高出水標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠設(shè)計

李慶桂

[上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

隨著國家對環(huán)保事業(yè)的重視程度不斷提升，污水處理廠的出水標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高。目前，很多省份在國標(biāo)的基礎(chǔ)上出臺了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。本文以浙江省溫嶺市某污水處理廠為例，介紹高出水標(biāo)準(zhǔn)條件下的污水廠設(shè)計，以期為同類型污水廠設(shè)計提供可參考借鑒的解決方案。

1 工程概況

浙江省溫嶺市某污水處理廠一期處理規(guī)模為1 萬m3/d，于2013 年年底竣工，設(shè)計出水為一級B標(biāo)準(zhǔn)。2016 年，二期改擴(kuò)建工程項目啟動，包括對原處理系統(tǒng)提標(biāo)改造、擴(kuò)建二級生化處理系統(tǒng)（4 萬m3/d）和新建全廠深度處理系統(tǒng)（5 萬m3/d）。改擴(kuò)建工程完工后，污水處理廠處理規(guī)模達(dá)到5 萬m3/d，出水達(dá)到《臺州市城鎮(zhèn)污水處理廠出水指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)限值》（試行）地表水準(zhǔn)IV 類水標(biāo)準(zhǔn)，該工程已于2017 年10 月投入正式運(yùn)行。

依據(jù)《溫嶺市域污水專項規(guī)劃（2018-2035 年）》（成果稿）和《澤國鎮(zhèn)總體規(guī)劃（2018-2035）》，該廠近期處理規(guī)模為10 萬m3/d（近期為2018 年到2025年），遠(yuǎn)期規(guī)劃總規(guī)模達(dá)到20 萬m3/d（遠(yuǎn)期為2026年到2035 年）。根據(jù)規(guī)劃，近期該污水處理廠的服務(wù)范圍除最初的澤國鎮(zhèn)、大溪鎮(zhèn)兩鎮(zhèn)外，還新增了中心城區(qū)的橫峰、城北等區(qū)域，由于服務(wù)范圍的擴(kuò)大和區(qū)域內(nèi)污水量的快速增加，目前的處理規(guī)模將難以滿足污水處理需求。因此，亟需啟動該污水處理廠三期擴(kuò)建工程建設(shè)，以滿足區(qū)域污水處理及環(huán)境保護(hù)的相關(guān)要求，以適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展。

2 設(shè)計方案

2.1 工程規(guī)模及設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

工程針對該污水處理廠近3 a 進(jìn)水量進(jìn)行分析，同時采用人均綜合用水量指標(biāo)法和城市建設(shè)用地綜合用水量指標(biāo)法預(yù)測近期污水量，最終確定該廠近期處理規(guī)模為10 萬m3/d，因此該廠還需擴(kuò)建5 萬m3/d。結(jié)合遠(yuǎn)期規(guī)劃，為避免重復(fù)建設(shè)，部分設(shè)施如進(jìn)水泵房、脫水機(jī)房等建構(gòu)筑物土建按遠(yuǎn)期15 萬m3/d 一次建成。

工程分析了該污水處理廠近3a 實際進(jìn)水水質(zhì)，同時結(jié)合該廠現(xiàn)狀設(shè)計水質(zhì)，最終確定該工程設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)，見表1。依據(jù)浙江省和臺州市相關(guān)計劃要求，工程設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《臺州市城鎮(zhèn)污水處理廠出水指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)限值》（試行）地表水準(zhǔn)IV 類水標(biāo)準(zhǔn)。污泥擬將含水率降至80%后外運(yùn)，納入溫嶺綠能新能源有限公司統(tǒng)一處理處置。臭氣執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）[1]中廠界二級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)表

2.2 設(shè)計工藝流程

針對進(jìn)水柵渣較多的情況，工程設(shè)置“粗格柵+細(xì)格柵+超細(xì)格柵”三道格柵進(jìn)行攔截。針對該廠進(jìn)水低碳高氮磷的特點，為充分利用污水中的碳源，最大程度降低脫氮和除磷對碳源的爭奪，工程擬采用改良型A/A/O 工藝。其在傳統(tǒng)A/A/O 工藝基礎(chǔ)上分級進(jìn)水多段反應(yīng)，在厭氧池前端增加了一個預(yù)缺氧池，污水分段進(jìn)入生物反應(yīng)池的多個缺氧區(qū)，使生反池形成多級AO 串聯(lián)。由于硝化、反硝化交替進(jìn)行，在硝化過程中被消耗的堿度在反硝化的過程中可以得到一定程度的補(bǔ)償，這樣在生物處理系統(tǒng)中，堿度不會發(fā)生太大的變化，同時污水中的碳源能夠得到充分的利用，減少對投加碳源的依賴程度。

針對出水總磷要求較高的情況，工程擬采用加藥量少，除磷效果更佳的氣浮工藝。該工程出水TN要求為12 mg/L，通過延長反硝化區(qū)及在缺氧區(qū)投加碳源可以使其出水標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。為確保出水SS 指標(biāo)（SS（將其出水標(biāo)）達(dá)標(biāo)，工程推薦采用氣水反沖濾池工藝。氣水反沖濾池最早應(yīng)用于大規(guī)模自來水廠內(nèi)，隨著污水廠深度處理要求逐漸普及，氣水反沖濾池在污水廠中也得到了廣泛的應(yīng)用。其出水水質(zhì)高、有一定的抗沖擊能力、維護(hù)量少、操作簡便、運(yùn)行管理經(jīng)驗豐富、土建和設(shè)備投資均較低，適合用于該工程。

為避免由于進(jìn)水COD 可生化性差導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)，擬在氣浮池攪拌區(qū)內(nèi)投加粉末活性炭，用于吸附污水中溶解性不可降解的COD。同時在氣浮池出水渠道設(shè)置快速COD 檢測儀表，通過實時數(shù)據(jù)與出水COD 濃度值建立趨勢聯(lián)系，便于提前預(yù)判出水不達(dá)標(biāo)的情況，從而指導(dǎo)粉末活性炭投加的時機(jī)。

為保證運(yùn)行穩(wěn)定性，減少對周圍環(huán)境的影響，污泥處理擬采用密閉性好的離心脫水機(jī)。該工程需脫水的泥量較小，擬采用濃縮和脫水合二為一的離心式濃縮脫水一體機(jī)來實現(xiàn)污泥的脫水需求。該機(jī)型占地面積較小，設(shè)備數(shù)量少，維護(hù)簡單。

設(shè)計工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 總體設(shè)計

（1）各處理單元功能分區(qū)清晰，整體流程簡捷、順暢。

平面布置中充分考慮污水處理設(shè)施南側(cè)進(jìn)水、東側(cè)出水的實際情況，將污水處理構(gòu)筑物自西向東布置，整個處理構(gòu)筑物的布置與進(jìn)、出水方向順接，避免無效的水流反復(fù)，做到整個處理流程順暢，水流流向簡捷有效。在廠區(qū)平面布置中，盡量將各功能處理構(gòu)筑物相對集中布置；廠內(nèi)污水處理、污泥處理區(qū)布置分明；近、遠(yuǎn)期邊界清晰；預(yù)處理、二級處理、深度處理和附屬設(shè)施都相對集中布置，做到分區(qū)明確，功能分明。

（2）實現(xiàn)物流通道、巡檢通道和參觀通道的分離。

充分考慮各功能區(qū)在物料運(yùn)輸，人員巡檢、參觀流程上的實際需求，在進(jìn)出通道、與管理接待區(qū)的距離、各區(qū)域之間銜接等方面予以優(yōu)化；人員值班室與曝氣區(qū)、加藥間、污泥脫水間等需要重點值守的區(qū)域距離均較近，便于人員巡檢和運(yùn)行條件的控制。藥劑、污泥等可通過廠區(qū)西側(cè)的物流出入口進(jìn)行運(yùn)輸，避免對管理區(qū)和參觀人流的影響。

（3）充分考慮近、遠(yuǎn)期結(jié)合的需要

在總體平面布置方案中，將遠(yuǎn)期擴(kuò)建工程預(yù)留用地布置于工程的北側(cè)，用地規(guī)整，擴(kuò)建施工時將對已建污水處理廠的運(yùn)行與管理影響較小。為便于管理，將部分建、構(gòu)筑物土建按遠(yuǎn)期規(guī)模一次建成，避免了重復(fù)建設(shè)。同時，在平面布置中，充分考慮近、遠(yuǎn)期結(jié)合，為遠(yuǎn)期建設(shè)留有充足的余地。

工程平面布置見圖2。

圖2 平面布置圖

3 工藝設(shè)計

（1）粗格柵及進(jìn)水泵房

新建粗格柵及進(jìn)水泵房1 座，平面尺寸為28.8 m×12.9 m，土建規(guī)模按遠(yuǎn)期15 萬m3/d 設(shè)計，設(shè)備規(guī)模按近期5 萬m3/d 配置。配備抓斗式格柵除污機(jī)2套，單套寬度B=1 300 mm，間隙e=20 mm；配備進(jìn)水泵3 臺（2 用1 備，1 臺變頻），單臺參數(shù)為Q=1646 m3/h，H=11.5 m，N=86 kW。

（2）細(xì)格柵曝氣沉砂池

新建細(xì)格柵曝氣沉砂池1 座，平面尺寸為44 m×14.15 m，規(guī)模為7.5 萬m3/d。設(shè)有2 臺轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵，單臺格柵寬度B=1 800 mm，柵條間隙e=8 mm；設(shè)有2 臺內(nèi)徑流格柵，單臺格柵寬度B=1 800 mm，柵條間隙e=3 mm。曝氣沉砂池有效水深H=3 m，高峰停留時間為7.29 min，排砂方式采用運(yùn)行可靠性強(qiáng)，密閉性好，對周邊環(huán)境影響較小的水平排砂螺桿。

（3）生物反應(yīng)池

新建生物反應(yīng)池1 座，規(guī)模為5 萬m3/d，分為2池，單池處理規(guī)模為2.5 萬m3/d。平面尺寸為122 m×65 m，有效水深7 m，總停留時間為15.14 h，污泥濃度為3.5 g/L。配備內(nèi)回流污泥泵6 臺（4 用2 備，其中2 臺變頻），單臺參數(shù)為Q=1 050 m3/h，H=1.2 m，N=13 kW；潛水?dāng)嚢杵?4 臺，功率N=3.7 kW；結(jié)合低碳理念，曝氣器擬采用低阻力的剛玉型曝氣盤。

（4）二沉池及配水井

新建二沉池2 座，配水井1 座，總規(guī)模為5 萬m3/d，單座二沉池平面尺寸為42.4 m，設(shè)計表面負(fù)荷為1.31 m3（/m2·h）（高峰）。二沉池采用中心傳動吸泥機(jī)，每池內(nèi)設(shè)置1 臺直徑為40 m 中心傳動吸泥機(jī)，吸泥機(jī)在刮泥的同時將液面漂浮刮至浮渣斗后排出池外[2]，浮渣與柵渣等一并外運(yùn)處置。污泥渠末端的外回流污泥泵將回流污泥輸送至生物反應(yīng)池進(jìn)水端，剩余污泥由剩余污泥泵提升至污泥處理設(shè)施處理。共配備2 套中心傳動吸泥機(jī)，直徑40 m，功率為0.75 kW。

（5）中間提升泵房及氣浮池

新建中間提升泵房及氣浮池1 座，平面尺寸為40.9 m×32.9 m，規(guī)模為5 萬m3/d，擬采用4 套一體化氣浮設(shè)備，具體設(shè)計參數(shù)如下：接觸區(qū)上升流速60～70 m3（/m2·h），分離區(qū)向下流速20 m3（/m2·h），溶氣壓力0.35～0.4 MPa，回流比15%。設(shè)置混合攪拌器4 套，單套直徑D=800 mm，轉(zhuǎn)數(shù)n=70 r/min，功率N=1.5kW；絮凝攪拌器4 套，單套直徑D=6 500 mm，n=9 r/min，功率N=3 kW。

（6）氣水反沖洗濾池

新建氣水反沖洗濾池1 座，平面尺寸為42.05 m×30.44 m，規(guī)模為5 萬m3/d。氣水反沖濾池內(nèi)分為6格，單格有效面積為64 m2，平均流量濾速5.4 m/h。氣水反沖濾池的進(jìn)水為氣浮池的出水，SS 一般為10～20 mg/L。

（7）紫外消毒池及巴氏計量槽

新建紫外消毒池及巴氏計量槽1 座，紫外線消毒池平面尺寸為8.5 m×6.5 m，其中紫外消毒池土建規(guī)模按遠(yuǎn)期15 萬m3/d，設(shè)備規(guī)模按近期5 萬m3/d配置，巴氏計量槽按遠(yuǎn)期15 萬m3/d 設(shè)計。內(nèi)設(shè)靜態(tài)混合器1 套，用于將投加的次氯酸鈉和出水混合均勻，使其消毒效果得到充分發(fā)揮。

（8）鼓風(fēng)機(jī)房及2# 變電所

新建鼓風(fēng)機(jī)房及2# 變電所1 座，平面尺寸約為30 m 寸約為及氯酸，用于給生物反應(yīng)池供氣。鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)4 臺懸浮型離心鼓風(fēng)機(jī)（3 用1 備），單臺風(fēng)量Q=65 m3/min，風(fēng)壓H=0.08 MPa，功率N=125 kW；自動卷簾式空氣過濾器2 套，功率N=0.4 kW。

（9）貯泥池

新建貯泥池1 座，容積為600 m3，有效水深5.0 m，近期設(shè)計停留時間為19 h，遠(yuǎn)期設(shè)計停留時間為12.6 h。設(shè)置潛水?dāng)嚢杵? 套，功率N=10 kW。

（10）污泥濃縮脫水機(jī)房及料倉

新建污泥濃縮脫水機(jī)房及料倉1 座，平面尺寸為31.5 m 縮20.24 m，土建規(guī)模按遠(yuǎn)期15 萬m3/d 設(shè)計，設(shè)備規(guī)模按近期5 萬m3/d 配置。用于對貯泥池內(nèi)低濃度的污泥進(jìn)行脫水，使其含固率低于80%后外運(yùn)處理。配置離心濃縮脫水一體機(jī)2 臺（1 用1 備），并為遠(yuǎn)期期預(yù)留兩個機(jī)位。脫水機(jī)設(shè)計工作時間為12 h，總進(jìn)泥量Q=840 m3/d，進(jìn)泥含水率98.97%，單臺脫水機(jī)設(shè)計流量Q=70 m3/h，固體負(fù)荷為537 kg/h/臺，出泥含固率20%，加藥量為5 kg/tDS。

4 除臭設(shè)計

4.1 臭氣收集

該工程在在滿足工藝要求的前提下，結(jié)合運(yùn)行管理要求，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定各構(gòu)筑物的加蓋形式如下：

（1）粗格柵采用不銹鋼骨架+鋼化玻璃罩，進(jìn)水泵房出水井采用高強(qiáng)度拱形玻璃鋼蓋。

（2）細(xì)格柵采用不銹鋼罩（設(shè)備配套），曝氣沉砂池采用混凝土現(xiàn)澆頂板+局部玻璃鋼蓋板。

（3）生物反應(yīng)池，為大跨度結(jié)構(gòu)，擬采用鋼筋混凝土加蓋（上部布置綠化），好氧段為方便觀察池內(nèi)曝氣情況局部設(shè)置高強(qiáng)度玻璃鋼拱形蓋板（可滑動）。

（4）貯泥池采用鋼筋混凝土加蓋。

4.2 臭氣處理

工程針對不同的除臭區(qū)域采用不同的除臭方法，預(yù)處理區(qū)、生物反應(yīng)區(qū)厭缺氧段和污泥區(qū)等臭氣濃度較高的區(qū)域，擬采用技術(shù)成熟、效果穩(wěn)定、運(yùn)行成本低的生物除臭技術(shù)為主，同時輔以物化除臭針對性去除氣溶膠；生物反應(yīng)池好氧段由于臭氣濃度較低，出于美觀考慮，擬采用無組織排放的土壤濾池；為改善操作人員工作環(huán)境，擬在部分人員操作空間送離子新風(fēng)。

臭氣量指標(biāo)參考《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 243—2016）[3]和以往的工程經(jīng)驗確定。好氧段按曝氣量的1.1～1.3 倍計算。各構(gòu)（建）筑物的除臭風(fēng)量見表2。

表2 除臭風(fēng)量一覽表

該工程新建3 套除臭設(shè)施，總除臭風(fēng)量為61000m3/h；送離子新風(fēng)設(shè)備1 套，送風(fēng)量為250 00 m3/h。除臭風(fēng)管全部采用SS304 不銹鋼風(fēng)管。池頂不銹鋼風(fēng)管均架空敷設(shè)，下部凈空不低于2.2 m；廠區(qū)內(nèi)除臭風(fēng)管架空敷設(shè)，下部凈空不低于2.2 m，如遇過路段下部凈空不低于4.4 m。

5 設(shè)計亮點

（1）融合雙碳設(shè)計理念，打造低碳型污水廠。

污水處理采用融合“雙碳理念”進(jìn)一步創(chuàng)新優(yōu)化的改良型A/A/O 工藝，充分利用污水中的碳源，減少外加碳源。采用智能曝氣控制系統(tǒng)，節(jié)約鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)能耗約10%。利用污水源熱泵系統(tǒng)為綜合樓等公辦場所供冷供熱，回收污水中的能量。曝氣器采用低阻力的剛玉曝氣盤，節(jié)約能耗。

（2）選用高效除臭工藝，打造高效型污水廠。

除臭設(shè)計著眼全局，從密閉超高效收集的臭氣隔離罩、高質(zhì)量均勻輸送的可視化管路系統(tǒng)到高標(biāo)準(zhǔn)一體化運(yùn)行的除臭設(shè)備，一套完美的組合拳確保了工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成。

（3）引進(jìn)智能巡檢系統(tǒng)，打造智慧型污水廠。

該工程生物反應(yīng)池除臭加蓋，建成后無法觀察反應(yīng)池內(nèi)曝氣情況。為及時了解反應(yīng)池曝氣情況，減少人員勞動強(qiáng)度，以及考慮到人身安全，工程考慮在生物反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置智能巡檢機(jī)器人，可在蓋板下巡檢，觀察反應(yīng)池曝氣情況，并且進(jìn)行智能識別分析并輸出報告。

6 綜合效益分析

（1）環(huán)境效益

通過該工程的實施，每年可減少大量污染物排河，各項污染指標(biāo)削減量見表3。

表3 各項污染指標(biāo)削減量

（2）社會效益

該工程的建設(shè)有助于進(jìn)一步提高溫嶺市周邊的水環(huán)境質(zhì)量；進(jìn)一步提升城市形象；推進(jìn)區(qū)域建設(shè)，為促進(jìn)城區(qū)經(jīng)濟(jì)社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及保障市民擁有良好的生活環(huán)境作出更多貢獻(xiàn)。

（3）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該工程第一部分投資為30 277.48 萬元，總投資為46 284.52 萬元。污水單位經(jīng)營成本1.20 元/m3，單位處理成本2.71 元/m3。

7 結(jié)語

本文以浙江省溫嶺市某污水處理廠為例，介紹高出水標(biāo)準(zhǔn)條件下的污水廠設(shè)計，以期為同類型污水廠設(shè)計提供可參考借鑒的解決方案。工程設(shè)計規(guī)模5 萬m3/d，出水執(zhí)行《臺州市城鎮(zhèn)污水處理廠出水指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)限值》（試行）地表水準(zhǔn)IV 類水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)特點，污水處理針對性采用“改良型A/A/O+氣浮+氣水反沖洗濾池”的組合工藝；污泥采用離心濃縮脫水一體機(jī)將含水率降至80%后外運(yùn)處置；臭氣采用組合工藝處理達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）[1]中廠界二級標(biāo)準(zhǔn)。工程第一部分投資為30 277.48 萬元，總投資為46 284.52 萬元。