北京某鎮應急污水處理站設計要點

仲航，劉學鋒，蘇東霞

（北京北排水務設計研究院有限公司，北京 100068）

近年來，隨著我國城市化水平的快速發展及工業化水平的不斷提高，生產及生活活動產生的污水量不斷加大，給城鎮水環境帶來了巨大的壓力。作為城鎮水環境的最后一道防線，污水處理廠的改擴建工程逐年增多。目前，城鎮污水處理廠的生物處理工藝主要有A2/O、MBR、氧化溝等工藝〔1〕，在水廠新建或改擴建工程中，需結合場址地形、工藝效能、運行管理、基建投資等方面進行工藝比選。筆者以北京某鎮污水廠擴建工程為例，介紹了污水處理的工藝比選、設計參數及投資情況，為小型應急污水站的工程化設計及應用提供參考。

1 項目概況

1.1 項目背景

北京某鎮中心區污水處理廠于2008年完成建設，采用深池曝氣工藝，設計規模1×104m3/d。因該污水處理廠工藝落后導致負荷率較低，自2021年8月起停運進行提標改造。其流域范圍內的污水由現況兩座臨時污水處理站承接處理，在高峰時期會出現超負荷運行狀況。隨著該鎮一系列醫院、學校等項目的陸續建成投運，污水量將會有較大幅度增長。

其中一座臨時處理站規模為2 000 m3/d，處理工藝采用格柵+沉砂池+水解酸化池+AAO+懸浮澄清池+斜管沉淀池+消毒接觸池，與中心區污水處理廠共用提升泵井。該臨時污水處理站出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，不符合北京市現行排放標準，且該廠站于2016年作為臨時工程建設，距今已超期服役，設備陳舊老化、處理運行工況差，難以穩定達到當前的水質考核標準和穩定運行要求。

為保障該鎮中心區污水不直排環境，急需建設一座應急污水處理設施。綜上，擬對2 000 m3/d的臨時處理站擴容及提標改造。由于現況廠站為滿負荷運行，本工程實施期間須保證現況處理設施正常運轉，故利用廠區其余空地新建污水處理設施，待新建工程完工后原現況設施停止運行。

1.2 設計水量及進出水水質

根據現況臨時處理站處理水量及醫院、學校等項目建成投運后污水量預測計算，確定應急污水處理站規模為5 000 m3/d。

設計進水水質以現況處理站設計進水水質及實測水質為參考。設計出水水質執行北京地標《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》（DB 11/890—2012）中B標準，見表1。

表1 設計進出水水質Table 1 The designed influent and effluent water quality

2 方案比選

作為城市基礎設施的重要組成部分和水污染控制的關鍵環節，污水處理廠站的建設和運行耗資較大，選擇切實可行且經濟合理的工藝方案顯得尤為重要〔2〕。

我國污水處理廠站普遍采用的工藝就是生物處理結合深度處理的總體路線。目前國內小型污水處理站選用裝配式設備較多，主要是考慮設備占地面積小、管理方便等因素。本工程為應急工程，要求施工周期短，項目服務周期為3年，故采用裝配式一體化裝置作為污水站的主要結構形式。

2.1 二級處理工藝比選

污水處理工藝的選擇應充分考慮污水量和水質以及經濟管理水平，優先選用技術合理、安全可靠、低耗、占地少和運行管理方便的工藝〔3〕。結合本工程特點，二級處理工藝從膜生物反應器（MBR）、改良序批式活性污泥法（SBR）、AAO-MBBR工藝進行方案比較，結果見表2。

表2 方案比選Table 2 Overall scheme comparison

針對本項目而言，MBR雖占地面積小，但其設備種類較多，操作復雜且運行成本高。改良SBR自控要求高，占地面積大。而AAO-MBBR工藝通過在好氧區投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用處于流化狀態。通過在懸浮填料上掛膜，實現短程硝化反硝化，同步硝化反硝化，增加對總氮的去除效果〔4-5〕。該處理工藝具有良好的脫氮除磷效果，抗沖擊負荷能力強，占地面積小，投資及運營成本低且安裝簡單。通過上述比選，二級處理工藝選用AAO-MBBR一體化裝置。

2.2 深度處理工藝比選

本工程深度處理工藝采用混凝沉淀—過濾工藝，對于混凝沉淀工藝，常用的有常規混凝沉淀池、高密沉淀池，以及近年逐漸應用的磁混凝澄清池，分別對幾種混凝沉淀工藝進行對比，見表3。

表3 混凝沉淀方案比選Table 3 Scheme comparison for coagulating sedimentation

由表3可知，高密沉淀池具備對進水SS濃度適應性較強，占地面積較小，同時工程造價和運行費用相對較低等特點，因此本工程采用高密沉淀池。

應用于污水處理廠深度處理的過濾工藝有多種形式，包括濾布濾池、活性砂濾池、普通砂濾池等工藝。目前常用的深度處理過濾工藝為濾布濾池和活性砂濾池兩種過濾形式，見表4。

表4 過濾工藝方案比選Table 4 Scheme comparison for filtration techniques

如表4所示，濾布濾池和活性砂濾池對SS均能達到較好的處理效果，但工程中活性砂濾池設備數量多、運行管理較復雜、自控要求高且容易跑砂，濾布濾池過濾效果更好、運行更穩定，為了便于管理及有效保障出水達標，本工程采用濾布濾池。

2.3 污水處理工藝流程

本項目工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of waste water treatment

新建構筑物中格柵渠、AAO-MBBR、高密度沉淀池、濾布濾池均采用鋼制一體化設備；消毒接觸池、污泥池采用鋼筋混凝土形式；配套附屬建筑物中鼓風機房、脫水機房、配電間均采用彩鋼板房。其中格柵渠及AAO-MBBR均分為兩個系列，其余構筑物均為一座。

3 工藝設計

3.1 總進水管及預處理設計

應急污水處理站的入站污水干線為新增污水管道，污水從現況1×104m3/d的污水提升泵房經新增污水提升泵（Q=160 m3/h，H=15 m，功率15 kW，2用1備）提升至格柵渠。總進水管管徑為DN 250，經進水干管上電磁流量計計量后分別引至兩個系列的格柵渠。

鋼制一體化格柵渠，每座設計規模2 500 m3/d，共2座。格柵渠內設10 mm插板粗格柵1套，3 mm插板細格網1套，用于攔截粗大物等雜質。

3.2 二級處理設計

二級處理采用的一體化處理設備包含二級生物處理單元及二沉池。單套處理能力625 m3/d，分2個系列，每系列設置4套一體化設備。每套設備由3臺箱體縱向串聯組成，單臺箱體尺寸17.5 m×2.9 m×2.9 m。

一體化處理設備的工藝參數見表5。污水首先進入厭氧區，與回流污泥混合，對污水中易降解的有機物進行分解轉化，而后進入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有機物作為碳源，好氧池回流混合液中的硝酸鹽、亞硝酸鹽作電子受體進行反硝化脫氮，同時降低污水中的COD、BOD5。設備在好氧區內投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體。污水進入好氧池在有氧條件下去除大部分有機物，通過硝化作用去除氨氮，使污水得到凈化。二沉池采用斜管沉淀池，表面負荷0.82 m3/（m2·h）。

表5 工藝參數Table 5 Design parameters

采用乙酸鈉作為外加碳源，根據運行需要投加。乙酸鈉藥液儲存在V=10 m3儲罐內，乙酸鈉投加泵共3臺，2用1備，其性能參數為Q=40 L/h，H=60 m，N=0.12 kW。為確保出水總磷穩定達標，設置PAC投加系統，作為輔助措施加強系統的除磷效果。PAC加藥泵流量160 L/h，功率0.37 kW，3臺，2用1備。

為保證生物池內溶解氧濃度，新建鼓風機房，設置臥式羅茨風機3臺（2用1備）對生物池進行供氧，風量30.42 m3/min，風壓35 kPa，功率30 kW。

3.3 深度處理設計

3.3.1 高密沉淀池

經AAO-MBBR處理后的污水，進入高密沉淀池去除SS，進一步去除TP。高密度沉淀池采用鋼制一體化設備，包括混合池、絮凝池、沉淀池及污泥回流系統和污泥排放系統，設計規模5 000 m3/d。高密沉淀池一體化設備尺寸為9.4 m×6.2 m×6.0 m。混合池停留時間2 min；絮凝池停留時間10 min；沉淀池設計表面負荷5.79 m3/（m2·h）；污泥回流比5%；一體化設備總功率12 kW。PAC作為混凝劑投加到高密池的混合池內保證混凝效果，PAC加藥泵流量220 L/h，功率0.37 kW，2臺，1用1備。PAM作為助凝劑投加到高密池的絮凝池內，PAM加藥泵流量3.1 m3/h，功率1.5 kW，2臺，1用1備。

3.3.2 濾布濾池

經高密沉淀池泥水分離處理后，上清液自流進入鋼制一體化濾布濾池，有效截留出水中較小的懸浮物及細小顆粒，從而進一步降低污水中的SS和TP。

濾布濾池設1座，設計規模5 000 m3/d，尺寸4.5 m× 2.5 m×3.1 m，濾盤直徑2 m，過濾精度10 μm。濾布濾池底設管路用于排泥和放空，通過開啟控制閥由抽吸泵排至格柵渠。

設計參數：總有效過濾面積34.20 m2，濾速7 m/h，反沖洗持續時間8.5 min/次，反沖洗時間間隔180 min，排泥時間間隔6~8 h，排泥時間0.5 min/次，一體化設備總功率3 kW。

3.3.3 消毒接觸池

污水經過濾布濾池過濾后進入消毒接觸池，在消毒接觸池內投加次氯酸鈉進行消毒。消毒接觸池采用矩形鋼筋混凝土結構，接觸時間30 min。

3.4 污泥處理設計

剩余污泥重力排入污泥池，高密沉淀池排泥經排泥泵輸送至污泥池。污泥池內設2臺潛污泵，1用1備，加壓后進入脫水機房內的疊螺脫水機脫水。疊螺脫水機進泥含水率99.2%~99.4%，產泥量0.78 t/d（干重），出泥含水率83%。疊螺脫水機處理量5 m3/h，功率1.3 kW，共1臺。脫水機PAM加藥泵流量1 m3/h，功率0.55 kW，2臺，1用1備。

4 投資控制及運行效果

由于工程性質為應急臨時工程，故廠站內一體化等設備均為租賃。工程總投資為4 103.5萬元，其中工程費用896.67萬元，設備費租賃費用2 636.69萬元；二類費450.62萬元；預備費119.52萬元。本項目噸水處理成本約1.89元。

該應急處理站已投入使用，經連續采樣監測，其工藝運行平穩，平均處理水量約為4 187 m3/d，最高處理水量達5 400 m3/d，運行期間出水水質滿足《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》（DB 11/890—2012）中B標準。進出水各項水質指標的平均值見表6。

表6 進出水水質Table 6 The influent and effluent water quality

5 結論

隨著我國城市化水平的快速發展及工業化水平的不斷提高，生產及生活活動產生的污水量不斷加大，老舊污水廠站面臨負荷率較低，超負荷運行等情況，在提升改造過程中臨時建設應急污水處理站可保障污水穩定運行、水質達標排放。

1）一體化應急污水處理設備可充分利用現場有限空間，在不影響原有污水處理站運行的基礎上，節省施工周期。

2）通過對不同處理工藝設計參數及優缺點的比較，AAO-MBBR工藝具有占地面積相對較小、負荷高等優點，推薦作為小型污水處理廠站的二級處理工藝。

3）應急污水處理站選用的AAO-MBBR+高密沉淀池+濾布濾池工藝的一體化裝置，出水滿足北京地標《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》（DB 11/890—2012）中B標準的要求，在廠區占地有限，出水水質標準高及施工周期緊張的地區有較廣闊的應用前景，可為同類污水廠站設計提供借鑒和參考。