沈阳市造化污水处理厂扩建工程设计及运行效果

袁志红，刘澜涛，吴波，刘志彦，向元英

（1.沈阳振兴环保工程有限公司，沈阳 110003；2.沈阳市城乡建设事务服务中心，沈阳 110013；3.四川省工程咨询研究院，成都 610011）

2015 年4 月，国务院印发《水污染防治行动计划》，指出要狠抓工业污染防治，强化城镇生活污染治理[1]。污水处理厂是水污染防治不可或缺的基础设施，随着国家在政策和资金方面的支持力度不断加大，污水处理厂的建设也得到了快速发展[2]。

我国部分工业园区建设较早，环保基础设施薄弱，需要依托城镇污水处理厂处理企业预处理后的工业废水[3]。部分企业产生的废水经过预处理后仍可能存在大量难降解的污染物，部分企业还存在超标排放现象[4]，以上问题都会增加城镇污水处理厂的处理难度。本文以沈阳市造化污水处理厂为例，介绍其设计工艺，并分析其运行情况和处理效果，以期为同类型污水处理厂的设计及运行提供参考。

1 工程概况

沈阳市造化污水处理厂位于沈阳市洪区造化街道闸上村，一期工程设计规模为1.0×104t/d，于2012年11 月运行投产，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准。该污水处理厂主要处理造化、平罗两地的生活污水和工业废水，服务范围约25.2km2。

随着城市黑臭水体整治工作的持续推进，配套排水管网不断完善，污水处理厂的进水量也在逐步增加并超过设计处理水量。该污水处理厂于2018 年采购安装了处理能力为0.25×104t/d 的一体化膜生物反应器（MBR）污水处理设备1 套，但仍然无法满足服务范围内的污水处理需求，因此二期扩建工程的实施势在必行。

二期工程位于污水处理厂东侧预留地内，设计规模为1.75×104t/d，设计出水水质仍然执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准。具体设计进、出水水质见下表。

2 工艺流程及设计参数

2.1 工艺流程

本工程采用“格栅+曝气”沉沙池作为预处理单元，二级处理单元采用具有生物脱氮除磷功能的厌氧—缺氧—好氧法（A2/O）工艺，二级出水经过“高密度沉淀池+滤布过滤”处理消毒后排入蒲河。污水处理厂工艺流程如图1 所示。

图1 废水处理工艺流程图

设计进出水水质

剩余污泥经过浓缩、脱水后，含水率可降至80%以下，最终外运处理。格栅间、进水泵房、沉沙池、储泥池及污泥脱水间等构筑物全部加盖（罩）密封，产生的臭气采用负压抽吸进行生物除臭。生物除臭系统包括1 座生物除臭滤池和2 台玻璃钢离心鼓风机，臭气处理量为51 000m3/h，处理标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中厂界废气排放二级标准。

2.2 主要构筑物及设备

（1）粗格栅与提升泵房。粗格栅间与提升泵房合建，平面尺寸（L×B）为18.5m×10.5m。设计进水渠道2 条，每条渠道内安装回转式格栅1 台，栅条间隙为10mm。提升泵房集水池尺寸（L×B×H）为7.65m×10.25m×11.00m，有效水深2.9m，安装提升泵4 台（3 用1 备）。单台提升泵流量为368m3/h，扬程16m。

（2）细格栅与曝气沉沙池。细格栅间与曝气沉沙池合建，平面尺寸（L×B）为24.0m×12.0m。设计细格栅渠道2 条，每条渠道安装回转式格栅1 台，栅条间隙为5.0mm。新建曝气沉沙池1 座，分为2 格，单格平面尺寸（L×B）为11.00m×5.05m，有效水深为4.5m。曝气沉沙池配套沙水分离器2 套，每套处理能力为5—12L/s；鼓风机2 台（1 用1 备），单台设备气量为5m3/min。

（3）A2/O 生化池。新建A2/O 生化池1 座，尺寸（L×B×H）为43.6m×53.0m×6.8m，有效容积为13 692m3。A2/O 生化池设计污泥负荷为0.07kgBOD5/（kgMLSS·d）；污泥龄为18d；水力停留时间为17.1h。A2/O 生化池分为厌氧区、缺氧区和好氧区，有效容积分别为1260m3、4452m3和7980m3。

A2/O 生化池配套安装潜水搅拌器5 台；悬浮离心鼓风机3 台（2 用1 备），单台鼓风机风量为45m3/min；硝化液回流泵4 台，单台流量为365m3/h。

（4）二沉池与污泥泵房。新建二沉池2 座，为周边进水周边出水的圆形辐流式结构。单座池体直径为28m，设计表面负荷0.9m3/（m2·h），水力停留时间3h。

二沉池配套建设配水井1 座，同时作为污泥泵房。配水井直径为14.6m，配套安装污泥回流泵3 台，单台流量为243m3/h，扬程7.0m；剩余污泥泵2 台（1 用1 备），单台流量为16.0m3/h，扬程20m。

（5）高密度沉淀池。新建高密度沉淀池1 座，尺寸（L×B×H）为19.4m×17.5m×6.7m，分为2 格。混合区停留时间为51s；絮凝区停留时间为2min；沉淀区停留时间为9.8min，设计表面负荷为10m3/（m2·h）。絮凝剂选用氯化铁（FeCl3），助凝剂选用聚丙烯酰胺（PAM）。

（6）滤布滤池。新建滤布滤池1 座，尺寸（L×B×H）为9.0m×4.0m×4.7m。设计滤速为5.2—7.9m/h，滤盘总有效过滤面积138.6m2。配套安装反冲洗水泵2 台（1 用1 备），单台流量为30m3/h，扬程14m，反冲洗周期为1.0—2.0h。

（7）紫外消毒池。新建紫外消毒渠2 条，其中1 条作为超越渠道，总尺寸（L×B×H）为10.2m×3.3m×2.8m。消毒渠内安装紫外消毒模块1 套，功率为12.7kW。

（8）加药间。新建加药间1 座，平面尺寸（L×B）为24.0m×16.0m。加药间内安装FeCl3、PAM 和乙酸钠投加系统各1 套。其中，FeCl3最大投加量为60mg/L、PAM 最大投加量为1.0mg/L、乙酸钠最大投加量为120mg/L。

（9）污泥脱水间。新建污泥脱水间1 座，平面尺寸（L×B）为36.0m×12.0m（含污泥料仓）。本工程A2/O 生化池产生的剩余污泥量为325m3/d（含水率99.2%），高密度沉淀池产生的化学污泥量为10m3/d（含水率98%）。污泥脱水间内安装离心浓缩脱水一体机2 台（1 用1 备），单台处理能力为30—40m3/h。

3 运行效果分析

污水处理厂扩建工程自投入运行以来，进水水量总体较为稳定。2021 年1—6 月，污水处理厂平均进水量为1.5×104m3/d，有91%的运行天数进水量低于1.7×104m3/d。但是进水水量也存在一定的季节性波动，汛期（6 月）水量较大，最大进水量为2.49×104m3/d。

化学需氧量（COD）的处理效果如图2 所示。2021 年1—6 月，进水COD 浓度波动较大。据统计，较高频度的进水COD 浓度分布在200—300mg/L，相对频率为44.7%；有近20%的运行天数实际进水COD 浓度高于330mg/L，最大浓度为536.1mg/L，明显高于设计进水水质。面对有机负荷冲击时，污水处理厂通常会提高污泥回流比以提高污泥浓度，同时增大曝气量，必要时还会启动一体化MBR 污水处理设备作为应急措施。因此，系统对COD 的处理效果较好，最大出水COD 浓度仅为32.4mg/L，远低于排放限值。

图2 COD 浓度变化及去除率

污水处理厂对NH3-N 的去除效果如图3 所示。NH3-N 的进水平均浓度为20.23mg/L，90%的运行天数实际NH3-N 进水浓度在设计进水浓度范围内（≤30mg/L）。但是仍有10%的运行天数的进水NH3-N 浓度异常升高，最高为53.98mg/L，推断是企业排放超标废水所致。但是NH3-N 的平均出水浓度为0.44mg/L，平均去除率高达97.5%，说明系统对NH3-N 的去除效果稳定。

图3 NH3-N 浓度变化及去除率

如图4 所示，进水TN 平均浓度为42.1mg/L，最大浓度为76.5mg/L，有70%的运行天数的进水COD/TN小于8.0，属于典型的低碳氮比废水。本工程使用的外加碳源为乙酸钠，能够直接被微生物利用，利用效率高、驯化时间短[5]。同时，A2/O 生化池缺氧区的水力停留时间设计长达5.6h。以上措施都保证了系统的生物脱氮效果。系统出水TN 最大浓度为9.5mg/L，平均浓度为6.1mg/L，实际平均去除率为83.5%，能够稳定达到设计要求。

图4 TN 浓度变化及去除率

污水中TP 的去除方式包括生物除磷和化学除磷。由图5 可知，进水TP 浓度波动较大，最高浓度为15.13mg/L，最低浓度仅为1.01mg/L。污水中的TP 一部分通过聚磷菌（PAOs）的好氧摄磷转移至活性污泥内，另一部分则主要与FeCl3形成磷酸铁（FePO4）、氢氧化铁[Fe(OH)3]等难溶物质后通过重力沉淀去除[6]。对出水TP 浓度进行分析可知其平均去除率高达98.5%，最大出水TP 浓度仅为0.3mg/L，既能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A 排放标准，也能达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的IV 类要求。

图5 TP 浓度变化及去除率

4 技术经济指标

经测算，本工程总投资约为7924 万元，其中工程费用约为6400 万元。污水处理的总成本为1.07 元/m3，经营成本为0.78 元/m3，运行电耗为0.56kW·h/m3。

5 结语

沈阳市造化污水处理厂进水水质存在较大波动，并混有部分工业废水。扩建工程主体采用“A2/O+高密度沉淀池+滤布滤池”组合工艺，工程实践表明：该污水处理厂运行稳定，具有良好的耐冲击负荷能力，出水水质能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A 标准，处理成本为0.78 元/m3，具有良好的环境和经济效益。