垂直流污水生态处理系统在某污水处理厂设计应用及运行效果分析

2016-02-15钱亮万硕刘瑞东王维岳虎李贵民曲利平浦华控股有限公司北京100084

资源节约与环保 2016年12期

钱亮万硕刘瑞东王维岳虎李贵民曲利平（浦华控股有限公司北京100084）

钱亮万硕刘瑞东王维岳虎李贵民曲利平（浦华控股有限公司北京100084）

某污水处理厂新建工程设计规模为5×104m3/d，近期2×104m3/d。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，主要指标达到或接近北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》A标准。本文介绍了该工程的工艺流程、构筑物设计和设备配置情况，并对运行效果进行分析总结。

新建污水处理厂；垂直流；污水生态处理；生物浮岛；生物污泥无外排

1 污水处理厂总体设计

污水处理厂总占地面积为60亩。污水厂雨水采用管道排水方式，就近排入临近的河流。污水厂处理后污水最终排入临近河流。

工程设计规模：近期：Q=20000m3/d，Q平均=833m3/h，Qmax= 1242m3/h=0.345m3/s（总变化系数1.49）。远期：Q=50000m3/d，Q平均=2083m3/h，Qmax=2813m3/h=0.781m3/s（总变化系数1.35）

根据确定的工艺方案，污水厂近期建设的构、建筑物有粗格栅及提升泵站、垂直流生态处理系统、滤布滤池、接触消毒池、生物除臭滤池、鼓风机房及变配电室、加药间、综合办公楼、传达室及大门等。由于目前还未落实再生水用户的需求情况，故暂不建设再生水处理系统，此部分将根据再生水用户的落实情况再行设计、建设；由于采用垂直流生态处理系统工艺，近期几乎无需对污泥进行处理，因此，本次设计预留再生水系统（如清水池、再生水送水泵房等）、污泥脱水机房及远期污水处理设施用地。

表1 设计进、出水水质单位：mg/L

2 污水处理工艺设计

2.1 粗格栅及提升泵站

粗格栅及提升泵站包括进水预沉渠道、进水控制井、粗格栅、提升泵站。

粗格栅及提升泵站土建安远期5×104m3/d规模设计，除污水提升泵按近、远期规模分期配置外，其余设备均按远期规模配置。

2.1.1 进水预沉渠道

（1）功能：将原水引入预沉渠道使原水进行沉砂、沉渣等预处理，以降低污水厂进水污染物浓度，减轻后续处理构筑物负荷。（2）设计参数：设计水量：5×104m3/d，总变化系数1.35。连续运行。（3）工程内容：新建地下钢筋混凝土渠道，渠道总平面尺寸为L×B=10×3m。

2.1.2 进水控制井

（1）功能：将污水引入粗格栅前，并在污水厂停产时使污水超越整个污水厂。（2）设计参数：设计水量：5×104m3/d，总变化系数1.35。连续运行。（3）工程内容：新建地下钢筋混凝土控制井，与粗格栅渠道合建。

2.1.3 粗格栅

（1）功能：粗格栅选用回转式机械格栅。截除进厂污水中较大杂物，保护水泵。（2）设计参数：设计水量：5×104m3/d，总变化系数1.35；渠道宽度：1.2m；格栅间隙：10mm～15mm；平均过栅流速：≤1.0m/s；格栅倾角：70°。根据栅前栅后水位差或者时间，机械自动耙渣，或人工控制机械耙渣。（3）工程内容：新建地下钢筋混凝土格栅渠道2条，渠道总平面尺寸为L×B=11.5×3m，地面下深H= 7m。粗格栅加盖便于除臭。（4）安装设备：安装回转式机械格栅2台，功率1.5kW，每个格栅渠道前后装1.2m×1.0m铸铁镶铜闸门，共4套，配手电两用启闭机。

2.1.4 提升泵站（与粗格栅合建）

（1）功能：将污水提升后进入后续处理构筑物，并使后续构筑物埋深处于经济合理范围内。（2）设计参数：设计水量：2×104m3/d，总变化系数1.49；水泵扬程：12m。（3）运行：根据集水池内水位变化依次启停水泵，自动控制。（4）工程内容：新半地下式钢筋混凝土泵房一座，集水池尺寸L×B=13×10m，深10.3m；泵房平面尺寸为L×B=13×7m，层高6.0m。（5）安装设备：近期安装潜污泵3台，2用1备，单台流量Q=621m3/h，扬程，H=12m，功率N=30kW，其中1台变频控制；远期增加潜污泵3台，单台流量Q=785m3/h，扬程，H=12m，功率N=37kW，其中1台变频控制。水泵间安装单梁悬挂起重机1套。

2.2 垂直流生态处理系统

垂直流生态处理系统土建规模及设备配置均按污水厂近、远期处理规模分期进行。

2.2.1 功能：污水中污染物经格栅拦截、沉砂池沉淀后，进入垂直流生态处理系统，经过厌氧/缺氧/好氧环境，在释磷、吸磷、硝化和反硝化的过程中，实现污染物的降解，使污水中的有机物、氨氮、磷等得以去除。垂直流生态处理系统由污泥区、厌氧区、缺氧区、好氧区、出水区组成，其中在出水区还设置有混合反应等深度处理单元。同时由于污泥和厌氧区等主要产生臭味的单元位于6m水深以下，产生的臭气经过顶部好氧处理和表面生物浮岛吸附净化可有效降低臭味，整个生物处理单元基本无臭味。

2.2.2 污泥区：超深厌氧塘对沉淀的有机性悬浮固体、生物污泥进行液化及完全甲烷发酵的技术特点，因此，具有基本不产生有机污泥的特征。

通过对多个采用垂直流生态处理系统工艺的污水处理厂的塘底泥层的实测分析，确定塘底污泥分为密实和松散两层，其中松散层厚度约为0.52m，厚度基本不变，密实层厚度逐年增加，根据实测分析确定密实层污泥厚度增速约为0.0425m/a。

按污水处理厂运行20年计算，塘底将形成厚度为0.85m的密实层和0.52m的松散层，泥层总厚度为1.37m，考虑到污泥沉降的不均匀性，本设计污泥区高度按2.0m设计。

2.2.3 厌氧区：厌氧区采用上向流布水。设计参数：面积：12000m2；容积：36000m3；有效水深：h=3m；HRT：1.2d。

2.2.4 缺氧区：好氧区回流液与经厌氧区处理的污水在此区混合，进行反硝化脱氮。有效容积：8640m3；HRT：6.91h。

2.2.5 好氧区：通过人工曝气充氧的方法，去除有机物、进行硝化。设计参数：有效容积：10800m3；有效水深：h=3m；HRT：8.64h。

2.2.6 出水区：进一步泥水分离、吸附除磷；并利用设置于出水区的混合反应处理单元对污水进行深度处理。设计参数：面积：3000m2。连续运行。

2.2.7 工程内容：垂直流生态处理系统为地下式水池，共1座。总容积为：15.11×104m3，有效容积：14.32×104m3，有效水深9m。

2.2.8 安装设备:厌氧区安装水隔幕6000m2，设置配水系统；缺氧区、好氧区安装生化组合单元450套；好氧区设置旋混曝气器及气提回流系统；出水区安装生物浮岛1500m2，在混合反应单元安装混合搅拌机1台，功率1.5kW；安装机械搅拌机3套，第一级搅拌机功率1.5kW；第二级搅拌机功率1.1kW；第三级搅拌机功率0.75kW。

2.3 滤布滤池

滤布滤池1座，土建按远期规模一次建成，设备分期安装。

2.3.1 功能：将沉淀池出水进行过滤，进一步降低水中悬浮污染物，使处理后的水能够达到出水标准

2.3.2 设计参数：总设计水量：5×104m3/d，总变化系数1.35。滤速：10m/h。连续运行。

2.3.3 工程内容：半地下钢筋混凝土水池1座，分2格。总平面尺寸为L×B=12.5×9m，总深H=4.7m。

2.3.4 安装设备：安装1套纤维转盘，包含一组过滤转盘，处理能力2.5×104m3/d，驱动功率0.75kW，包含2台反冲洗水泵及配套阀门，水泵参数为Q=50m3/h，H=7m，N=2.2kW。

2.4 接触消毒池

2.4.1 功能：使处理后的污水在出厂前杀菌消毒。

2.4.2 设计参数：处理水量：5×104m3/d，总变化系数1.35；接触时间：t=30min。连续运转。

2.4.3 工程内容：半地下钢筋砼水池1座，平面尺寸L×B=21m× 14m，有效水深5m，池总深5.3m。

2.5 鼓风机房及变配电室

鼓风机房及变配电室1座，土建按远期规模一次建成，设备分期安装。

2.5.1 功能：鼓风机房提供污水生物处理所需的风量。变配电室为整个厂区提供电源，见电气设计说明。

2.5.2 设计参数：处理水量：2×104m3/d，总变化系数1.49；最大供风量：6924m3/h。连续运转。

2.5.3 工程内容：框架建筑一座。平面尺寸为：24m×9m，高6m。

2.5.4 安装设备：安装垂直流生态处理系统曝气用罗茨鼓风机3台，2用1备。每台鼓风机参数为：Q=57.7m3/min，H=39.2kPa，N= 55kW。

2.6 加药间

加药间1座，土建安远期一次建成，设备分期安装。

2.6.1 功能：投加次氯酸钠溶液至接触消毒池、确保总磷达标排放；在生物除磷的基础上，增加化学药剂强化除磷设施。

2.6.2 设计参数：设计流量：2×104m3/d，总变化系数1.49；加氯量：10mg/L；辅助除磷：药剂采用聚合氯化铝，最大投加量为60mg/L，投加浓度为10%。

2.6.3 运行：接触池加氯连续运行；后置投加药剂根据出水总磷投加在混合池内。根据进、出水质间断运行。

2.6.4 工程内容：框架建筑一座，总建筑面积为108m2。

2.6.5 安装设备：安装次氯酸钠储罐2个，1用1备，安装自动冲洗设施1套。设聚合氯化铝溶液池2格，每格容积24m3，每格池内设搅拌机一台，搅拌功率2.2kW。

安装辅助除磷隔膜计量泵3台，2用1备，单台泵参数为Q= 250L/h，H=30m，N=0.55kW。安装必要的通风设施。

3 化学污泥处理工艺设计

由于本工程采用垂直流生态处理系统工艺，生物污泥无外排，故污泥处理部分仅包括对深度处理部分沉淀污泥的处理。经计算，本工程近期（2×104m3/d）深度处理部分产生的沉淀污泥量为16.8m3/d，含水率97%，远期（5×104m3/d）产生的该部分污泥量为42m3/d，含水率97%。由于本次设计将深度处理部分设置于垂直流生态处理系统出水区（底部设有排泥系统），有足够空间储存近期产生的污泥（污泥量小），为降低本期工程投资，节约污水厂运行成本，本次设计预留污泥处理部分用地，其相应土建施工、设备安装等工程内容待污水厂远期工程建设时一并实施。

4 生物除臭设计

本次生物除臭设计采用生物滤池除臭装置，根据污水厂远期建设规模一次建成，因此对厂区内粗格栅及提升泵站以及远期将要建设的贮泥池、污泥脱水机房等有恶臭气体排出的构、建筑物进行除臭估算设计，对上述构、建筑物进行加盖密封等除臭设计，臭气经收集后排入生物除臭滤池处理。（1）设计参数：总气量：8600m3/h。连续运行。（2）安装设备：安装生物除臭滤池装置1套，平面尺寸为6×6m，H=2.1m。含循环水泵2台，Q=7.5m3/h，H=37m，N=1.5kW，1用1备；离心风机Q=8600m3/h，H=2200Pa，N=11kW，1用1备。