高排放標準污水處理廠設計
——以某北方污水處理廠為例

歸顯揚,陳 崗

(安徽節源環保科技有限公司，安徽 合肥 230088)

隨著我國城市化水平的不斷發展，居民生活和企業生產用水量不斷增長，產生和排放的污廢水量也日益增多，這對我國城市污水處理設施的處理能力提出了更高的要求[1-2]。根據國家發改委等10個部門聯合發布的《關于推進污水資源化利用的指導意見》 《城鎮污水處理提質增效三年行動計劃(2019-2021)》等文件要求，需對城鎮污水進行進一步的處理。提高排放標準，同時減輕對環境水體的影響是污水處理未來的發展趨勢[3]。

本文從實際工程案例出發，通過對處理工藝進行深入分析，探討污水處理廠出水滿足回用要求的技術手段，以期為國內其他類似行業和地區污水的設計提供參考。

1 項目概況

某北方縣規劃建設污水處理廠一座，用于收集處理縣工業園區和物流園區的工業廢水和生活污水。根據此縣產業發展總體規劃，工業園區企業主要以石墨新能源材料制造、風電及機械產品制造、碳素新材料制造、電石及下游產品制造，以及特種合金產品制造、煤炭加工為主；物流園區主要分為三大產業片區，發展以貨物流、煤炭運輸與倉儲、有色礦產品運輸與倉儲、煤炭商貿業、第三方物流、保稅物流等。

本污水處理廠工程分為三期建設，近期建成規模為 3000 m3/d，中期為 6000 m3/d，遠期設規模為1.0×104m3/d，廠區征地面積為 26640 m2，其中近期工程占地面積為 13080 m2。

2 處理工藝

2.1 設計進出水水質

污水廠進水包含工業廢水、石墨企業污水、生活污水等。因項目所在地水資源短缺，本污水處理廠處理后的出水主要回用于企業道路澆灑、綠化用水等，出水水質同時滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準和《城市污水再生利用 城市雜用水質》(GB/T 18920-2002)要求。設計進出水水質和處理程度詳見表1所示。

2.2 處理工藝流程

本項目從CODCr、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP等污染因子的去除因素進行預處理、生化處理及深度處理工藝的比選。

表1 設計進出水水質和處理程度

2.2.1 預處理工藝

從進水來源分析，本工程來水中顆粒物以無機顆粒為主。平流沉砂池具有構造簡單、處理效果較好、運行費用低等優點，因此本工程設計中采用平流式沉砂池。

本污水處理廠收集部分工業污水，進水水質、水量存在波動。為了降低進水水質、水量的變化對生化處理工藝的影響，本項目設計了調節池，用于平衡進水水質、水量的沖擊。

2.2.2 生化處理工藝

從設計進出水水質表(表1)看出，本項目進水CODCr含量較高，對TN、TP去除率都有較高的要求，采用常規的活性污泥處理工藝不能滿足處理要求，必須采用具有脫氮除磷功能的生化處理工藝。同時，硝化和反硝化過程將成為控制生化處理單元設計的主要因素。

常見的具備脫氮除磷功能的活性污泥生化處理工藝有：1)A/O(厭氧/好氧)法；2)改良型A/O法；3)A2/O法；4)改良型A2/O法；5)倒置A2/O工藝；6)MUCT工藝；7)多模式A2/O工藝；等等。改良型A2/O法作為一種成熟的處理工藝，相對于其他工藝，通過在生化池預缺氧區、厭氧區和缺氧區布置進水點，并根據進水濃度調節各點進水量，能充分利用污水內碳源，減少外加碳源投加量，從而降低運行成本；通過在厭氧區前端增加預缺氧區，有利于后續單元除磷脫氮，減少回流污泥硝態氮的不利影響；在好氧區后設置缺氧區、后好氧區，可以強化反硝化脫氮作用，提高對TN的去除率。因此本工程設計中采用改良型A2/O作為生化處理工藝，可以滿足處理要求。

本工程進水中的工業污水經企業內部預處理后，難降解有機物占比較大，通過在好氧池設置水解酸化反應池，可去除10%～30%的CODCr和10%～20%的BOD5；同時將污水中懸浮性有機固體和難生物降解的大分子物質(包括碳水化合物、脂肪和脂類等)水解成溶解性有機物和易生物降解的小分子物質，提高廢水的可生化性[4]。

2.2.3 深度處理工藝

生化處理約可去除85%的SS和CODCr，出水須經深度處理，進一步去除SS、CODCr等后，才能滿足回用要求。過濾是深度處理的關鍵。根據進水水質、生化處理后的出水水質特點，適合本工程的過濾濾池有：活性砂濾池、高效纖維濾池、濾布濾池和D型濾池。與傳統砂濾池相比，D型濾池具有占地省、投資少、運行費用低、節能減排等優點；與傳統的纖維束/球濾池相比，具有反洗效果好、安全性能高、使用壽命長的優點。因此，本工程選擇D型濾池作為深度處理核心工藝，可以滿足處理要求。

2.3 處理工藝流程

經綜合分析，本項目污水處理采用“粗細格柵-平流沉砂池-調節池”作為預處理工藝，采用改良型AAO工藝作為二級處理的主體工藝，采用“高效沉淀池-D型濾池”作為深度處理工藝。污水處理工藝流程圖如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 主要工藝設計

3.1 污水處理系統

1)粗格柵渠道。地下鋼混直壁平行渠道2條，配置循環齒耙式格柵除污機2臺(1用1備)、鑄鐵鑲銅方閘門4臺。

2)細格柵和沉砂池。細格柵渠道按鋼筋混凝土結構設計，1條，幾何尺寸為 15.0 m×0.9 m，深 1.6 m。配置回轉式固液分離機1臺、螺旋式砂水分離器1臺。

3)調節池。鋼筋混凝土結構，1座，幾何尺寸為 15.0 m×12.0 m，深 5.95 m，有效水深 5.55 m，設計規模為 3000 m3/d，停留時間為 8 h。設可提升式潛污泵3臺(2用1備、變頻調節)、雙曲面攪拌器2臺。

4)事故池。鋼筋混凝土結構、1座，平面尺寸為 30 m×20.3 m，深 5.4 m，有效水深 5 m，設計規模為 3000 m3/d，停留時間為 24 h。設雙曲面攪拌器6臺。

5)水解酸化池。半地上鋼筋混凝土結構，1座2格，幾何尺寸為 20.2 m×8.5 m，深 6.6 m，停留時間為 8 h。設可提升式潛污泵3臺(2用1備)。主要功能為在去除一部分有機物的同時，確保大分子盡可能多的降解為小分子，從而提高廢水的可生化性。

6)生物池。1座2組，每組可單獨運行，生物池設計為半地下式的鋼筋混凝土結構，由預缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池和后好氧池組成。平面尺寸為 22.4 m×19.3 m×5.7 m，有效水深為 5.2 m；有效容積為 2188 m3，其中，預缺氧段 63 m3，厭氧段 188 m3，缺氧段 500 m3，好氧段 1062 m3，后缺氧段 250m3，后好氧段為 125 m3；污泥負荷為 0.1 kg/(kg·d)；總的設計污泥齡為 17 d；平均流量下總停留時間為 17.5 h，其中，預缺氧區 0.5 h，厭氧區 1.5 h，缺氧區 4 h，好氧區 8.5 h，后缺氧區 2 h(可做好氧運行)，后好氧區 1 h；懸浮固體質量濃度為(MLSS):4000 mg/L；容積負荷為 0.42 kg/(m3·d)；污泥外回流比為50%～150%；混合液內回流比為200%～400%；曝氣量為 16.7 m3/min。主要配置潛水攪拌器14臺、盤式曝氣器550個、內回流泵4臺。

主要功能是：通過曝氣、提供充足的溶解氧條件下，在生物池中營造出厭氧、缺氧和好氧的環境，利用生物池中大量的活性污泥微生物，對污水中的污染物進行降解，從而達到凈化水質的目的[5-6]。

7)二沉池。半地下式鋼筋混凝土圓形中心進水、周邊出水輻流式沉淀池，2座，直徑φ10 m，池深 5.5 m，池邊水深 4.2 m，表面負荷為q=0.8 m3/m2·h，沉淀時間 2.5 h。設中心傳動刮泥機2套，采用靜壓排泥。

8)高效沉淀池。半地上鋼筋混凝土結構，1座，平面尺寸為 10 m×5 m×6.3 m。主要設計參數：混合時間 3.3 min；絮凝時間 9.9 min；沉淀表面負荷 6.3 m3/(m2·h)；污泥回流量4%～8%；PAC(液態，有效鋁含量10%)投加量為 100 mg/L；PAM投加量為 1.0 mg/L。設混合攪拌器1臺；絮凝攪拌器1套；絮凝反應裝置1套；中心傳動濃縮刮泥機1臺，直徑φ5 m；污泥循環泵2臺(1用1干備)；污泥排放泵1臺。主

9)D型濾池。一體化設備2套，主要設計參數：濾速≤16.4 m3/h·m2，進水SS≤30 mg/L，出水SS≤10 mg/L，工作周期12～24 h；氣洗強度 60 L/(m2·L)，空氣壓力 60 kPa，水洗強度：7.3 L/(m2·L)，水壓力 0.125 MPa；反洗過程：水洗1～2 min，氣洗1～2 min，氣水同洗8～10 min，水洗3～4 min，總歷時 20 min。成套配備反洗風機2臺(1用1備)，采用空氣懸浮鼓風機。

10)鼓風機房。框架結構單層廠房，1座，幾何尺寸為 26.4 m×7.2 m，層高 6 m。設羅茨鼓風機3臺(2用1備)。

11)加藥間。地上式框架結構，1座，平面尺寸為 9 m×12 m×6 m。內設：PAM、PAC、NaCA、NaClO投加系統各1套。

3.2 污泥處理系統

1)污泥濃縮池。鋼筋混凝土水池，1座，上部設置保溫維護結構，直徑φ4 m，有效水深 4 m；設計參數：進泥含水率99.2%，出泥含水率98%，污泥濃縮固體通量 47.8 kg/m2。設中心傳動濃縮機1套，采用靜壓排泥，吸泥機直徑φ4 m。

2)污泥脫水機房。地上式框架結構，1座，平面尺寸為 24 m×12 m×15 m。設污泥提升泵2臺、槳葉式調理攪拌機1臺、污泥進料泵2臺、板框壓濾機1套、清洗水泵2臺、壓榨水泵2臺、螺桿空壓機1臺、PAM制備裝置1套、污泥調理系統2套等。

3.3 除臭系統

本項目主要針對粗格柵及提升泵房、細格柵及平流沉砂池、污泥調理池、污泥濃縮池、污泥脫水間部分區域進行除臭，采取活性炭吸附除臭；擬建2套除臭系統。1#生物除臭系統設計風量為 1500 m3/d，主要處理粗格柵及進水泵房、細格柵沉砂池的臭氣；2#生物除臭系統設計風量為 2500 m3/d，主要處理污泥濃縮池、調理池、污泥脫水間的臭氣。

4 運行效果

本污水處理廠建成調試后，運行效果穩定。實測(2021年8月—2022年7月)平均進出水情況見表2。

表2 實測進、出水水質 mg·L-1

從表2看出，污水廠實測平均出水水質達到設計要求。

5 工程設計要點討論

本項目工藝流程靈活可靠，自動化水平高，管理方便，設計特點如下：

1)改良AAO工藝在污水處理廠的提標改造等方面都有成功的應用[7-10]。本工程生化處理選用以改良AAO工藝為主的活性污泥法工藝方案，通過在生化池預缺氧區、厭氧區和缺氧區多點進水，并根據進水濃度調節各點進水量，可充分利用污水自身碳源，減少外加碳源投加量，降低運行成本；通過在厭氧區前端增加預缺氧區，可以減少回流污泥硝態氮的不利影響；在好氧區后設置缺氧區、后好氧區，可以強化反硝化脫氮作用，提高對TN的去除率。通過對運行模式、功能區布置的改進、優化，保證了生化處理效果。

2)本污水廠進水含有一定的工業廢水，具有難降解有機物較多。通過在生化處理工藝前端設置水解酸化池，能改善進水的可生化性，有效提高后續生物池的處理效果[3,11]。

3)深度處理工藝方面，采用高效沉淀池和D型濾池的組合，可節約占地、減少投資和運行費用，滿足出水回用的要求。

6 工程設計總結

本項目在分析進出水水質和工藝比選的基礎上，通過在生化處理前設置水解酸化池，能有效提高來水的可生化性；通過選用改良型AAO工藝作為生化處理工藝，并對運行模式和功能區進行改進和優化，有效的保證了生化處理效果，可為國內其他類似行業和地區的污水處理提供設計參考。同時，本項目通過采用“高效沉淀+D型濾池”作為深度處理工藝，保證了出水水質同時滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準和《城市污水再生利用 城市雜用水質》(GB/T 18920-2002)，出水可回用于企業道路澆灑、綠化用水，對緩解當地水資源緊張的局面，具有重要的現實意義。