污水處理廠設計要點分析

趙偉鋒

（西城工程設計集團有限公司，浙江 杭州 310023）

0 引言

由于城鎮土地資源日益緊張，污水處理廠在建設時，為了節省土地，經常會采用全地下式結構，這種結構形式不僅防護性、密閉性及熱穩定性比較好，而且也可以解決污水處理中車間的隔音、隔臭及隔熱等問題[1]。因為全地下式污水處理廠為地下結構，其工藝布置比較復雜、結構設計難點多且項目投資比較大，所以，如何通過優化設計減少投資是全地下式污水處理廠設計的重點[2]。下面就結合實例對此展開詳細論述。

1 項目概況

某污水處理廠擬建位置建筑物密度較大，土地資源緊張，為節約土地，結構設計選用全地下式結構，對整體進行了集約化及模塊化設計，并將地面上的空間用做公共停車場，這樣不僅可以使有限的土地資源得以最大化利用，而且也有利于降低工程投資。同時，為保證污水處理的效果，該處理廠的預處理采用“調節池—內徑流膜格柵”工藝，生化處理采用A2O-MBR工藝，尾水采取紫外消毒工藝處理。

2 水量、水質設計

該污水處理廠的進水以生活污水為主，并滲有少量的地下水，整體設計進水量為9000m3/d，其中污水量為8000m3/d，初期雨水量為1000m3/d。出水水質設計優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，具體進出水水質設計見表1。

表1 進出水水質設計標準

3 總體布置及工藝流程設計

3.1 總體布置

全地下式污水處理廠指的是操作層都位于地坪線以下的污水處理廠結構形式，該項目采用的是全地下式污水處理廠結構形式，并按兩層進行布置（其中負一層主要是設備操作層及綜合車間，負二層主要是水處理構筑物層）。同時，為了便于設備、污泥、藥劑等運輸，并滿足消防要求，處理廠對外設計了2個出入口，綜合車間也設計了2個人員疏散口，也配備有專門的消防樓梯可以直達地面，確保在緊急情況下可以快速疏散廠內工作人員。另外，該處理廠通過集約化、模塊化設計，將全廠分成了3個功能區，即預處理區、生化處理區及綜合車間。各功能區均是采用了集中布置，并通過管溝將各區有效連通在一起，既減少了占地面積，并且設備集中布置，也更方便管理[3]。全廠的布置情況如圖1所示，水力高程如圖2所示。

3.2 工藝流程

工藝流程具體設計如圖3所示，污水進來后首先通過粗格柵及細格柵進行兩道預處理，再流進調節池，然后通過泵將調節池中水抽進內徑流膜格柵池中，接著污水會進入生化處理系統中，經處理后流入MBR膜池中，最后膜池中的水會通過泵抽到紫外線消毒系統中經消毒處理后排出去。污水處理中污泥先是排到貯泥池內，再通過疊螺濃縮脫水一體機進行脫水之后再外運到指定場地進行處置。該項目中的雨水調節池主要負責將暴雨前15min～30min的初期雨水收集并儲存下來，并待到旱季時節，使用水泵將收集的雨水抽送到污水調節池中，進行統一凈化，每次抽送的水量按10%～15%的污水進水量計算[4]。

4 A2O-MBR工藝及參數設計

該項目中將A2O生化池設計成了兩個系列，每個系列的尺寸為長×寬×高=26.0m×15.5m×5.6m，且各系列有效水深為5.3m。而MBR膜池則是設計成了8格，每格的尺寸為長×寬×高=4.9m×3.0m×5.6m，且各格的有效水深為3.8m。

4.1 A2O系統參數設計

4.1.1 回流方式及污泥濃度

該項目中，基于UCT回流工藝將回流設計成了三段：第一段，膜池回流至好氧池，回流比為400%，以確保好氧池污泥濃度。第二段，好氧池回流至缺氧池，回流比為300%，可實現反硝化脫氮。第三段，缺氧池回流至厭氧池，回流比為100%，以實現釋磷。同時，各環節的污泥設計濃度：膜池為10g/L；好氧池為8g/L；缺氧池為6g/L；厭氧池為3g/L。

4.1.2 水力停留時間（HRT）

該項目對脫氮要求較高，因此，為滿足脫氮要求，整體HRT設計為13.5h，其中，厭氧區HRT為2.0h，缺氧區HRT為3.7h，好氧區HRT為6.5h，MBR膜池HRT為1.3h。

4.1.3 污泥齡

該項目中，由于脫氮時用的硝化細菌生長速率比較低，所以污泥齡設計取19.3d。同時，定期排出高磷污泥進行除磷，為加強除磷效果，在MBR膜池中也增加了PAC藥劑。

4.1.4 氣水比

基于理論供氣量計算得出該項目需氣量是83590m3/d，并配有3臺風量為28m3/min的曝氣風機（2用1備），好氧區的氣水比是8.5∶1。

4.2 MBR系統參數設計

MBR膜池中的膜選用的是孔徑＜0.1μm的PVDF中空纖維膜。該項目共計設置了8格膜池，各膜池均設置了2組膜組件，且每組膜組件由52片膜片組成，每張膜片面積為30m2，所以該項目配備的膜面積共有24960m2。

4.2.1 膜通量

MBR系統能否穩定運行的關鍵是膜通量。因此，綜合考慮該項目現實情況設計平均膜通量及瞬時膜通量分別是15.4L/（m2·h）、17.6L/（m2·h）。

4.2.2 膜擦洗

該MBR膜系統采取間歇出水設計，即產水9min，暫停1min，并使用曝氣將MBR膜擦洗干凈，擦洗風量按4.9m3/h計。待產水停止后，須繼續運行曝氣系統進行擦洗，并通過自控系統實現自動循環。

4.2.3 膜化學清洗

該MBR系統的維護性清洗每月1～5次，每次清洗20min～30min，具體清洗時，應順著反方向借助計量泵把200mg/L的NaClO溶液或者0.05%的C6H8O7溶液輸送到膜組件中，具體藥劑使用量可根據2L/m2（膜面積）及加藥管道容積來最終確定[4]。

如果膜組件經維護性清洗后，還是不能將抽吸壓力降到初始壓差30kPa，就應該針對膜組件做進一步的恢復性清洗。該項目中設計恢復性清洗為1次/年～2次/年，膜組件恢復性清洗時，先將膜組件放到1%～2%的檸檬酸溶液內浸泡2h，再使用500mg/L～1000mg/L的NaClO溶液及0.1%NaOH溶液里面浸洗4h～12h。待清洗完后，再用清水沖洗干凈膜片，并安到膜池中，然后再清洗膜單元3min～5min，最后將中和清洗廢水之后，將其排到廠站污水管網中。

5 運行成本

該項目整體資金投入約8500萬元，每立方污水處理運行成本為1.25元。

6 其他設計要點

6.1 前端預處理

為防止毛發或其他細小纖維狀物質等堵塞膜孔，減弱膜通量。便在MBR預處理系統中，應采用0.5mm～2.0mm的轉鼓細格柵或內徑流膜格柵對污水里面的毛發等細小雜物進行有效清理，為MBR系統正常運行奠定基礎[5]。

6.2 進水安全保障

因為全地下式污水處理廠的設施及設備都是在地表以下，易發生污水無法溢流的情況。所以為防止因污水無法溢流而淹沒處理廠設施及設備，該項目中在重力流進水端設計了速閉閘門及電動閘門，以實現雙重保護效果，確保在因事故而停電的情況下，速閉閘利用自身重力將閘門第一時間關閉，以此來切斷進水，保障處理廠安全[6]。

6.3 除臭與通風

針對調節池、格柵、生物反應池及脫水機房等比較容易出現臭氣位置，設置收集裝置，將收集后的臭氣輸送到處理廠頂部通過土壤進行除臭。同時，為進一步優化除臭效果，便對調節池、格柵、生物反應池及脫水機房等采取了封閉設計，并使其處于微負壓狀態；而控制室、化驗室、配電室等設備間則處于微正壓狀態。另外，對處理廠各進口、出口位置設計了風幕，進一步控制臭氣外泄。

該項目中，通風系統主要是采取的機械送風及機械排風的方式，整個系統的機械通風量是6次/h。并且對控制室、化驗室、配電室等設備房間安裝了機械排煙系統，排煙量為60m3/（m2·h）。另外，對一些自然進風條件比較好的位置則采用了自然進風方式，以便節能[7]。

6.4 集約化、模塊化設計

該項目中，為最大化的利用空間，針對預處理及生化處理環節的建筑物做了模塊化組團設計，并對其形狀及平面尺寸進行了優化設計，防止建筑物之間余留許多不必要的空隙或空間。另外，在滿足消防要求的同時，針對污泥脫水間、鼓風機房、加藥間及化驗室等采取集約化合并布置，最大程度地利用現有的土地空間。

7 結語

綜上所述，通過分析某全地下式污水處理廠設計過程，可以得出結論，前期設計工作是保證污水處理廠項目建設實現預期質量及效益目標的關鍵，因此，污水處理廠項目建設前，設計人員必須要根據擬建場地情況及處理工藝要求，選擇合適的廠站結構形式及污水處理工藝流程，在保證污水處理效果的同時，也應考慮消防要求及環保要求，優化設計，為污水處理廠項目建設實現經濟效益、社會效益及環保效益奠定基礎。