市政污水處理廠工藝設計與應用

吳艷濤

（中煤科工集團杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

近幾年，隨著城市化和工業化的不斷推進，城市污水產生量不斷增大，這在一定意義上會損害生態環境和人類健康，制約城市社會經濟的可持續發展，違背“綠水青山就是金山銀山”的發展理念，因此全面推進城鎮范圍內的污水治理迫在眉睫。某鄉鎮依托旅游業和制造業的開發建設得到了快速發展，同時為完善基礎設施解決污水排放問題，還擬新建一座5000m3/d的污水處理廠。本文著重對某鄉鎮新建污水處理廠的建設進行工藝設計及案例分析。

1 工程概況

1.1 設計規模

一期處理設計規模為5000m3/d；遠期處理總規模為16000 m3/d。

1.2 設計進水水質

根據水質檢測報告并結合理論預測以及其他城鎮污水處理廠的水質綜合確定，該鎮的生活污水進水、出水水質及指標去除率如表1 所示。

表1 進水、出水水質一覽表

2 工藝設計

2.1 工藝設計重點

根據進水、出水水質，污染物去除率、污水可生化性、碳氮比、碳磷比，對本項目各污染物去除的難易程度分別進行綜合判定，從而選擇適合本項目的最優工藝路線。

2.1.1 BOD5

五日生化需氧量（BOD5）比較容易控制，處理技術相對穩定可靠。對污水進行硝化和反硝化后，BOD5的去除率基本能達到95%及以上，即出水BOD5可小于10mg/L。

2.1.2 CODCr

按現狀資料，該污水處理廠B/C=0.6，由此可見該廠進水水質可生化性很好，采用合理的生化工藝+深度處理工藝，可使出水重鉻酸鹽指數（CODCr）低于50mg/L。考慮到CODCr是國家節能減排考核的指標，因此將CODCr作為該廠的重點關注目標。

2.1.3 SS

組成出水懸浮物（SS）的主要成分是活性污泥絮體，往往含有較高的有機物和磷。因此，污水廠出水中SS 濃度不僅涉及到出水SS 指標，也與出水中的BOD5、CODCr、TP 和色度等指標強相關。通常1mg/L 出水SS 含有0.8～1.4mg/L 的CODCr、0.3～0.75mg/L 的BOD5、0.08～0.1mg/L的TN、0.03～0.06mg/L 的TP[1]。對常規城市污水處理廠（SS 值200mg/L 左右）而言，僅靠二沉池出水，SS 去除率最高不超過90%。為能滿足SS 小于10mg/L 的去除要求，需對污水進行深度處理。

2.1.4 NH3-N

氨氮（NH3-N）的去除主要靠硝化過程來完成，因此NH3-N 的硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設計的主要因素。在保證曝氣供氧充足的條件下，該指標相對容易控制。根據現有污水廠運行情況，目前出水NH3-N 一般在1mg/L 左右，是符合達標條件的。但考慮到NH3-N 作為國家水污染物總量控制因子之一，更是環保監測考核的重要指標，故仍將NH3-N 納為本污水處理廠處理重點關注目標。

2.1.5 TP

傳統脫氮除磷工藝中，在碳源充足情況下總磷（TP）的生物去除率可達75%，但仍無法滿足TP 去除率87%以上的要求，因此TP 為本工程處理的重點和難點。要滿足出水磷濃度低于0.5mg/L的要求，應同步嚴控出水SS 濃度，因而在生化處理出水后設置三級物化處理。通過三級處理進一步去除水中的TP，并同步降低SS 含量，確保出水的達標排放。

2.1.6 TN

總氮（TN）的去除依賴于進水有機物濃度、可生化性和C/N 比值，同時與TP 的去除要相互協調，通常也是污水處理廠設計甚至運行中的難點。考慮到某鄉鎮新建污水處理廠來水中含有少量的工業廢水，進一步加大了系統對TN 的去除難度，在碳源充足情況下，TN 去除率可達到80%[2]。因此，TN 穩定達標要重點關注，同時作為工藝設計和運行難點進行處理。

2.2 工藝流程設計

根據污水治理行業的多年實踐工程設計總結得出，預處理是關鍵，生物處理是核心，深度處理是保障，污泥處理是重點。故本項目遵行上述原則進行工藝流程設計。來水通過粗格柵進入集水井后，再由提升泵提升，流經細格柵輸送至旋流沉砂池，去除廢水中的無機固體物質后，自流流入調節池，調節水質水量后進入后續生化處理單元。A2/O 是在A/O 工藝中增加具有脫氮作用（Denitrification）的無氧（An-oxic）槽，利用微生物去除BOD5和磷的同時，達到脫氮的作用。A2/O 工藝特點就是在厭氧、缺氧、好氧3 種不同功能區的特定生物群體作用下，能同時完成并達到去除有機物及脫氮除磷的目的。在活性污泥法前段設置A1 池和A2 池，內設潛水攪拌機，預處理出水與二沉池回流污泥在此混合，吸附有機污染物，并使菌種得到篩選，避免污泥膨脹的發生，大部分有機物在A1 池內為微生物所吸附，而剩余的有機物及吸附于微生物體內的有機物在O 池內被氧化分解。二沉池出水后選用占地面積小、處理效果佳的高效澄清池，池內投加PAC藥劑對廢水進行進一步化學除磷處理。處理后的出水進入反硝化深床濾池進行深度處理，以保證水質達標排放。過濾后出水經過紫外線消毒后達標排放。

綜上，污水處理廠主工藝采用“集水井→旋流沉砂池→調節池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床濾池→紫外線消毒渠”的系統設計。工藝流程詳見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 工程設計

本工藝所采用的設計參數，如沉淀池表面負荷、停留時間、曝氣池的污泥負荷、供氧量等，均參考已建成同類型廢水處理運行的成功經驗，具有科學性與實踐性。

3.1 主要設計參數

3.1.1 集水井

集水井采用地下式，平面尺寸13.5m（L）×9.24m（W），深10.6m，集水井內設進水渠道，并配置回轉式機械粗格柵，用于攔截水中的大顆粒物，保證后續系統的穩定運行。其中，土建部分一次性完成，即按遠期16000m3/d 設計，設備按近期365m3/h（即210 m3/h×1.74，其中1.74 為水量不均勻系數）配置。機械粗格柵1 套，規格為B=1200mm，柵距16mm，自動方閘門2 套。

3.1.2 進水泵房

設置進水泵房1 座，平面尺寸9m（L）×5m（L）×1F，配套2 臺提升泵，規格為360m3/h×20m×37kW。電 動 葫 蘆1 臺，規 格 為2t，3kW；軸流風機2 臺，規格為DTZ-3，2.5D 型，Q=2000m3/h，0.37 kW。

3.1.3 旋流沉砂池

旋流沉砂池采用半地上式，主要去除來水中的細小泥沙和較大懸浮物，保證后續生化系統的可靠運行。旋流沉砂池尺寸Φ2.73m ×3.05m(H)。系統配置機械細格柵1 套，規格為B=700mm，柵距3mm；旋流沉砂器器1 臺，轉速12～20rpm，功率0.75kW。砂水分離器1 臺，處理量12L/S；羅茨風機1 臺，規格為2.2m3/min×58.8kPa×5.5kW。

3.1.4 調節池

調節池對來水進行水量和水質的調節，保證后續生化系統能穩定運行。本調節池設計流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸22.7m×7m，深5.8m（H）。調節池安裝提升水泵2 臺，規格為210m3/h×10m×15kW；潛水攪拌機2 臺，規格為Φ400mm×3.7kW。

3.1.5 A2/O 生化池

調節池出水同二沉池回流污泥混合，進入A1 厭氧池，A1 厭氧池主要用于吸附有機污染物，并馴化可需微生物，防止污泥膨脹。內置2 臺潛水攪拌機，規格為Φ320mm×3kW。

A2 缺氧池和A1 厭氧池于池上部聯通運行，防止污泥沉積。內置2 臺潛水攪拌機，規格為Φ320mm×3kW。

曝氣O 池與A2 缺氧池于池底部聯通運行，通過鼓風曝氣，有效分解有機污染物。采用羅茨風機鼓風曝氣充氧，O 池內底部設微孔曝氣器，曝氣器采用懸掛鏈式方便提升維修，可在不停水的情況下對曝氣系統進行檢修。配置羅茨鼓風機2 臺，規格為40m3/min×58.8kPa×75kW；O 池微孔曝氣器采用懸掛鏈曝氣器，數量138 套。

3.1.6 二沉池

二沉池選擇周邊進水周邊出水輻流式，主要功能為泥水分離，使出水變清澈。二沉池尺寸Φ22.7m×4.1m(H)，配置半橋式刮泥機1 臺，污泥回流泵2 臺，規格為210m3/h×10m×15kW。

3.1.7 高效澄清池

高效澄清池是一種高負荷一體式絮凝/沉淀/濃縮池，對進一步去除懸浮物、膠體有很好的效果。本設計高效澄清池平面尺寸3.9m(L)×3.9m(W)，深5.5m。配置反應池攪拌機1 臺，規格為Φ1200mm×1.1kW；中心傳動刮泥機1 臺，污泥泵3 臺，2 用1 備，Φ50 蜂窩狀填料30m2。

3.1.8 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池設計流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸12.6m(L)×3m(W)，深4.5m；反洗泵2 臺，規格為200m3/h×200m；反洗風機2 臺，規格為12m3/min×58.8kPa。

3.1.9 紫外線消毒渠

紫外線消毒渠與排放水池合建，尺寸16.2m(L)×3.3m(W)×2.5m(H)，采用半地下式。消毒采用紫外線消毒，紫外線劑量20mws/cm2，共計18 支燈管。

3.1.10 污泥調理池

污泥調理池平面尺寸5.2m(L)×5.2m(W)，深5m； 配 置 豎 軸 槳 葉 式1 臺， 規 格 為Φ1500mm×5.5kW；高壓污泥進料泵2 臺，規格為25m3/h×1.2MPa×18.5kW。

3.1.11 壓榨水池

壓榨水池平面尺寸5.2m(L)×2.35m(W)，深3m； 配 置 壓 榨 水 泵2 臺， 規 格 為8m3/h×167m×7.5kW。

3.1.12 污泥脫水機房

土建部分按16000m3/d設計，設備按5000m3/d配置。平面尺寸14.4m(L)×8m(W)×1F，框架結構；配置板框壓濾機1 臺，規格為過濾面積150m2，壓力1.6MPa。空壓機1 臺，規格為1m3/min×0.8MPa×11kW。脫水機房行車1 臺，規格為雙軌5t，8.3kW。

3.1.13 除臭系統

除臭系統用于收集自污泥調理池、脫水機房、A1 池、A2 池等會產生臭味的單元所產生的臭氣，并進行除臭處理。系統配置防腐離心式臭氣引風機1 臺，規格為100m3/min×2.049kPa×7.5kW；生物一體化除臭系統1 套，規格為4.3m(L)×3.3m(W)×3.3(H)。

3.1.14 加藥間

土建部分按16000m3/d 設計，設備按5000m3/d配置。配置PAC 加藥系統1 套，PAM 陽離子自動加藥系統1 套，PAM 陰離子自動加藥系統1 套，碳源投加裝置1 套，石灰加藥系統1 套。

3.1.15 輔助用房

設計輔助用房1 座，尺寸 28m(L)×10m(W)×1F，采用框架結構形式。

3.2 總圖設計

根據污水廠平面布置原則，綜合考慮地形地貌、道路建設等自然條件，以及進水方向、出水方向、風向等設計因素，將處理廠分為生產管理區與污水、污泥處理區2 大功能區。整個廠區盡量做到布置緊湊，功能分區明確，運行管理方便，建構筑物布置間距符合防火及衛生防護要求，并充分利用建構筑物間及建構筑物與道路間的空間進行花草樹木的種植，打造出整潔宜人的廠區工作和生活環境。

結語

本項目根據市政污水廠的污水特點，經過一系列工藝對比后，采用“集水井→旋流沉砂池→調節池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床濾池→紫外線消毒渠”的系統設計。該組合工藝實際出水水質不但能滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A 排放標準，而且較傳統工藝而言具有占地面積小、運維成本低、自動化程度高等特點，進一步驗證成為現代化市政污水處理廠建設的首選工藝。