垂直流污水生態處理系統在某污水處理廠設計應用及運行效果分析

錢亮 萬碩 劉瑞東 王維 岳虎 李貴民 曲利平（浦華控股有限公司北京100084）

垂直流污水生態處理系統在某污水處理廠設計應用及運行效果分析

錢亮 萬碩 劉瑞東 王維 岳虎 李貴民 曲利平（浦華控股有限公司北京100084）

某污水處理廠新建工程設計規模為5×104m3/d，近期2×104m3/d。出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級A標準，主要指標達到或接近北京市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》A標準。本文介紹了該工程的工藝流程、構筑物設計和設備配置情況，并對運行效果進行分析總結。

新建污水處理廠；垂直流；污水生態處理；生物浮島；生物污泥無外排

1 污水處理廠總體設計

污水處理廠總占地面積為60畝。污水廠雨水采用管道排水方式，就近排入臨近的河流。污水廠處理后污水最終排入臨近河流。

工程設計規模：近期：Q=20000m3/d，Q平均=833m3/h，Qmax= 1242m3/h=0.345m3/s（總變化系數1.49）。遠期：Q=50000m3/d，Q平均=2083m3/h，Qmax=2813m3/h=0.781m3/s（總變化系數1.35）

根據確定的工藝方案，污水廠近期建設的構、建筑物有粗格柵及提升泵站、垂直流生態處理系統、濾布濾池、接觸消毒池、生物除臭濾池、鼓風機房及變配電室、加藥間、綜合辦公樓、傳達室及大門等。由于目前還未落實再生水用戶的需求情況，故暫不建設再生水處理系統，此部分將根據再生水用戶的落實情況再行設計、建設；由于采用垂直流生態處理系統工藝，近期幾乎無需對污泥進行處理，因此，本次設計預留再生水系統（如清水池、再生水送水泵房等）、污泥脫水機房及遠期污水處理設施用地。

表1 設計進、出水水質單位：mg/L

2 污水處理工藝設計

2.1 粗格柵及提升泵站

粗格柵及提升泵站包括進水預沉渠道、進水控制井、粗格柵、提升泵站。

粗格柵及提升泵站土建安遠期5×104m3/d規模設計，除污水提升泵按近、遠期規模分期配置外，其余設備均按遠期規模配置。

2.1.1 進水預沉渠道

（1）功能：將原水引入預沉渠道使原水進行沉砂、沉渣等預處理，以降低污水廠進水污染物濃度，減輕后續處理構筑物負荷。（2）設計參數：設計水量：5×104m3/d，總變化系數1.35。連續運行。（3）工程內容：新建地下鋼筋混凝土渠道，渠道總平面尺寸為L×B=10×3m。

2.1.2 進水控制井

（1）功能：將污水引入粗格柵前，并在污水廠停產時使污水超越整個污水廠。（2）設計參數：設計水量：5×104m3/d，總變化系數1.35。連續運行。（3）工程內容：新建地下鋼筋混凝土控制井，與粗格柵渠道合建。

2.1.3 粗格柵

（1）功能：粗格柵選用回轉式機械格柵。截除進廠污水中較大雜物，保護水泵。（2）設計參數：設計水量：5×104m3/d，總變化系數1.35；渠道寬度：1.2m；格柵間隙：10mm～15mm；平均過柵流速：≤1.0m/s；格柵傾角：70°。根據柵前柵后水位差或者時間，機械自動耙渣，或人工控制機械耙渣。（3）工程內容：新建地下鋼筋混凝土格柵渠道2條，渠道總平面尺寸為L×B=11.5×3m，地面下深H= 7m。粗格柵加蓋便于除臭。（4）安裝設備：安裝回轉式機械格柵2臺，功率1.5kW，每個格柵渠道前后裝1.2m×1.0m鑄鐵鑲銅閘門，共4套，配手電兩用啟閉機。

2.1.4 提升泵站（與粗格柵合建）

（1）功能：將污水提升后進入后續處理構筑物，并使后續構筑物埋深處于經濟合理范圍內。（2）設計參數：設計水量：2×104m3/d，總變化系數1.49；水泵揚程：12m。（3）運行：根據集水池內水位變化依次啟停水泵，自動控制。（4）工程內容：新半地下式鋼筋混凝土泵房一座，集水池尺寸L×B=13×10m，深10.3m；泵房平面尺寸為L×B=13×7m，層高6.0m。（5）安裝設備：近期安裝潛污泵3臺，2用1備，單臺流量Q=621m3/h，揚程，H=12m，功率N=30kW，其中1臺變頻控制；遠期增加潛污泵3臺，單臺流量Q=785m3/h，揚程，H=12m，功率N=37kW，其中1臺變頻控制。水泵間安裝單梁懸掛起重機1套。

2.2 垂直流生態處理系統

垂直流生態處理系統土建規模及設備配置均按污水廠近、遠期處理規模分期進行。

2.2.1 功能：污水中污染物經格柵攔截、沉砂池沉淀后，進入垂直流生態處理系統，經過厭氧/缺氧/好氧環境，在釋磷、吸磷、硝化和反硝化的過程中，實現污染物的降解，使污水中的有機物、氨氮、磷等得以去除。垂直流生態處理系統由污泥區、厭氧區、缺氧區、好氧區、出水區組成，其中在出水區還設置有混合反應等深度處理單元。同時由于污泥和厭氧區等主要產生臭味的單元位于6m水深以下，產生的臭氣經過頂部好氧處理和表面生物浮島吸附凈化可有效降低臭味，整個生物處理單元基本無臭味。

2.2.2 污泥區：超深厭氧塘對沉淀的有機性懸浮固體、生物污泥進行液化及完全甲烷發酵的技術特點，因此，具有基本不產生有機污泥的特征。

通過對多個采用垂直流生態處理系統工藝的污水處理廠的塘底泥層的實測分析，確定塘底污泥分為密實和松散兩層，其中松散層厚度約為0.52m，厚度基本不變，密實層厚度逐年增加，根據實測分析確定密實層污泥厚度增速約為0.0425m/a。

按污水處理廠運行20年計算，塘底將形成厚度為0.85m的密實層和0.52m的松散層，泥層總厚度為1.37m，考慮到污泥沉降的不均勻性，本設計污泥區高度按2.0m設計。

2.2.3 厭氧區：厭氧區采用上向流布水。設計參數：面積：12000m2；容積：36000m3；有效水深：h=3m；HRT：1.2d。

2.2.4 缺氧區：好氧區回流液與經厭氧區處理的污水在此區混合，進行反硝化脫氮。有效容積：8640m3；HRT：6.91h。

2.2.5 好氧區：通過人工曝氣充氧的方法，去除有機物、進行硝化。設計參數：有效容積：10800m3；有效水深：h=3m；HRT：8.64h。

2.2.6 出水區：進一步泥水分離、吸附除磷；并利用設置于出水區的混合反應處理單元對污水進行深度處理。設計參數：面積：3000m2。連續運行。

2.2.7 工程內容：垂直流生態處理系統為地下式水池，共1座。總容積為：15.11×104m3，有效容積：14.32×104m3，有效水深9m。

2.2.8 安裝設備:厭氧區安裝水隔幕6000m2，設置配水系統；缺氧區、好氧區安裝生化組合單元450套；好氧區設置旋混曝氣器及氣提回流系統；出水區安裝生物浮島1500m2，在混合反應單元安裝混合攪拌機1臺，功率1.5kW；安裝機械攪拌機3套，第一級攪拌機功率1.5kW；第二級攪拌機功率1.1kW；第三級攪拌機功率0.75kW。

2.3 濾布濾池

濾布濾池1座，土建按遠期規模一次建成，設備分期安裝。

2.3.1 功能：將沉淀池出水進行過濾，進一步降低水中懸浮污染物，使處理后的水能夠達到出水標準

2.3.2 設計參數：總設計水量：5×104m3/d，總變化系數1.35。濾速：10m/h。連續運行。

2.3.3 工程內容：半地下鋼筋混凝土水池1座，分2格。總平面尺寸為L×B=12.5×9m，總深H=4.7m。

2.3.4 安裝設備：安裝1套纖維轉盤，包含一組過濾轉盤，處理能力2.5×104m3/d，驅動功率0.75kW，包含2臺反沖洗水泵及配套閥門，水泵參數為Q=50m3/h，H=7m，N=2.2kW。

2.4 接觸消毒池

2.4.1 功能：使處理后的污水在出廠前殺菌消毒。

2.4.2 設計參數：處理水量：5×104m3/d，總變化系數1.35；接觸時間：t=30min。連續運轉。

2.4.3 工程內容：半地下鋼筋砼水池1座，平面尺寸L×B=21m× 14m，有效水深5m，池總深5.3m。

2.5 鼓風機房及變配電室

鼓風機房及變配電室1座，土建按遠期規模一次建成，設備分期安裝。

2.5.1 功能：鼓風機房提供污水生物處理所需的風量。變配電室為整個廠區提供電源，見電氣設計說明。

2.5.2 設計參數：處理水量：2×104m3/d，總變化系數1.49；最大供風量：6924m3/h。連續運轉。

2.5.3 工程內容：框架建筑一座。平面尺寸為：24m×9m，高6m。

2.5.4 安裝設備：安裝垂直流生態處理系統曝氣用羅茨鼓風機3臺，2用1備。每臺鼓風機參數為：Q=57.7m3/min，H=39.2kPa，N= 55kW。

2.6 加藥間

加藥間1座，土建安遠期一次建成，設備分期安裝。

2.6.1 功能：投加次氯酸鈉溶液至接觸消毒池、確保總磷達標排放；在生物除磷的基礎上，增加化學藥劑強化除磷設施。

2.6.2 設計參數：設計流量：2×104m3/d，總變化系數1.49；加氯量：10mg/L；輔助除磷：藥劑采用聚合氯化鋁，最大投加量為60mg/L，投加濃度為10%。

2.6.3 運行：接觸池加氯連續運行；后置投加藥劑根據出水總磷投加在混合池內。根據進、出水質間斷運行。

2.6.4 工程內容：框架建筑一座，總建筑面積為108m2。

2.6.5 安裝設備：安裝次氯酸鈉儲罐2個，1用1備，安裝自動沖洗設施1套。設聚合氯化鋁溶液池2格，每格容積24m3，每格池內設攪拌機一臺，攪拌功率2.2kW。

安裝輔助除磷隔膜計量泵3臺，2用1備，單臺泵參數為Q= 250L/h，H=30m，N=0.55kW。安裝必要的通風設施。

3 化學污泥處理工藝設計

由于本工程采用垂直流生態處理系統工藝，生物污泥無外排，故污泥處理部分僅包括對深度處理部分沉淀污泥的處理。經計算，本工程近期（2×104m3/d）深度處理部分產生的沉淀污泥量為16.8m3/d，含水率97%，遠期（5×104m3/d）產生的該部分污泥量為42m3/d，含水率97%。由于本次設計將深度處理部分設置于垂直流生態處理系統出水區（底部設有排泥系統），有足夠空間儲存近期產生的污泥（污泥量小），為降低本期工程投資，節約污水廠運行成本，本次設計預留污泥處理部分用地，其相應土建施工、設備安裝等工程內容待污水廠遠期工程建設時一并實施。

4 生物除臭設計

本次生物除臭設計采用生物濾池除臭裝置，根據污水廠遠期建設規模一次建成，因此對廠區內粗格柵及提升泵站以及遠期將要建設的貯泥池、污泥脫水機房等有惡臭氣體排出的構、建筑物進行除臭估算設計，對上述構、建筑物進行加蓋密封等除臭設計，臭氣經收集后排入生物除臭濾池處理。（1）設計參數：總氣量：8600m3/h。連續運行。（2）安裝設備：安裝生物除臭濾池裝置1套，平面尺寸為6×6m，H=2.1m。含循環水泵2臺，Q=7.5m3/h，H=37m，N=1.5kW，1用1備；離心風機Q=8600m3/h，H=2200Pa，N=11kW，1用1備。

5 運行效果分析

表2 污水廠實測進出水水質單位：mg/L

現該污水處理廠出水中的明顯優于城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級A標準的水平[1]。COD、BOD、NH3-N、TP等主要指標達到或接近北京市《水污染物綜合排放標準》（DB11／307-2013）A標準[2]。

6 結語

該污水處理廠采用垂直流污水生態處理工藝，深度處理采用濾布濾池過濾工藝，并輔助化學除磷。其中生化處理段革新現有污水處理廠設計理念，實現工藝環節由平面布置向立體化集成化設計的轉變，并達到自然景觀效果與污水處理功能的結合，達到建設環境友好型污水處理廠的目標。

污泥深池自然發酵，達到30年不排泥，減少因污泥而產生的環境問題。濾床與植物結合的生態浮島，集合了濾池的過濾、吸附和植物的吸收降解作用。

整個處理工藝針對性強，處理效果穩定，工程投資低，運行成本低，管理維護簡單，對同類型的污水廠改造具有一定的借鑒意義。

[1]GB18918-2002城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].

[2]DB11／307-2013，北京地方標準：水污染物綜合排放標準[S].

錢亮（1983—），男，安徽省，碩士，高級工程師，主要研究方向：市政污水處理技術。