通大污水处理工程项目工艺设计

胡思琪，李 凯

(宇星科技发展<深圳>有限公司，广东深圳 518000)

通大污水处理工程建设位置位于湖北省咸宁市通山县经济开发区南侧，负责通山县经济开发区1.0 115 km2范围的污水处理任务。污水处理厂设计规模为1.0万m3/d，规划用地面积约为22 000 m2。根据该工程实际情况，结合技术经济比较[1-3]，污水处理工艺采用多模式AAO工艺，二级出水经高效沉淀池、纤维滤布滤池深度处理和紫外线消毒后，尾水经提升泵站排至通羊河下游。污泥处理采用高压板框脱水机。

1 设计方案

1.1 设计进、出水水质

(1)进水水质条件：目前该污水处理厂进水为服务范围内生活污水及水晶工业园循环废水站排水。服务范围内生活污水水质预测如表1所示。

表1 生活污水排水水质预测表Tab.1 Prediction of Domestic Sewage Quality

水晶工业园内现有15家企业，主要从事水晶制品加工，产生的废水主要以二氧化硅和悬浮物等无机物为主，目前园区已建成水晶工业园循环废水站，设计规模为3 000 m3/d，排水标准执行《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)B等级，循环废水站尾水排放检测数据如表2所示。

(2)出水水质要求：该污水处理厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918—2002》中的一级A标准。结合生活污水及水晶工业园尾水水质现状，经加权平均计算，并考虑一定的变化情况，该水厂的主要进、出水设计指标如表3所示。

表2 水晶工业园循环废水站尾水排放水质Tab.2 Tail Water Quality of Recycling Wastewater Station in Crystal Industrial Park

表3 设计进、出水水质Tab.3 Design Influent and Effluent Quality

注：括号外为水温>12 ℃时的控制指标；括号内为水温≤12 ℃时的控制指标

1.2 工艺方案的确定

本工程设计进水B/C=0.44>0.3，可采用生物降解；BOD/TN=5>4，可采用生物脱氮；BOD/TP=50>20，可采用生物除磷。该设计水质可生化性较好，碳源较充足，可采用生物法作为二级处理工艺。由于设计出水水质需达到一级A排放标准，因此本工程需采用二级生物处理与深度处理相结合的工艺[4]。

1.2.1 生物处理方案的比选

目前，采用的大多数污水处理工艺都包含生物除磷脱氮技术，生物除磷技术是靠聚磷菌对污水中磷的吸收作用，形成高含磷量的活性污泥，使磷从污水中去除。结合技术可行性、经济合理性、对水质、水量的适应性、运行的稳定性等综合影响因素，该工程考虑多模式AAO、曝气生物滤池、AO+MBR这3种工艺，3种工艺的比选如表4所示。

表4 各生物处理工艺比较表Tab.4 Comparison of Each Biological Treatment Processes

本工程进水含部分工业污水，COD、TN、TP含量较高，水质变化较大。王舜和等[5]研究表明，多模式AAO工艺可灵活调整运行模式，有对水质变化适应性强的优点，适合于水质波动较大工程。研究表明，多模式AAO工艺对COD的处理效果较其他工艺略优[6]。此外，多模式AAO工艺中由于除磷菌优先利用易降解碳源，且通过前置缺氧段将回流污泥中的硝态氮去除，使得系统脱氮除磷效果更佳。综合比较，多模式AAO工艺具有运行成本最低、处理效果好、运行灵活、投资较低等优势。因此，本工程优先选择多模式AAO工艺。

1.2.2 深度处理方案的比选

经过常规二级工艺处理后的污水在悬浮物和TP方面往往达不到一级A的出水要求，需要增加深度处理工艺。目前常用的深度处理工艺为“混凝沉淀+过滤”和“微絮凝+过滤”。微絮凝过滤一般用于处理低浓度污水，对前端处理工艺要求高，且设备投资较大。考虑工程运行稳定性及经济性，选择“混凝沉淀+过滤”为本工程深度处理工艺。

(1)混凝沉淀池

高效沉淀池技术成熟，占地面积小，对SS、TP去除效果明显。研究表明[7]，高效沉淀池具有表面负荷高、出水水质好、排泥浓度高等特点。此外，高效沉淀池设置内回流泵，通过污泥回流，减少了10%～30%的药剂投加量。因此，本工程混凝沉淀池选用高效沉淀池。

(2)滤池工艺

污水处理厂二级出水经高效沉淀后需增加过滤工艺，进一步降低污水中SS和TP的含量。通过设计计算，二级处理后的污水中CODCr、BOD5、TN等污染物均可达到一级A排放标准，二级活性污泥法磷的去除率较低，仅从剩余污泥中排除的TP一般约为12%～19%，而本工程TP去除率达到87.5%，通过二级生物处理是无法达到的，因此，深度处理工艺的目标污染物为SS和TP。本工程设计在高效沉淀池投加除磷药剂，需增加滤池工艺对高效沉淀池出水进行过滤。考虑运行效果及技术成熟性，该工程选择纤维滤布滤池和D型滤池这2种方案，对比结果如表5所示。

表5 各过滤工艺比较表Tab.5 Comparison of Each Filtration Process

由表5可知，在出水均为一级A的标准下，纤维滤布滤池水头损失小，能耗低，且其在占地、投资、后期运营方面也具有一定的优势。因此，本工程选择纤维滤布滤池为过滤工艺。

1.2.3 工艺流程的确定

梁仁礼等[8]对比了不同污水处理厂设计方案，研究表明，“AAO+高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺在技术和经济上是具有优势的。分析比较本工程的特点及进水水质，并综合考虑工程总投资及后期运行方便，该污水厂二级生物处理选择多模式AAO工艺；深度处理工艺采用高效沉淀池；过滤工艺采用纤维滤布滤池；消毒工艺采用紫外线消毒。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Flow Chart of Treatment Process

2 厂区主要建构筑物设计

通大污水处理工程属新建污水厂，该污水处理厂主要由预处理系统，二级生物处理系统，深度处理系统，消毒系统，辅助用房等建构筑物组成。主要建构筑物设计参数及设备配置如下。

(1)预处理系统

粗格栅及提升泵房设计尺寸为16 m×6.2 m×8 m。配备回转前耙式粗格栅2台，栅隙宽b=20 mm，功率为1.1 kW，1用1备。提升泵房设3台潜水泵，2用1备，单台流量为330 m3/h，扬程为15 m，功率为18.5 kW，1台变频。

细格栅及曝气沉砂池设计尺寸为30.4 m×6.5 m×3.2 m。选用自动除渣的回转式细格栅2台，栅隙宽b=5 mm，功率为0.75 kw，1用1备，配套1台无轴螺旋输送机。曝气沉砂池设计最大流量时水力停留时间为12.6 min，配备双槽桥式吸砂机1台，驱动功率2×0.55 kW，撇渣电机2×0.55 kW。设砂水分离器1台，流量为3.16 L/s，功率为0.37 kW。罗茨鼓风机2台，1用1备，流量为2.17 m3/min，功率为5.5 kW。

调节池与事故池设计尺寸为41.2 m×22.8 m×5.2 m，设计停留时间为4.7 h，有效水深为4.5 m。池体配置潜水搅拌器8台，单台直径为320 mm，转速为960 r/m，功率为4 kW；潜水泵5台，单台流量为210 m3/h，扬程为7 m，功率为7.5 kW。

(2)二级生物处理系统

多模式AAO反应池设计尺寸为41.1 m×32.5 m×6.8 m，有效水深为6 m，总停留时间为18.7 h。反应池混合液浓度MLSS=4 000 mg/L，污泥产率系数为0.87，污泥负荷为0.090 kg BOD5/(kg MLSS·d)，内回流比为300%。主要设备配置：双曲面搅拌机10台，每台功率为2.2 kW；曝气器1 308个，每个曝气量为2 m3/h；混合液回流泵6台，单台流量为210 m3/h，扬程为1.2 m，功率为1.5 kW。

辐流式二沉池2座，每座池内径为18 m，设计最大时表面水力负荷为0.82 m3/(m2·h)。主要设备配置：中心传动单管吸泥机2台，单台电机功率为0.55 kW。

污泥泵房设计尺寸为5.4 m×4 m×5.5 m。主要设备配置：回流污泥泵4台，2用2备，单台流量为210 m3/h，扬程为6 m，功率为7.5 kW；剩余污泥泵2台，1用1备，单台流量为45 m3/h，扬程为10 m，功率为2.2 kW。

(3)深度处理系统

高效沉淀池设计尺寸为15.5 m×12.9 m×7.9 m，设计表面负荷为6 m3/(m2·h)，混凝池停留时间为90 s，絮凝池停留时间为18.5 min。主要设备配置：混凝池搅拌器2台，单台转速为40 r/min，桨叶直径为0.6 m，电机功率为2.2 kW；絮凝池搅拌器2台，单台转速为14 r/min，桨叶直径为1.2 m，电机功率为5.5 kW；刮泥机2套，直径为7 m，单台功率为1.5 kW，排泥泵3台，单台流量为15 m3/h，扬程为20 m，功率为2.2 kW。

纤维滤布滤池设计尺寸为7.2 m×6.1 m×3.7 m，设计滤速为6.5 m/h，主要配置设备：纤维转盘2套，转盘直径为2 m；驱动电机2套，单台功率为0.55 kW；反冲洗水泵2台，单台流量为30 m3/h，扬程为9 m，功率为2.2 kW。

(4)消毒系统

紫外线消毒池设计流量为0.12 m3/s，平面尺寸为12.1 m×3.6 m，有效水深为1.5 m。设备配置：32支紫外灯管，单支功率为320 W。消毒指标：粪大肠菌群数低于103个/L。辐射强度：紫外线透射率≥65%。

(5)辅助用房

鼓风机房占地面积为93.1 m2。设置磁悬浮离心鼓风机3台，2用1备，单台风机流量为27 Nm3/min，鼓风机压力为73 kPa，功率为50 kW。

加药间占地面积为117 m2，设计PAM投加量为1 mg/L，PAC投加量为123 mg/L。主要设备配置：PAM制备投加装置1套，Q=1.5～2.8 g粉剂/h，功率为1.5 kW，配套PAM二次稀释装置1套；PAM加药泵2台，单台流量为440 L/h，扬程为60 m，功率为0.75 kW；PAC贮罐2套，V=10 m3；PAC加药泵2台，单台流量Q=10～50 L/h，扬程为10 MPa，功率为0.25 kW。

3 运行情况分析

污水厂建设完成后进行联动调试，随后进入正常运行阶段。运行结果表明，该污水处理厂进、出水水质达到设计要求，各项指标出水均能达到一级A标准，达标率均为100%。进、出水监测数据如表6所示(2019年1月—7月)。

表6 正常运行的进、出水水质及达标率Tab.6 Monitoring Results of Influent and Effluent Quality and Up-To-Standard Rate

4 项目经济指标

本工程总投资为5 952.67万元，其中工程费用为4 718.53万元，工程建设其他费用为685.25万元，预备费为432.30万元，建设期利息为100.09万元，铺地流动资金为16.5万元。

本工程设计运行费用为1.162元/t，其中人工费为0.12元/t，药剂费为0.208元/t，电费为0.714元/t，污泥处置费为0.125元/t。

5 设计特点

(1)本工程增加了调节池与事故池单元，一方面由于本工程进水混有工业污水，该单体工艺的设计满足工业水处理的相关规范要求，确保污水处理厂安全稳定运行。另一方面，该单元具有调节水质和水量的功能，后续处理单元无需考虑变化系数，降低了后续处理单元的工程造价。

(2)本工程选择多模式AAO工艺，可实现传统AAO、倒置AAO和改良AAO的自由切换。多模式AAO工艺通过设置进水渠、内回流渠、配置闸门的方式，来改变池型，实现不同模式的转变。该工艺对进水在线监测系统要求较高，需及时注意进水水质变化，调整相应运行模式，正常情况下推荐采用改良AAO模式。

(3)本工程整体布局上考虑对称性，相邻构筑物采用合建的方式(如预处理系统、高效沉淀池与纤维滤布滤池等)，布置美观，且节省占地，同时确保污水处理厂工艺、加药、污泥等管线的顺畅，方便后期运营。

6 结语

通大污水处理工程采用“多模式AAO+高效沉淀池+纤维滤布滤池+紫外线消毒”的主体工艺，设计出水确保满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准。该厂设计工艺操作灵活、运行稳定可靠，不仅节省了工程投资，而且方便后期污水厂的运营。本工程的建成有效减少了经开区排入通羊河的污染物总量，改善了城市的生态环境。