万吨规模典型县城污水处理工艺流程的比较研究

黄 磊 顾中玮 刘佳铭

（1桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林5410042广西南宁市马山县环境保护监测站广西南宁530699）

万吨规模典型县城污水处理工艺流程的比较研究

黄 磊1,2顾中玮1,*刘佳铭1

（1桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林5410042广西南宁市马山县环境保护监测站广西南宁530699）

以广西某县日处理量万吨规模的典型污水处理厂为例，通过分析比较分析污水处理厂水质水量、污水处理工艺流程，最后得出污水处理工艺采用周期循环活性污泥工艺（CASS工艺），污泥处理采用一体化浓缩脱水机污泥处理工艺，后期消毒采用紫外线消毒工艺，研究结果为相当规模县城污水处理工艺的选取提供参考。

县城；污水处理；工艺流程；比较研究

随着城市化进程的加快，城市生活生产污水日益增多，不仅给城市水生态环境造成了不利影响，而且还对人们的生活健康造成威胁。城市作为一个地域经济文化的特色象征，积极保护水生态环境以减少水污染，建设和改进污水处理设施以改善水环境质量，是实现城市经济稳定发展的关键因素，也是营造城市居民良好生活环境和切实提高居民生活质量的重要环节。本文以广西某县为例，通过对该城市污水的水质水量和污水处理工艺流程进行了全面分析与比较，最终确定了本工程项目污水处理工艺流程的最佳方案。

1 污水处理厂水质水量的分析

1.1 项目概况及自然条件

污水处理厂位于广西某县城西南面，地处县城江下游，距县城中心有一定距离，供水供电方便，对城市污水的汇集、处理厂及排污管网等配套工程的建设提供了非常优越的自然条件。本文选取的工艺属于县城区域范围内设置的污水处理厂工艺选择，地处县城的东南面，二水沟旁、建消防站以南约150m处。污水处理厂规模为近期1.7×104m3/d，远期4.8×104m3/d。

1.2 污水水量预测

城市污水总量=综合生活污水量+工业废水量+管网渗漏量。由于县城区管网目前还处于空白，新城区及老城区近期管网实行截流式合流制，可在旧城改造过程中逐步实施分流制，新城区实行分流制，随着污水管网的逐步完善，污水收集率将会有所提高。因此在本工程中污水收集率2016-2020年取0.85，2021-2025年取0.90。因此，城市污水总量预测见表1。

表1 城市污水总量预测

1.3 污水处理厂进、出厂水质确定

城市污水厂所接纳的污水主要为服务城区生活污水、服务城区的经过处理达到排入城市下水道标准的工业废水。在确定进厂水质时，参照国内及广西区内部分污水处理厂运转期水质并结合广西某县实测污水水质资料，并考虑到远期污水水质变化趋势，确定设计进厂水质为：BOD5约为130mg/L；CODcr约为200mg/L； SS约为180mg/L；NH3－N约为20mg/L；T－P约为4mg/L。污水经处理后，最终排入河流，县城河段水质按照其水质达II类水管理[1]，根据标准规定，城镇污水处理厂出水排入II类功能水域时，应达到国家一级A排放标准[2]。

2 污水处理工艺流程的比较

2.1 预处理设施方案比较

本工程预处理设施主要包括粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池。粗格栅和进水泵房合建，细格栅和沉砂池合建。

2.1.1 粗格栅选型比较

根据本厂情况，对以下三种机型进行比较：（1）钢丝绳牵引式格栅除污机。（2）旋转式固液分离机。（3）回转式机械格栅除污机。

钢丝绳牵引式格栅除污机运转效果较好，性能稳定，特别适用于深水使用，但进口产品价格较高[6]。旋转式固液分离机运转效果很好，结构紧凑，调整维修方便，但设备易损耗[7]。回转式机械格栅除污机结构紧凑、体积小、重量轻，自动化程度高，设有防堵保护装置，运行可靠[8]。三种机型虽均能满足使用要求，但考虑到本工程进水水质情况，维护保养，运行效果及产品经济适用性等因素，本设计推荐采用回转式机械格栅除污机。

2.1.2 进水提升泵房比较

进水提升泵房有两个方案可供选择：潜水泵房方案和干式离心泵房方案。潜水泵房不需要设备房间，水泵直接安装在集水池内，土建造价低，系统简单，占地面积小。干式离心泵房型式复杂，土建造价高，管道系统较复杂，设备安装较复杂，占地面积较大。因此，本工程设计推荐采用潜水泵房方案。

2.1.3 细格栅选型比较

由于本工程进水浓度较低，不设初沉池，为降低二沉池SS负荷，需要选择一种固液分离效率高的细格栅。污水厂常用的细格栅有链条式格栅、阶梯格栅和旋转式格栅。（1）链条式细格栅。链条式细格栅构造简单，占地面积小，但杂物有时会卡住链条和链轮，且套筒滚子链造价高，耐腐蚀性差。（2）阶梯式细格栅。阶梯式细格栅水下无转动链，在运行过程中不会出现卡链现象，运行可靠。且该种隔栅无需断流即可更换栅片，使用维护方便。栅条间隙小，截污量大，不易堵塞，分离效果较好。（3）旋转式细格栅。旋转式格栅应用也较为广泛，价格合理。旋转式格栅不易发生堵塞现象，日常维修量很少。但大型硬质漂浮物较多时，容易撞坏旋转式固液分离机的耙齿。综上所述，设计推荐采用阶梯式细格栅机。

2.1.4 沉砂池选型比较

结合本工程特点，一方面考虑到处理规模，另一方面考虑到后续脱氮除磷工艺，且不设初次沉淀池的特点，本工程选择以下三个方案进行比较。方案一：曝气沉砂池；方案二：旋流沉砂池；方案三：平流式水力旋流沉砂池。结合本工程的具体情况，对三个方案进行综合比较，优缺点比较如表4所示，以选择一个适合本工程的方案。

表2 沉砂池优缺点比较表

由于本工程需要脱氮除磷，且无初沉池，另外由于进水中C/ N、C/P比较适合等特点，设置沉砂池一方面要考虑保证后续脱氮除磷的厌缺氧状态，同时保持C/N、C/P比值，另一方面亦要考虑到占地、工程投资和运行费用等诸多因素，统筹考虑，最终推荐方案二：旋流沉砂池作为本工程沉砂池池型。

2.2 二级生物处理比选

本工程出水水质要求达到国家一级A类，处理流程为具有脱氮除磷的城市二级污水处理工艺。二级处理段即生物处理构筑物，是各种污染物去除的核心构筑物，其工艺方案直接关系着出水水质和运行成本，是污水处理厂运行成功与否的关键[3-5]。针对县城区污水的水质及处理后出水水质要求，结合处理厂的规模，气候条件和资金筹措情况，参照国内外的研究成果及污水处理厂的运行实践，选择了普通曝气法、Carrousel氧化沟和CASS法三种方法进行比较，从而确定最佳方案。以下三种方案的比较如表3所示。

表3 污水处理各方案比较表

由表2得知，CASS工艺流程简单，管理环节少，对水质变化的适应性强，出水稳定，污水质处理达标，设备技术成熟，施工简单，适合广西某县的实际情况。因此，广西某县污水处理工艺推荐采用CASS工艺方案。

2.2 污泥处理工艺的比选

通过对污水处理厂污泥处理工艺方案进行比选，推荐出污泥处理工艺方案，并对污泥处置提出参考意见。城市污水处理厂污泥处理有以下两种方案可供选择：方案一：污泥机械浓缩、机械脱水；方案二：污泥重力浓缩、机械脱水。两种方案的技术经济比较如表4所示。

表4 污泥浓缩、脱水方案比较表

从上表可看出，方案一在占地面积、环境保护、确保出水水质方面明显优于方案二。方案二采用重力浓缩会出现污泥中磷的释放，需要设置专门的除磷池，从而使系统复杂化。因此，本工程污泥处理工艺推荐采用机械浓缩、机械脱水方案。

2.4 后续消毒工艺比选

目前流行的尾水消毒工艺主要有氯化消毒、臭氧消毒和紫外线消毒工艺。氯化消毒杀菌效果较好，但杀菌后会产生CHCl3、CHCl2Br和氯乙酸等多种具有致癌、致畸的副产物，同时液氯是剧毒物质，操作时要求的安全性和可靠性很高。臭氧消毒的可靠性和安全性较好，但处理成本过高，很少有污水厂采用尾水臭氧消毒。紫外线(UV)是一种高能量的光，采用低耗能、高性能、可变功率输出的低压高强紫外灯，灭菌效率高，作用时间短，危险性小，无二次污染，管理操作简单，不需建造较大的接触池，占地面积和土建费用低，不影响尾水受纳水体的生物种群等。综合考虑，推荐本项目外排尾水消毒采用紫外线消毒。

2.5 污水处理工艺流程方案确定

由上述比较可确定本工程的污水处理工艺流程方案如图1。

图1 广西某县污水处理厂CASS工艺流程图

3 结语

结合广西某县污水处理厂的实际情况及设计要求，通过对污水处理厂的二级处理工艺、污泥处理工艺、预处理设施方案和后期消毒工艺的分析与比较，确定了“周期循环活性污泥工艺（CASS工艺）+污泥机械浓缩脱水+回转式机械格栅除污机及潜水泵房+阶梯式细格栅机及旋流沉砂池+紫外线消毒工艺”的污水处理厂工艺流程方案。出水水质执行《污水综合排放标准》（GB 8978-1999）的一级A标准[9]，处理达标后的污水排入河流，污泥运往垃圾处理场填埋。

[1]GB 3838-2002地表水环境质量标准[S].

[2]GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准[S].

[3]李为.城市污水处理工艺的能耗评价体系研究[D].西安：西安建筑科技大学,2010.

[4]郝小罗.城市规划区污水处理厂设计及工艺优化[D].西安：西安建筑科技大学,2015.

[5]刘佳媛.浑南新城桃仙污水处理厂工程工艺方案研究及设计参数优化[D].沈阳：沈阳建筑大学,2012.

[6]伍伟强.浅谈污水处理厂机械设备的应用[J].科协论坛, 2008,03:29-30.

[7]李其德，袁远森.旋转式固液分离机尾部泄漏分析及改造[J].贵州化工,2010,35(6):54-55.

[8]冯成军,蒋岚岚,梁汀,吴文海.污水处理厂格栅设备综述[J].环境工程,2015,33(S1):941-945.

[9]GB 8978-1999污水综合排放标准[S].