水中較大污染物，確保水泵安全運行。污水經(jīng)水泵提升至細格柵及平流沉砂池。粗格柵渠和進水泵房合建，平面尺寸為L×B=10.8×8.0，地下部分深度6.5m，地上部分高度0.3m。采用回轉(zhuǎn)式機械格柵，柵寬1m，柵條間隙15mm，柵條厚度10mm，安裝傾角75°。格柵清渣采用機械清渣方式，定期進行清渣，同時配備1 套人工格柵作為備用。泵房內(nèi)配備潛污泵（Q=100m3/h、H=13m、N=7.5kw）3 臺，2 用1 備。

3.1.2 細格柵及平流沉砂池

細格柵和平流沉砂池合建，平面尺寸L×B×H=14.5×2.8×2.8m，分細格柵及平流沉砂池兩個處理段。其中細格柵寬0.7m，格柵間隙5mm，設(shè)計柵前水深0.35m，格柵安裝傾角45°，配備規(guī)格為GH700、N=0.55kw的格柵除污機一套。平流沉砂池設(shè)計水力停留時間30s，水平流速0.25m/s，其中渠寬1m，沉砂區(qū)高度0.42m，有效水深為0.5m，設(shè)2 個砂斗，斗深1.72m。配備砂水分離器（Q=12L/s、N=0.25kw）1 臺；吸砂泵（Q=12m3/h、H=16m、N=2.2kw）2 臺。

3.1.3 中間水池

設(shè)置中間水池1 座，鋼混凝土結(jié)構(gòu)，總外形尺寸為L×B×H=8.6×4.8×3.5m，配備潛水污水泵（Q=150m3/h、H=10m、N=11kw）2 臺，1 用1 備。沉砂池出水經(jīng)自流進入中間水池，然后經(jīng)由中間水池內(nèi)的水泵提升進入高負荷生物濾池。

3.1.4 高負荷生物濾池

高負荷生物濾池近期設(shè)置1 座，設(shè)計規(guī)模為2500m3/d。污水經(jīng)由濾池上部的旋轉(zhuǎn)布水器噴淋下來，經(jīng)過堆積的濾料層，濾料表面生長的生物膜對污水中的有機物進行降解，濾池供氧由自然通風完成。設(shè)計水力負荷為27m3/(m2·d)，有機負荷1.0kgCOD/(m3·d)，運行回流稀釋比R=1～2。濾池設(shè)計采用圓形構(gòu)造，直徑D=16m，濾池高H=6.5m。其中底部構(gòu)造層1.75m，濾料層3.55m，超高1.2m。濾池內(nèi)采用無機固體活性生物填料，其中下層為承托層，填料粒徑70～100mm，厚1.05m；上層為濾料層，填料粒徑40～100mm，厚2.5m。濾池頂部配備自旋轉(zhuǎn)布水器一套，布水器直徑D=15.8m，布水器轉(zhuǎn)速為15r/min。濾池下部設(shè)集水池，經(jīng)濾池處理過的污水通過其底部匯水渠收集后，輸送至集水池。集水池尺寸為L×B×H=4.0×1.5×2.5m。

3.1.5 綜合反應(yīng)池（包含接觸氧化、混合池等）

生物接觸氧化池近期設(shè)置1 座，設(shè)計規(guī)模為2500m3/d，遠期按照同等規(guī)模增設(shè)1 座。池體凈尺寸L×B×H=25×5×5m，平均分為5 格，第一格為缺氧區(qū)，其余4 格為好氧區(qū)。池內(nèi)安裝彈性立體填料，設(shè)計填料有機負荷0.8kgCOD/(m3·d)，填料層高2.80m，填料總體積為350m3。池底采用膜片式微孔曝氣器，每個曝氣頭服務(wù)面積為0.4m2，曝氣強度為12.55m3/min。配備曝氣風機（Q=12.55m3/min、H=5m、N=18.5kw）2 臺，一用一備。池末端（第5格內(nèi)）設(shè)置內(nèi)循環(huán)泵（Q=150m3/h、H=8m、N=7.5kw）1 臺，將好氧區(qū)硝化液通過內(nèi)循環(huán)泵回流到缺氧區(qū)，設(shè)計最大回流比為200%。

混合絮凝沉淀池采用機械混合絮凝+ 平流沉淀工藝?；旌闲跄卦O(shè)計HRT=24min，設(shè)計尺寸L×B×H=5×2×5m，均分為3 格，鋼混凝土結(jié)構(gòu)，投加聚合氯化鋁作為絮凝劑，投加量為30mg/L。平流沉淀池設(shè)計表面負荷0.93m3/(m2·h)，水力停留時間2.30h，沉淀池總尺寸L×B×H=23×5×5m。

3.1.6 轉(zhuǎn)盤過濾池

轉(zhuǎn)盤過濾池1 座，設(shè)計處理流量為2500m3/d，濾池池體部分采用鋼混凝土結(jié)構(gòu)，外形尺寸為L×B×H=6.2×3.2×6.8m。濾池平均濾速為15m3/（h·m2），安裝濾盤數(shù)量為2 片，濾布有效過濾面積11.4m2。

3.1.7 紫外消毒池

污水處理廠尾水采用紫外消毒工藝進行消毒滅菌。消毒渠土建規(guī)模按照2500m3/d 設(shè)計，平面尺寸為L×B=8.4×2.7m，設(shè)置紫外消毒渠1 道，渠深1.4m，水深0.62m。一期工程安裝一個紫外消毒燈模塊組，共2 根燈管。采用低壓高強紫外燈管，單根燈管的功率為250W。

3.2 污泥處理系統(tǒng)

處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥大部分為深度處理化學污泥，沉淀池產(chǎn)污泥量約0.25t/d，污泥含水率99.9%。設(shè)計污泥池一座，外形尺寸L×B×H=12.2×10.2×5.5m。用于儲存沉淀池排出的污泥，廠區(qū)剩余污泥由專用槽罐車運至距其約10km 外的龍河污水處理廠進行板框壓濾后填埋處理，排泥間隔時間為15d。

4.工藝設(shè)計特色

針對小城鎮(zhèn)生活污水處理廠進水的水量和水質(zhì)波動較大的特點，選擇高負荷生物滴濾池與生物接觸氧化池串聯(lián)的兩級生物膜法工藝作為生物處理單元，并將高負荷生物滴濾池作為前端處理單元，能夠有效地抵抗來水高負荷沖擊，利用其無需機械曝氣，自然通風供氧的特點，大量去除污水中的有機物，減少了污水處理中的能耗，降低運行費用。同時，本工程在高負荷生物滴濾池底部設(shè)有集水池，內(nèi)置回流泵，可根據(jù)水質(zhì)、水量情況調(diào)整回流比，受來水波動沖擊小，耐沖擊負荷強。即使在夜間污水處理廠無進水情況下，仍然能夠通過回流運行維持濾料表面生物膜活性，保證處理單元穩(wěn)定運行。

污水經(jīng)過高負荷生物滴濾池處理后，污水中的COD降解能到達50%以上。經(jīng)由提升泵進入接觸氧化池，接觸氧化工藝作為一種浸沒式生物膜法，也具有抗沖擊負荷強，不存在污泥膨脹等優(yōu)點，將其與高負荷生物滴濾池串聯(lián)使用，能夠最大程度減少處理構(gòu)筑物的池容，降低污水處理廠的建設(shè)投資費用。生物接觸氧化池內(nèi)采用YDT 立式彈性填料，該填料具有掛膜快，生物附著量大，致密不脫落，無堵塞、剛?cè)徇m度等特點。填料以尼龍繩為中心，使絲條呈立體均勻排列輻射狀態(tài)，填料在有效區(qū)域內(nèi)能夠立體全方位均勻舒展?jié)M布池內(nèi)。填料絲條拉毛處理，表面粗糙，其特殊構(gòu)造對水中的氣泡作密集性多層次的切割，對微氣泡有良好的吸附作用，使微生物、污水和氧氣充分接觸。接觸氧化池分為5 格，在末端設(shè)置回流泵一臺，根據(jù)運行狀況以及進水水質(zhì)靈活的調(diào)節(jié)回流量，并且利用每格曝氣干管控制其曝氣量，在接觸氧化池內(nèi)形成缺氧區(qū)和好氧區(qū)，有利于污水中氨氮的有效去除。

工程中將接觸氧化池、機械絮凝池和平流沉淀池合建，形成一體化綜合池，既簡化了單獨建設(shè)這些構(gòu)筑物時配套的管道以及閥門系統(tǒng)，又節(jié)省工程占地，可有效降低項目投資，簡化運維管理難度。

5.運行效果及主要經(jīng)濟指標分析

5.1 運行效果

污水處理廠于2020年10月份開始運行調(diào)試，2021年3月份正式運行，處理負荷保持在2200m3/d 左右，處理系統(tǒng)進出水水質(zhì)見表3。運行數(shù)據(jù)表明，出水指標均達到了設(shè)計標準。污水處理廠建成后，鎮(zhèn)區(qū)整體水環(huán)境質(zhì)量明顯得到了較大的改善。

表3 污水處理廠運行效果

5.2 主要經(jīng)濟指標分析

本工程總投資1200 萬元，其中土建費用840 萬元，設(shè)備采購及安裝費用320 萬元，調(diào)試費用40 萬元。本工程建成投產(chǎn)運行以來，噸水處理成本為0.56 元/m3（其中電費0.32 元，藥劑費0.15 元，人工費0.05 元，其他費用0.04 元）。

結(jié)語：

經(jīng)過近兩年運行表明，以高負荷生物滴濾池+生物接觸氧化為主體的兩級生物膜法處理工藝處理效果穩(wěn)定，污泥產(chǎn)量少，從工藝設(shè)計的角度對小城鎮(zhèn)污水處理污泥產(chǎn)量進行減量化，減輕了小城鎮(zhèn)污水處理廠處理剩余污泥處置的負擔，進一步降低了其運行成本。該工藝在小城鎮(zhèn)污水處理中成功應(yīng)用，有效解決當前很多小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建得起用不起，建得好用不好的困境，對小城鎮(zhèn)污水處理具有較好適用性，可為小城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計提供參考和借鑒。