孫素銀，孔韡

（1.合肥經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)重點工程建設(shè)管理中心，合肥 230601；2.東華工程科技股份有限公司，合肥 230024）

隨著水污染問題的日益突出，污水處理廠排放指標越來越嚴格，國家對污水處理廠的出水水質(zhì)提出越來越嚴格的要求。另一方面，隨著城市的不斷開發(fā)，污水處理的水量需求越來越大，需要不斷擴建。但很多城市污水處理廠卻受到用地的限制，提標或擴建難度較大。雖然地下式污水處理廠具有占地面積小、征地要求低、地上環(huán)境好的優(yōu)點，但存在施工難度大，投資較高等問題，很難在短期內(nèi)全面推廣。因此，本項目提出通過優(yōu)化工藝參數(shù)及構(gòu)筑物布置，在提高出水水質(zhì)、方便運營的同時達到節(jié)約用地的目的，旨在為類似項目提供新思路。

1 工程概況

某經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠一、二、三期工程建設(shè)規(guī)模均為10萬m3／d，已經(jīng)建成投產(chǎn)，出水標準高于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。近幾年，隨著經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的不斷發(fā)展，污水處理廠常常出現(xiàn)超負荷運行的情況。因此，為滿足不斷提高的區(qū)域污水處理需求，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，實施污水處理廠擴建工程，即四期工程。四期工程的難點在于：①進水由約60%的生活污水及約40%的工業(yè)廢水組成，因此水質(zhì)、水量具有一定的波動性；②四期工程的出水COD、氨氮、TN、TP等指標要求高于GB 18918—2002一級A標準；③四期工程用地緊張，同時需要考慮遠期預留用地。在分析前三期工程處理效果及運行情況的基礎(chǔ)上，提出了四期工程的工藝流程，并重點分析了工藝設(shè)計亮點。

2 設(shè)計水量水質(zhì)

四期工程設(shè)計規(guī)模為10萬m3／d，出水水質(zhì)按優(yōu)于GB 18918—2002中的一級A標準執(zhí)行。具體指標如表1所示。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

3 總體設(shè)計思路與工藝流程

3.1 總體設(shè)計思路

本工程建設(shè)規(guī)模為10萬m3／d，根據(jù)《城市污水處理工程項目建設(shè)標準》，本次工程用地指標為0.8 m2／（m3·d）；污水處理廠一、二、三期工程建設(shè)規(guī)模均為10萬m3／d，用地面積分別為7.6、8.4、9.6 h m2。而四期工程實際可用地面積約為5 h m2，同時還要為污水處理廠后期的擴建或改造預留部分用地。因此，四期工程擬采用集約化、緊湊型布置，盡量節(jié)約土地資源。

3.2 工藝流程

污水處理廠一、二、三期工程均采用粗格柵－提升泵站－細格柵－沉砂池－氧化溝－二沉池－濾池／混凝沉淀池－反硝化濾池－消毒池的工藝流程，目前出水穩(wěn)定達標。因此主體工藝延續(xù)一、二、三期的工藝流程，但在型式上有所優(yōu)化：如一、二期工程砂濾運行管理復雜，微絮凝過濾反洗頻繁、能耗大，三期工程斜板沉淀池存在排泥不暢等問題，四期工程深度處理采用高效沉淀池加反硝化深床濾池；一、二期工程紫外消毒運行維護繁瑣，出水糞大腸菌群數(shù)指標經(jīng)常不能達標，四期工程采用二氧化氯消毒；一、二、三期工程生化池均采用氧化溝形式，二沉池采用中心進水周邊出水的輻流式沉淀池，占地面積較大，四期工程改用鼓風曝氣A2O工藝，二沉池采用周進周出矩形式沉淀池，從而將生化池與二沉池緊湊布置，有效解決用地局限。四期工程工藝流程如圖1所示。

圖1 四期污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of the fourth phase sewage treatment

污水首先進入粗格柵井內(nèi)，經(jīng)粗格柵去除較大的漂浮物后，進入提升泵站的吸水井。污水經(jīng)提升后通過細格柵進一步攔截和去除細小懸浮物，再經(jīng)過曝氣沉砂池處理，分離并去除污水中砂粒與浮渣。經(jīng)預處理后的污水和回流污泥一起進入A2O的厭氧區(qū)，進行生物除磷并改善污水沉降性能。厭氧區(qū)出水進入缺氧區(qū)，進行反硝化反應，使污染物得到降解。好氧區(qū)內(nèi)設(shè)微孔曝氣器，充分供氧，降解去除大部分有機污染物并將大部分有機氮、氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽和亞硝酸鹽。好氧區(qū)中用隔墻分出一段獨立的環(huán)境，同時布置了攪拌器和曝氣管，可以實現(xiàn)A2O與兩級AO模式的切換，操作更靈活。

生化處理后的污水重力流入二沉池，進行固液分離。二沉池出水至高效沉淀池［1］，在高效沉淀池中投加鋁鹽進行化學除磷和去除SS。高效沉淀池出水重力流進入反硝化濾池，并在反硝化濾池中投加乙酸鈉，進一步去除TN、SS。濾池出水進入消毒池，消毒后尾水在派河常水位時重力流外排，在派河洪水位時進外排泵站提升后排放。

生化過程中產(chǎn)生的污泥大部分回流至A2O預缺氧段，少部分剩余污泥和高效沉淀池排泥由污泥泵提升送至污泥貯池，再用污泥泵送至離心濃縮脫水系統(tǒng)，濃縮脫水至含水率80%，泥餅外運處置。

4 工程設(shè)計特點分析

（1）優(yōu)化生化池設(shè)計，提高操作的靈活性。

本工程對氮、磷都有去除要求，因此采用具有脫氮除磷效果的二級生化處理系統(tǒng)［2－3］。生化池采用改良A2O工藝［4］，同時將缺氧區(qū)分為兩段，強化TN的去除，提高了生化池運行的靈活性和抗沖擊負荷能力。生化池平面布置如圖2所示。

圖2 生化池平面布置Fig.2 Layout of biochemical tank

生化池沿水流方向分為預缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)1＃、缺氧／好氧區(qū)、好氧區(qū)2＃，各區(qū)之間以隔墻分開，形成良好的獨立環(huán)境。厭氧區(qū)前設(shè)置預缺氧區(qū)消除回流污泥中硝態(tài)氮對厭氧釋磷的不利影響，從而保證厭氧區(qū)的穩(wěn)定性。缺氧／好氧區(qū)除布置了攪拌器外，還布置了曝氣系統(tǒng)，可實現(xiàn)缺氧區(qū)與好氧區(qū)的切換運行。通過運行模式的調(diào)整，可提高系統(tǒng)對進水水質(zhì)波動的應變能力，同時，通過合理設(shè)置碳源投加方式，可大大減少碳源的投加量，降低運行成本。當進水TN濃度較低時，缺氧區(qū)利用原污水碳源進行反硝化，缺氧／好氧區(qū)按好氧區(qū)模式運行；當進水TN濃度較高時，采用兩級反硝化運行模式，缺氧區(qū)利用原污水碳源進行反硝化，缺氧／好氧區(qū)利用外加碳源進行反硝化，缺氧／好氧區(qū)后設(shè)置好氧區(qū)2＃，有利于碳源投加帶入的BOD5進一步氧化，避免出水BOD5超標。

通過上述優(yōu)化，當進水TN濃度較低時，生化池作為改良A2O運行，當進水TN濃度較高時，生化池作為兩級A／O運行。同時有效減少反硝化濾池的碳源投加量，降低運行成本。

（2）充分利用現(xiàn)有設(shè)施。

經(jīng)過技術(shù)論證，可以保證在土建結(jié)構(gòu)無大變動，僅僅改造設(shè)備和管線的情況下，利用廠內(nèi)現(xiàn)有的一座廢棄V型濾池改造成反硝化濾池為四期所用，從而節(jié)約投資并節(jié)省占地。

廠內(nèi)現(xiàn)有一座廢棄的外排泵站，四期工程通過對其土建進行利舊，在僅更換設(shè)備的情況下，作為四期的外排泵站，實現(xiàn)在派河水位高時對尾水進行提升排放。

（3）優(yōu)化單體設(shè)計，合理解決用地局限。

該污水處理廠一、二、三期工程生化池均采用表曝系統(tǒng)，由于受到池深的限制，生化池占地面積較大，四期工程生化池采用鼓風曝氣工藝，從而增加池深，減少占地。

一、二、三期工程二沉池采用中心進水周邊出水的輻流式沉淀池，由于表面負荷較低，且受到形狀的限制，占地面積較大。四期工程二沉池采用周進周出矩形式沉淀池［5－6］，從而提高表面水力負荷，同時，矩形池型的設(shè)計，可以將生化池與二沉池緊湊布置，從而有效節(jié)約用地。二沉池平面布置如圖3所示。

圖3 二沉池平面布置Fig.3 Layout of secondary sedimentation tank

（4）多方考慮工藝節(jié)能，全面降低運行成本。

為盡量減少運行成本，本項目采取了多項措施。設(shè)計精確曝氣系統(tǒng)，根據(jù)生物反應系統(tǒng)的實際需求量進行動態(tài)曝氣量計算、鼓風機總氣量控制、就地氣量分配，實現(xiàn)生化系統(tǒng)的按需曝氣，以期達到優(yōu)化運行、穩(wěn)定水質(zhì)、節(jié)約能耗的目的［7－8］。通常污水處理廠內(nèi)最主要的能耗在于曝氣風機，因此，本項目采用磁懸浮離心風機，其效率高，占地小，風量調(diào)節(jié)由外加變頻實現(xiàn)，維護量少，特別適用于大型污水處理廠［9］。

5 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）粗格柵及提升泵站。設(shè)計流量為5 417 m3／h，1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，格柵渠寬1.65 m，深7.30 m。設(shè)機械粗格柵2臺，柵條間隙為20 mm，格柵有效寬度為1.50 m，柵前水深為1.95 m，安裝角度為75°。設(shè)提升泵4臺，流量為1 834 m3／h，揚程為15.5 m，電機功率為138 kW。

（2）細格柵及沉砂池。設(shè)計流量為5 417 m3／h，1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，細格柵與沉砂池合建，細格柵渠寬1.4 m，渠道總長7.7 m，柵前水深1.6 m。沉砂池尺寸為23.0 m×4.0 m×2.5 m。設(shè)板式細格柵2臺，柵條間隙為3 mm，渠道寬度為1.4 m，安裝角度為90°，電機功率為1.1 kW；橋式吸砂機1臺，橋長為8.7 m，配套砂水分離器2臺，減速電機1套，吸砂泵2套，撇渣裝置等；羅茨風機3臺，風量為9.44 m3／min，風壓為60 kPa。

（3）A2O生化池。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單座尺寸為136.6 m×51.2 m×6.8 m，有效水深6.0 m?？偹νＡ魰r間為19.4 h，其中，預缺氧區(qū)0.58 h，厭 氧 區(qū)1.45 h，缺 氧 區(qū)1＃3.83 h，好 氧 區(qū)1＃11.06 h，缺氧區(qū)2＃1.18 h，好氧區(qū)2＃1.51 h?；旌弦夯亓鞅茸畲鬄?00%，污泥回流比為100%，污泥濃度為4 000 mg／L，污泥負荷為0.077 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。設(shè)預缺氧區(qū)攪拌器2臺，功率為7.6 kW；厭氧區(qū)攪拌器4臺，功率為7.6 kW；缺氧區(qū)1＃潛水推進器8臺，功率為6.8 kW；缺氧區(qū)2＃潛水推進器4臺，功率為9.8 kW；管式微孔曝氣器4 000套，單根充氧量為8.3 m3／h；混合液回流泵8臺，流量為2 724 m3／h，揚程為1.32 m，電機功率為31 kW。

（4）二沉池。1座，分12格，單格尺寸為44.0 m×8.5 m×5.4 m，有效水深為4.75 m，正常運行時表面水力負荷為0.93 m3／（m2·h），高峰水量時表面水力負荷為1.2 m3／（m2·h），沉淀時間為2.5 h。設(shè)鏈條式刮泥機12套，電機功率為0.12 kW。

（5）污泥回流泵站。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為12.0 m×6.0 m×5.8 m，有效水深為4.0 m，設(shè)回流污泥泵4臺，流量為1 390 m3／h，揚程為10 m，電機功率為53 kW；剩余污泥泵2臺，流量為110 m3／h，揚程為10 m，電機功率為6.8 kW。

（6）高效沉淀池。1座，分2系列，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總尺寸為36.5 m×26.5 m×7.5 m，有效水深為6.9 m，上升流速為11 m／h。設(shè)高效沉淀池成套設(shè)備，包括混凝攪拌器2臺，功率為15 kW；絮凝攪拌器2臺，功率為18.5 kW；濃縮刮泥機2臺，直徑為16 m，功率為0.55 kW；剩余污泥泵2臺，流量為100 m3／h，揚程為20 m，功率為18.5 kW；回流污泥泵4臺，流量為100 m3／h，揚程為20 m，功率為18.5 kW。

（7）反硝化濾池。分16格，每格尺寸為12.0 m×3.9 m×4.5 m，過濾水深為3.7 m。去除負荷為0.88 kg［NO3－－N］／（m3·d），濾料粒徑為2～3 mm，平均濾速為5.5 m3／（m2·h），峰值濾速為7.2 m3／（m2·h），濾料層厚1.52 m。反硝化濾池采用成套設(shè)備，成套供應現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)，恒液位等速過濾，能根據(jù)進出水NO3－－N濃度控制碳源投加量，避免碳源投加過量、出水COD超標。

（8）消毒池。1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為37.0 m×24.0 m×4.3 m，有效水深為3.5 m，水力停留時間為35 min。

（9）鼓風機房。1座，平面尺寸為24.0 m×13.2 m。設(shè)磁懸浮離心風機6臺，單臺供氣量為138 m3／min，壓力為70 kPa，功率為190 kW。

（10）加氯加藥間。1座，平面尺寸為35.0 m×12.0 m。設(shè)1套PAM制備投加成套裝置，1套PAC制備投加成套裝置，1套次氯酸鈉成套加藥裝置，1套乙酸鈉成套加藥裝置。

（11）污泥濃縮脫水間。1座，平面尺寸為31.0 m×17.0 m。設(shè)離心濃縮脫水機3臺，單臺處理量為55 m3／h，工作時間為16 h，濾餅含水率不超過80%，配套污泥泵、污泥切割機、沖洗水泵、加藥裝置等。

（12）外排泵站。利用廠內(nèi)現(xiàn)有閑置外排泵站改造而成，置換軸流泵3臺，流量為2 903 m3／h，揚程為9.2 m，功率為110 kW。

（13）除臭裝置。2套，成套設(shè)備，1套處理能力為4 000 m3／h，另1套處理能力為10 000 m3／h。成套設(shè)備含生物除臭器、廢氣輸送系統(tǒng)、廢氣收集系統(tǒng)、廢氣排放筒、就地電控柜等。

6 投資及運行成本

本工程總投資約4億元，運行成本低于1.0元／m3。

7 結(jié)語

某經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠擴建工程采用預處理－改良A2O－矩形二沉池－高效沉淀池－反硝化濾池－消毒池的組合工藝，設(shè)計出水水質(zhì)在GB 18918—2002一級A排放標準的基礎(chǔ)上，COD、氨氮、TN、TP的質(zhì)量濃度分別不超過30、1.5、5.0、0.3 mg／L。本工程主要設(shè)計特點如下：

（1）在A2O好氧池內(nèi)設(shè)計缺氧／好氧段，以實現(xiàn)A2O和兩級AO兩種運行模式的切換，應對水質(zhì)波動。

（2）周進周出矩形二沉池的設(shè)計，在提高表面負荷，減少占地的同時，實現(xiàn)生化池與二沉池的緊湊布置。

（3）對原有設(shè)施最大限度的利舊，充分節(jié)約用地，節(jié)省投資。

（4）精準曝氣系統(tǒng)及磁懸浮曝氣風機的設(shè)置，有效節(jié)約能耗，降低了運行費用。