通大污水處理工程項目工藝設計

胡思琪，李 凱

(宇星科技發展<深圳>有限公司，廣東深圳 518000)

通大污水處理工程建設位置位于湖北省咸寧市通山縣經濟開發區南側，負責通山縣經濟開發區1.0 115 km2范圍的污水處理任務。污水處理廠設計規模為1.0萬m3/d，規劃用地面積約為22 000 m2。根據該工程實際情況，結合技術經濟比較[1-3]，污水處理工藝采用多模式AAO工藝，二級出水經高效沉淀池、纖維濾布濾池深度處理和紫外線消毒后，尾水經提升泵站排至通羊河下游。污泥處理采用高壓板框脫水機。

1 設計方案

1.1 設計進、出水水質

(1)進水水質條件：目前該污水處理廠進水為服務范圍內生活污水及水晶工業園循環廢水站排水。服務范圍內生活污水水質預測如表1所示。

表1 生活污水排水水質預測表Tab.1 Prediction of Domestic Sewage Quality

水晶工業園內現有15家企業，主要從事水晶制品加工，產生的廢水主要以二氧化硅和懸浮物等無機物為主，目前園區已建成水晶工業園循環廢水站，設計規模為3 000 m3/d，排水標準執行《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)B等級，循環廢水站尾水排放檢測數據如表2所示。

(2)出水水質要求：該污水處理廠出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB 18918—2002》中的一級A標準。結合生活污水及水晶工業園尾水水質現狀，經加權平均計算，并考慮一定的變化情況，該水廠的主要進、出水設計指標如表3所示。

表2 水晶工業園循環廢水站尾水排放水質Tab.2 Tail Water Quality of Recycling Wastewater Station in Crystal Industrial Park

表3 設計進、出水水質Tab.3 Design Influent and Effluent Quality

注：括號外為水溫>12 ℃時的控制指標；括號內為水溫≤12 ℃時的控制指標

1.2 工藝方案的確定

本工程設計進水B/C=0.44>0.3，可采用生物降解；BOD/TN=5>4，可采用生物脫氮；BOD/TP=50>20，可采用生物除磷。該設計水質可生化性較好，碳源較充足，可采用生物法作為二級處理工藝。由于設計出水水質需達到一級A排放標準，因此本工程需采用二級生物處理與深度處理相結合的工藝[4]。

1.2.1 生物處理方案的比選

目前，采用的大多數污水處理工藝都包含生物除磷脫氮技術，生物除磷技術是靠聚磷菌對污水中磷的吸收作用，形成高含磷量的活性污泥，使磷從污水中去除。結合技術可行性、經濟合理性、對水質、水量的適應性、運行的穩定性等綜合影響因素，該工程考慮多模式AAO、曝氣生物濾池、AO+MBR這3種工藝，3種工藝的比選如表4所示。

表4 各生物處理工藝比較表Tab.4 Comparison of Each Biological Treatment Processes

本工程進水含部分工業污水，COD、TN、TP含量較高，水質變化較大。王舜和等[5]研究表明，多模式AAO工藝可靈活調整運行模式，有對水質變化適應性強的優點，適合于水質波動較大工程。研究表明，多模式AAO工藝對COD的處理效果較其他工藝略優[6]。此外，多模式AAO工藝中由于除磷菌優先利用易降解碳源，且通過前置缺氧段將回流污泥中的硝態氮去除，使得系統脫氮除磷效果更佳。綜合比較，多模式AAO工藝具有運行成本最低、處理效果好、運行靈活、投資較低等優勢。因此，本工程優先選擇多模式AAO工藝。

1.2.2 深度處理方案的比選

經過常規二級工藝處理后的污水在懸浮物和TP方面往往達不到一級A的出水要求，需要增加深度處理工藝。目前常用的深度處理工藝為“混凝沉淀+過濾”和“微絮凝+過濾”。微絮凝過濾一般用于處理低濃度污水，對前端處理工藝要求高，且設備投資較大。考慮工程運行穩定性及經濟性，選擇“混凝沉淀+過濾”為本工程深度處理工藝。

(1)混凝沉淀池

高效沉淀池技術成熟，占地面積小，對SS、TP去除效果明顯。研究表明[7]，高效沉淀池具有表面負荷高、出水水質好、排泥濃度高等特點。此外，高效沉淀池設置內回流泵，通過污泥回流，減少了10%～30%的藥劑投加量。因此，本工程混凝沉淀池選用高效沉淀池。

(2)濾池工藝

污水處理廠二級出水經高效沉淀后需增加過濾工藝，進一步降低污水中SS和TP的含量。通過設計計算，二級處理后的污水中CODCr、BOD5、TN等污染物均可達到一級A排放標準，二級活性污泥法磷的去除率較低，僅從剩余污泥中排除的TP一般約為12%～19%，而本工程TP去除率達到87.5%，通過二級生物處理是無法達到的，因此，深度處理工藝的目標污染物為SS和TP。本工程設計在高效沉淀池投加除磷藥劑，需增加濾池工藝對高效沉淀池出水進行過濾。考慮運行效果及技術成熟性，該工程選擇纖維濾布濾池和D型濾池這2種方案，對比結果如表5所示。

表5 各過濾工藝比較表Tab.5 Comparison of Each Filtration Process

由表5可知，在出水均為一級A的標準下，纖維濾布濾池水頭損失小，能耗低，且其在占地、投資、后期運營方面也具有一定的優勢。因此，本工程選擇纖維濾布濾池為過濾工藝。

1.2.3 工藝流程的確定

梁仁禮等[8]對比了不同污水處理廠設計方案，研究表明，“AAO+高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝在技術和經濟上是具有優勢的。分析比較本工程的特點及進水水質，并綜合考慮工程總投資及后期運行方便，該污水廠二級生物處理選擇多模式AAO工藝；深度處理工藝采用高效沉淀池；過濾工藝采用纖維濾布濾池；消毒工藝采用紫外線消毒。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Treatment Process

2 廠區主要建構筑物設計

通大污水處理工程屬新建污水廠，該污水處理廠主要由預處理系統，二級生物處理系統，深度處理系統，消毒系統，輔助用房等建構筑物組成。主要建構筑物設計參數及設備配置如下。

(1)預處理系統

粗格柵及提升泵房設計尺寸為16 m×6.2 m×8 m。配備回轉前耙式粗格柵2臺，柵隙寬b=20 mm，功率為1.1 kW，1用1備。提升泵房設3臺潛水泵，2用1備，單臺流量為330 m3/h，揚程為15 m，功率為18.5 kW，1臺變頻。

細格柵及曝氣沉砂池設計尺寸為30.4 m×6.5 m×3.2 m。選用自動除渣的回轉式細格柵2臺，柵隙寬b=5 mm，功率為0.75 kw，1用1備，配套1臺無軸螺旋輸送機。曝氣沉砂池設計最大流量時水力停留時間為12.6 min，配備雙槽橋式吸砂機1臺，驅動功率2×0.55 kW，撇渣電機2×0.55 kW。設砂水分離器1臺，流量為3.16 L/s，功率為0.37 kW。羅茨鼓風機2臺，1用1備，流量為2.17 m3/min，功率為5.5 kW。

調節池與事故池設計尺寸為41.2 m×22.8 m×5.2 m，設計停留時間為4.7 h，有效水深為4.5 m。池體配置潛水攪拌器8臺，單臺直徑為320 mm，轉速為960 r/m，功率為4 kW；潛水泵5臺，單臺流量為210 m3/h，揚程為7 m，功率為7.5 kW。

(2)二級生物處理系統

多模式AAO反應池設計尺寸為41.1 m×32.5 m×6.8 m，有效水深為6 m，總停留時間為18.7 h。反應池混合液濃度MLSS=4 000 mg/L，污泥產率系數為0.87，污泥負荷為0.090 kg BOD5/(kg MLSS·d)，內回流比為300%。主要設備配置：雙曲面攪拌機10臺，每臺功率為2.2 kW；曝氣器1 308個，每個曝氣量為2 m3/h；混合液回流泵6臺，單臺流量為210 m3/h，揚程為1.2 m，功率為1.5 kW。

輻流式二沉池2座，每座池內徑為18 m，設計最大時表面水力負荷為0.82 m3/(m2·h)。主要設備配置：中心傳動單管吸泥機2臺，單臺電機功率為0.55 kW。

污泥泵房設計尺寸為5.4 m×4 m×5.5 m。主要設備配置：回流污泥泵4臺，2用2備，單臺流量為210 m3/h，揚程為6 m，功率為7.5 kW；剩余污泥泵2臺，1用1備，單臺流量為45 m3/h，揚程為10 m，功率為2.2 kW。

(3)深度處理系統

高效沉淀池設計尺寸為15.5 m×12.9 m×7.9 m，設計表面負荷為6 m3/(m2·h)，混凝池停留時間為90 s，絮凝池停留時間為18.5 min。主要設備配置：混凝池攪拌器2臺，單臺轉速為40 r/min，槳葉直徑為0.6 m，電機功率為2.2 kW；絮凝池攪拌器2臺，單臺轉速為14 r/min，槳葉直徑為1.2 m，電機功率為5.5 kW；刮泥機2套，直徑為7 m，單臺功率為1.5 kW，排泥泵3臺，單臺流量為15 m3/h，揚程為20 m，功率為2.2 kW。

纖維濾布濾池設計尺寸為7.2 m×6.1 m×3.7 m，設計濾速為6.5 m/h，主要配置設備：纖維轉盤2套，轉盤直徑為2 m；驅動電機2套，單臺功率為0.55 kW；反沖洗水泵2臺，單臺流量為30 m3/h，揚程為9 m，功率為2.2 kW。

(4)消毒系統

紫外線消毒池設計流量為0.12 m3/s，平面尺寸為12.1 m×3.6 m，有效水深為1.5 m。設備配置：32支紫外燈管，單支功率為320 W。消毒指標：糞大腸菌群數低于103個/L。輻射強度：紫外線透射率≥65%。

(5)輔助用房

鼓風機房占地面積為93.1 m2。設置磁懸浮離心鼓風機3臺，2用1備，單臺風機流量為27 Nm3/min，鼓風機壓力為73 kPa，功率為50 kW。

加藥間占地面積為117 m2，設計PAM投加量為1 mg/L，PAC投加量為123 mg/L。主要設備配置：PAM制備投加裝置1套，Q=1.5～2.8 g粉劑/h，功率為1.5 kW，配套PAM二次稀釋裝置1套；PAM加藥泵2臺，單臺流量為440 L/h，揚程為60 m，功率為0.75 kW；PAC貯罐2套，V=10 m3；PAC加藥泵2臺，單臺流量Q=10～50 L/h，揚程為10 MPa，功率為0.25 kW。

3 運行情況分析

污水廠建設完成后進行聯動調試，隨后進入正常運行階段。運行結果表明，該污水處理廠進、出水水質達到設計要求，各項指標出水均能達到一級A標準，達標率均為100%。進、出水監測數據如表6所示(2019年1月—7月)。

表6 正常運行的進、出水水質及達標率Tab.6 Monitoring Results of Influent and Effluent Quality and Up-To-Standard Rate

4 項目經濟指標

本工程總投資為5 952.67萬元，其中工程費用為4 718.53萬元，工程建設其他費用為685.25萬元，預備費為432.30萬元，建設期利息為100.09萬元，鋪地流動資金為16.5萬元。

本工程設計運行費用為1.162元/t，其中人工費為0.12元/t，藥劑費為0.208元/t，電費為0.714元/t，污泥處置費為0.125元/t。

5 設計特點

(1)本工程增加了調節池與事故池單元，一方面由于本工程進水混有工業污水，該單體工藝的設計滿足工業水處理的相關規范要求，確保污水處理廠安全穩定運行。另一方面，該單元具有調節水質和水量的功能，后續處理單元無需考慮變化系數，降低了后續處理單元的工程造價。

(2)本工程選擇多模式AAO工藝，可實現傳統AAO、倒置AAO和改良AAO的自由切換。多模式AAO工藝通過設置進水渠、內回流渠、配置閘門的方式，來改變池型，實現不同模式的轉變。該工藝對進水在線監測系統要求較高，需及時注意進水水質變化，調整相應運行模式，正常情況下推薦采用改良AAO模式。

(3)本工程整體布局上考慮對稱性，相鄰構筑物采用合建的方式(如預處理系統、高效沉淀池與纖維濾布濾池等)，布置美觀，且節省占地，同時確保污水處理廠工藝、加藥、污泥等管線的順暢，方便后期運營。

6 結語

通大污水處理工程采用“多模式AAO+高效沉淀池+纖維濾布濾池+紫外線消毒”的主體工藝，設計出水確保滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準。該廠設計工藝操作靈活、運行穩定可靠，不僅節省了工程投資，而且方便后期污水廠的運營。本工程的建成有效減少了經開區排入通羊河的污染物總量，改善了城市的生態環境。