王興斌

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京市 100038）

0 引言

北方某城市污水處理一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10.0×104m3/d，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）中的一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

2018 年啟動(dòng)了污水廠的擴(kuò)建工程，設(shè)計(jì)規(guī)模8.0×104m3/d，2021 年6 月開始投入運(yùn)行。本文分析了在工程占地有限的條件下，擴(kuò)建工程工藝的選擇，并對(duì)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行效果進(jìn)行說明。

1 規(guī)模和水質(zhì)分析

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

2017 年污水廠處理水量為9.5×104～13.6×104m3/d，保證率85%時(shí)水量為12.1×104m3/d，高于設(shè)計(jì)規(guī)模的21%，污水廠已超負(fù)荷運(yùn)行。通過污水量預(yù)測分析，確定了本次擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為8.0×104m3/d。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)

對(duì)污水廠2017 年的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，保證率在85%和90%時(shí)進(jìn)水指標(biāo)見表1，結(jié)合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）標(biāo)準(zhǔn)，確定污水廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 污水廠用地現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，廠區(qū)用地紅線面積為168498 m2，一期工程已使用面積131122 m2，本次擴(kuò)建工程可用面積僅37376 m2，且廠區(qū)周邊沒有擴(kuò)建用地條件。根據(jù)《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，8 萬m3/ d規(guī)模的污水廠二級(jí)處理工藝用地控制指標(biāo)為1.08 m2/（m3·d-1），深度處理工藝用地控制指標(biāo)為0.32 m2/（m3·d-1），總用地控制面積為112000 m2。擴(kuò)建工程可用面積遠(yuǎn)小于用地控制指標(biāo)。因此，擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)時(shí)需考慮節(jié)省占地、集約化布置。

2.2 處理工藝選擇

經(jīng)比選分析，擴(kuò)建工程采用“初沉池- 多級(jí)AO生化池- 高速氣浮池- 反硝化深床濾池”處理工藝，流程如圖1 所示。

圖1 擴(kuò)建工程工藝流程

擴(kuò)建工程包含一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理等單元構(gòu)筑物。

由于設(shè)計(jì)進(jìn)水SS 較高，在生化池前設(shè)置了初沉池，采用沉淀效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的斜管沉淀池。該沉淀池池體結(jié)構(gòu)和高密度沉淀池類似，表面負(fù)荷為6～12 m3/（m2·h），與傳統(tǒng)沉淀池相比，可節(jié)省約2/3 的占地。

二級(jí)處理采用多級(jí)AO 生化工藝，流程圖如圖2所示，污泥回流至預(yù)缺氧區(qū)可降低硝酸鹽對(duì)厭氧區(qū)生物除磷的不利影響。好氧區(qū)后設(shè)置了二段缺氧區(qū)和好氧區(qū)，進(jìn)水和混合液回流采用多點(diǎn)布置，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化調(diào)整運(yùn)行方式[1-3]。

圖2 多級(jí)AO 工藝流程

深度處理包含高速氣浮池和反硝化深床濾池。高速氣浮池集混凝、絮凝和氣浮于一體，與高密度沉淀池比較，具有絮凝時(shí)間短、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)。反硝化深床濾池兼具過濾和脫氮功能，目前已廣泛應(yīng)用于污水廠的深度處理[4-5]。

污泥經(jīng)重力濃縮池和離心脫水處理后，含水率不大于80%，泥餅外運(yùn)處置。

3 主要建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 一級(jí)處理單元

（1）粗格柵和提升泵房1 座，安裝鋼絲繩牽引格柵除污機(jī)2 臺(tái)，格柵寬1600 mm，格柵間隙20 mm，安裝角度75°。提升泵房設(shè)4 臺(tái)潛水排污泵，流量1445 m3/h，揚(yáng)程20 m。

（2）細(xì)格柵及曝氣沉砂池1 座，回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)2 臺(tái)，格柵寬度2200 mm，間隙5 mm，配套無軸螺旋輸送機(jī)1 臺(tái)。曝氣沉砂池分2 格，有效水深3.5 m，停留時(shí)間5 min，配套吸砂機(jī)和砂水分離器。

3.2 初沉池和二級(jí)處理單元

擴(kuò)建工程的初沉池、生化池和二沉池采取組合布置形式，實(shí)現(xiàn)了集約化，減少占地面積。

（1）初沉池1 座2 格，包含配水渠、澄清池、污泥泵房及浮渣排放系統(tǒng)。澄清區(qū)設(shè)斜管及支撐件，表面負(fù)荷11.9 m3/（m2·h），每組配套中心驅(qū)動(dòng)刮泥機(jī)1 套，直徑15 m，污泥泵房設(shè)排泥泵3 臺(tái)，流量150 m3/h，揚(yáng)程7 m，污泥排至新建的污泥濃縮池，浮渣經(jīng)渣水分離器分離。初沉池出水渠直接和生化池進(jìn)水分配井相連。

（2）生化池1 座2 格，總有效容積70000 m3，設(shè)計(jì)水深7.5 m，總水力停留時(shí)間21 h。好氧區(qū)設(shè)管式微孔曝氣器，單管設(shè)計(jì)供氣量11 m3/（h·m）。缺氧區(qū)和厭氧池設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)?；旌弦夯亓鞅迷O(shè)于一段好氧區(qū)末端，設(shè)計(jì)最大混合液回流比300%，混合液回流至厭氧池和一段缺氧池，單格混合液回流泵4 臺(tái)，流量1667 m3/h，揚(yáng)程1.2 m。

（3）平流式沉淀池1 座8 格，單格尺寸70 m×8.5 m，有效水深4.0 m，平均表面負(fù)荷0.7 m3/（m2·h）。設(shè)桁車式刮泥機(jī)4 臺(tái)，污泥渠和生化池相連，設(shè)外回流泵6 臺(tái)，流量833 m3/h，揚(yáng)程3 m，最大污泥回流比100%。剩余污泥泵3 臺(tái)，流量150 m3/h，揚(yáng)程20 m。

3.3 深度處理單元

（1）高速氣浮池3 組，包括混合區(qū)、絮凝區(qū)和氣浮區(qū)?；旌蠒r(shí)間4.6 min，絮凝時(shí)間7.8 min，氣浮區(qū)表面水力負(fù)荷11.4 m3/（m2·h）。

混合區(qū)設(shè)置機(jī)械攪拌器，絮凝區(qū)采用水力絮凝，氣浮池表面浮渣經(jīng)鏈條式刮泥機(jī)收集后排至污泥濃縮池，出水通過底部穿孔板收集。

（2）反硝化深床濾池1 座6 格，平均濾速為4.9 m/h，單格反沖洗時(shí)強(qiáng)制濾速5.88 m/h。反沖洗設(shè)備用房設(shè)3 臺(tái)反沖洗水泵，流量970 m3/h，揚(yáng)程10 m。設(shè)3 臺(tái)風(fēng)反洗風(fēng)機(jī)，風(fēng)量82 m3/min，風(fēng)壓70 kPa。

（3）消毒池1 座，設(shè)紫外消毒器2 套，消毒池出水排至廠區(qū)已有的巴氏計(jì)量槽，與一期工程的出水合并計(jì)量和排放。

3.4 污泥處理單元

（1）重力濃縮池2 座，接納初沉污泥、剩余污泥及化學(xué)污泥。濃縮池直徑15 m，有效水深3.8 m。每座安裝中心傳動(dòng)濃縮刮泥機(jī)1 臺(tái)。

（2）脫水機(jī)房平面尺寸28 m×18 m，設(shè)離心脫水機(jī)4 臺(tái)，單臺(tái)進(jìn)泥量40～80 m3/h；污泥進(jìn)料螺桿泵4 臺(tái)，單臺(tái)流量40～80 m3/h，揚(yáng)程20 m；脫水后污泥螺桿泵4 臺(tái)，單臺(tái)流量10 m3/h，揚(yáng)程16 m。

3.5 除臭系統(tǒng)

生物除臭系統(tǒng)1 套，處理量20000 m3/h，采用生物過濾除臭工藝，對(duì)粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池、濃縮池和脫水機(jī)產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行收集和處理，臭氣經(jīng)過濾池中微生物填料層時(shí)被吸附降解成無害的小分子物質(zhì)[6]。處理后，尾氣達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》廢氣排放最高允許濃度（GB 18918—2002）中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 其他建（構(gòu)）筑物

（1）中間提升泵房，為滿足尾水排放的水力要求，在高速氣浮池前設(shè)提升泵房1 座，泵房設(shè)潛水泵4臺(tái)，單臺(tái)流量1445 m3/h，揚(yáng)程10 m。

（2）鼓風(fēng)機(jī)房1 座，設(shè)離心鼓風(fēng)機(jī)4 臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量120 m3/min，風(fēng)壓8.5 m。

（3）加藥間1 座，設(shè)置碳源、PAC、PAM 和次氯酸鈉加藥系統(tǒng)。

4 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）選擇占地面積小、處理效率高的“多級(jí)AO-高速氣浮池-反硝化深床濾池”工藝。高速氣浮池可去除二沉池出水中SS 和TP，反硝化深床濾池同時(shí)具有脫氮和過濾功能。

（2）總圖布置上根據(jù)功能分區(qū)優(yōu)化構(gòu)筑物選型，將初沉池、生化池和二沉池組合設(shè)計(jì)，極大節(jié)約了占地面積。

（3）多級(jí)AO 生化池可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化靈活調(diào)整厭氧區(qū)、缺氧區(qū)等進(jìn)水點(diǎn)流量，實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷。

（4）在生化池一段缺氧區(qū)、二段缺氧區(qū)、深床濾池均設(shè)置碳源加藥點(diǎn)，在生化池出水口、高速氣浮池進(jìn)水口均設(shè)計(jì)除磷藥劑投加點(diǎn)，保證脫氮除磷效果。

（5）合理設(shè)計(jì)超越管線，根據(jù)水質(zhì)水量和運(yùn)行情況靈活選擇工藝路線，降低運(yùn)行成本。比如進(jìn)水懸浮物濃度較低（SS≤250 mg/L）時(shí)，可超越初沉池；二沉池出水水質(zhì)好時(shí)，可超越高速氣浮池。

5 運(yùn)行效果

擴(kuò)建工程于2020 年6 月投入試運(yùn)行，對(duì)2021年全年實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，污水處理廠進(jìn)出水主要水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 實(shí)際運(yùn)行進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

由表2 可知，污水處理廠進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)性較大，85%保證率下進(jìn)水NH3-N、TN 濃度為70.95 mg/L 和81.2 mg/L，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。COD、SS、NH3-N、TN、TP 平均去除率分別達(dá)到88.90%、96.24%、97.31%、78.00%、92.87%。出水各項(xiàng)指標(biāo)均滿足排放要求。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)規(guī)模8.0×104m3/d，工程總投資約2.8 億元，噸水投資約3500 元/m3。污水處理直接運(yùn)行成本約0.80 元/m3，其中運(yùn)行電耗0.58 kW·h/m3，電費(fèi)0.32 元/m3；藥劑費(fèi)為0.43 元/m3；人工費(fèi)為0.05 元/m3。

7 結(jié)語

北方某城市污水處理廠擴(kuò)建工程規(guī)模8.0×104m3/d，采用“多級(jí)AO 生化池- 高速氣浮池- 反硝化深床濾池”處理工藝。運(yùn)行結(jié)果表明，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)計(jì)采用集約化理念，將初沉池、生化池、二沉池合建，項(xiàng)目實(shí)際用地指標(biāo)為0.47 m2/m3·d，遠(yuǎn)低于《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中控制指標(biāo)。