劉川工業園區污水處理廠工程設計實例

呂文博

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

甘肅白銀市劉川工業區位于白銀市白銀區東部，規劃面積52.916 8 km2。園區內現有甘肅稀土集團公司、靖遠電廠、煤化工廠等企業，園區配套建設污水處理廠一座，近期（2020年）設計規模3.5萬m3/d，遠期（2030年）設計規模13萬m3/d，占地面積0.049 2 km2。污水處理廠一期按3.5萬m3/d設計，于2016年年中建成，污水經二級處理及深度處理后，出水水質滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準及《城市污水再生利用-綠地灌溉水質》（GB/T 25499—2010）的水質要求。

2 工藝介紹

2.1 設計水質

由于園區內工業廢水包括有色金屬、冶金、硫化工、煤化工生產廢水，水質相差較大，為了降低白銀市劉川污水廠的工程造價，結合白銀市劉川集中工業區高標準建設的要求，根據下水道末端污水處理廠的處理程度，按照《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 343—2010）的要求，各企業內部污水處理站出水的污染物濃度執行B等級。設計進出水水質指標見表1。

表1 污水廠設計進出水水質指標

2.2 工藝流程

污水二級處理采用固定化微生物—高效生物濾池（G-BAF），三級處理采用管式混合器+網格絮凝池+斜板沉淀池+盤式過濾工藝。總體工藝流程如圖1所示。

圖1 污水廠污水、污泥處理工藝流程圖

工業區生產廢水和生活污水經過流量分配井后，進入污水預處理階段，該段由粗格柵、細格柵及曝氣沉砂池組成。預處理階段主要去除水中的懸浮物、漂浮物及砂粒。

經預處理后，污水進入調節池，后均勻配水到初沉池，在初沉池去除一部分SS后進入二級生化處理系統G-BAF池，污水經過二級生化處理后出水達到一級B標。高效生物濾池最大污泥回流量為100%。

污水經二級處理后進入三級處理系統，三級處理由深度處理車間內混凝、沉淀、過濾處理單元組成，深度處理車間出水經消毒處理后儲存在清水池內，通過回用水泵房送至園區再生水管道用于綠地澆灌。剩余污泥由泵送至貯泥池，然后進入脫水機房進行機械濃縮脫水，泥餅外運至白銀市生活垃圾焚燒發電廠焚燒發電。

3 工程設計[1，2]

設計規模（近期）3.5萬m3/d，設計流量：平均時流量1 458.3 m3/h，最大時流量2 085.42 m3/h（Kz=1.43）。

3.1 污水預處理系統

3.1.1 粗格柵及提升泵房

粗格柵與提升泵房合建，粗格柵用于去除污水中較大（直徑大于20 mm）漂浮物，提升泵房用于將污水進行提升，使污水依次流過后續處理構筑物，以保證污水廠正常運轉。

粗格柵設置2條寬1.3 m的地下式鋼筋混凝土直壁式平行渠道，每條渠道凈尺寸L×B=9.4 m×1.3 m，池深16.1 m。每條渠道安裝1臺回轉式格柵除污機，寬度1 200 mm，柵條間隙20 mm，安裝角度70°，過柵流速0.70～1.0 m/s，功率為1.1 kW。除污機前后安裝手電兩用1 300 mm×1 300 mm的鑲銅鑄鐵閘板，功率1.5 kW，供檢修格柵使用。格柵運行中，當水位超過0.3 m時，即開始自動清渣，清渣也可用時間間隔控制，間隔2 h沒有清渣動作即可強制清渣。

提升泵房為地下式鋼筋混凝土結構，平面尺寸14.8 m×5.8 m，地下部分深度17.5 m，鋼筋混凝土結構。安裝潛污泵4臺，3用1備，每臺流量700 m3/h，揚程25 m，電機功率90 kW。運行時根據集水池的水位自動控制泵的啟停，并應設置高水位報警系統。

3.1.2 細格柵及曝氣沉砂池

細格柵與曝氣沉砂池合建。

細格柵間設置2條寬1.7 m的地下式鋼筋混凝土直壁式平行渠道，每條渠道凈尺寸L×B=10.5 m×1.7 m，渠道深2.1 m。每條渠道各安裝回轉式格柵除污機1臺，寬度1 600 mm，柵條間隙3 mm，安裝角度70°，過柵流速0.60～0.80 m/s，功率為2.2 kW。細格柵間配套螺旋輸送機和螺旋壓榨機1套。

曝氣沉砂池用于去除污水中比重大于2.65，粒徑≥0.2 mm的砂粒，使無機砂粒與有機物分離開來，便于后續生物處理，兼帶除油撇渣功能。曝氣沉砂池設計污水停留時間2～3 min，水平流速0.1 m/s，供氣量0.2 m3空氣/m3污水。曝氣沉砂池共1座2格，鋼筋混凝土結構，一次建成，兩格同時運行，單格凈寬3.2 m，設計有效水深2.5 m，有效長度22.4 m。在細格柵間設鼓風機房，內設2臺羅茨風機（1用1備），單機風量10.13 m3/min，風壓3.0 m，功率11 kW。曝氣沉砂池設1臺移動式刮砂橋，軌道間距7.3 m，驅動功率2.0 kW，配套2臺吸砂泵，每臺吸砂泵流量Q=22 m3/h，H=6 m，N=1.5 kW。設置砂水分離器一臺，Q=15～20 L/s，N=0.37 kW。

運行時鼓風機連續運行，排砂泵連續運行或間隙運行，砂水分離器與排砂泵同步運轉，延時停機。

3.1.3 調節池

調節池設1座2格，地下式鋼筋混凝土結構，每格平面尺寸L×B=25.0 m×20.0 m，池深6.5 m，有效水深6.0m。每格池內配套提升泵2臺，1用1備，每臺潛污泵參數Q=1 050 m3/h，H=15 m，N=75 kW；每格池內設潛水攪拌機3臺，每臺功率7.5 kW，直徑620 mm。水泵根據調節池內液位，由PLC自動控制，水泵按順序輪值運行，也可現場手動控制。

3.1.4 初次沉淀池

初沉池用于去除進水中不可降解污染物，以減少后續生物反應池的負荷，減少生化反應池池容。

設置兩座輻流式初沉池，均為半地下式鋼筋混凝土結構。每座沉淀池直徑為Ф=25.0 m，周邊有效水深3.30 m，表面負荷2.5 m3/m2·h，污水停留時間1 h。每座沉淀池配置1套全橋式周邊傳動刮泥機。初沉池排泥斗內的沉降污泥通過排泥管由水位差流至初沉池排泥井，初沉干泥量5.03 t/d，初沉污泥含水率97%，排泥井內設2臺排泥泵將污泥送至貯泥池，Q=40 m3/h，H=10 m，N=4.0 kW，1用 1備。

3.2 污水二級處理系統

本工程污水生化處理采用固定化微生物—高效生物濾池（G-BAF），該處理工藝由北京大學研發，專門針對高毒性、高氨氮、難降解有機廢水處理的生物處理工藝。G-BAF技術吸收了傳統BAF的優勢，針對傳統BAF水頭損失大，反沖洗頻繁，運行控制較為復雜的缺陷，研制大孔網狀功能化懸浮載體，大幅度降低了水頭損失，優化和簡化了運行控制的復雜程度；同時將高效微生物和固定化技術相結合，創造厭氧-兼氧-好氧集成微環境，形成有利于脫氮菌群生存的微環境，促進同步硝化反硝化，解決生物脫氮的技術難題。

設計參數：總停留時間8 h（其中缺氧區停留2 h，好氧區停留 6 h）；載體負荷 1.20 kg BOD5/m3·d，0.24 kgNH4-N/m3·d；供氣量 230 m3/min；氣水比8∶1，污泥回流比100%，剩余污泥量（干質）0.5 t/d。

主要工程內容：高效生物濾池共設4座，每座6組4級，鋼筋混凝土結構，單座平面尺寸L×B=36.4 m×23.7 m，池深5.5 m，有效水深5.0 m，其中混合池L×B=10.0 m×4.0 m，池深5.5 m，混合池內設置混合攪拌機兩臺，攪拌機直徑?1500，N=5.5 kW。出水池L×B=10.3 m×4.0 m，池深5.5 m，出水池與混合池間設置污泥內回流泵，Q=520 m3/h，H=0.65 m，N=4.0 kW。單座濾池設置三層濾料，載體承托層為玻璃鋼，孔徑10 mm×10 mm，過濾面積1 800 m2。高效微生物載體為固態，材料密度0.6～0.8 g/cm3，微生物含量大于109個。曝氣采用FZ曝氣管，DN20 mm，安裝間距0.3 m，氧利用率＞25%。G-BAF排泥斗內的沉降污泥通過排泥管由水位差流至剩余污泥井。

3.3 深度處理系統

G-BAF處理出水排入中間調節水池，經潛污泵提升進入深度處理車間。深度處理采用常規混凝+沉淀+過濾工藝。整個工藝池體結構采用合建式，外部設置維護結構。深度處理單元采用網格絮凝池、斜板沉淀池及濾布濾池三部分。

3.3.1 網格絮凝池

其作用是使投加了混凝劑并經過充分混合后的原水，在水流作用下，微絮粒相互碰撞，形成更大絮粒，降低處理水中的懸浮物及膠體，絮凝池連續運行，間隙排泥。網格絮凝池設1座2組，鋼筋混凝土結構，平面尺寸L×B=11.6 m×11.6 m，池深5.9 m，有效水深5.5 m。網格絮凝池前設孔板式凈水混合器，混合時間3～5 s。

單組池設計流量：1.75萬m3/d（近期）；絮凝時間：22 min；單格尺寸1.7 m×2.04 m，有效水深：5.4 m；單組池總面積：108.9 m2。

3.3.2 斜板沉淀池

原水經投藥，混合和絮凝后，水中的懸浮物已經形成粗大的絮凝體，在沉淀池中完成泥水分離過程，實現水質凈化。沉淀池連續運行，間隙排泥。

斜板沉淀池設1座2組，鋼筋混凝土結構，單組平面尺寸L×B=18.0 m×11.0 m，池深5.4 m，有效水深4.75 m。其主要設計參數為：清水區上升流速為1.45 mm/s，顆粒沉降速度0.35 mm/s，斜板安裝傾角為60°，斜板長度1 m，斜板區體積172.3 m3。斜管下部布水區高度為1.6 m，液面負荷為5.5 m3/（m2·h），池底設置排泥管，管徑DN200。

3.3.3 濾布濾池

濾布濾池通過過濾進一步去除斜板沉淀池出水中的污染物質，為連續運行，間隙反洗。濾布濾池設1座2格，鋼筋混凝土結構，每格L×B=6.4×4.0 m，池深4.7 m，有效水深3.8 m。每格內安裝D=3 000 mm的濾布轉盤一套，單套過濾面積140m2，水力負荷8 m3/m2·h，水頭損失0.2 m，濾盤反洗轉速1.0 r/min。每池配反洗水泵2臺，1用1備，單臺性能Q=40 m3/h，H=10 m，N=2.2 kW。

3.4 加氯加藥間

該工程設加氯加藥間1座，采用框架結構，平面尺寸L×B=12.5 m×29.5 m，層高4.5 m，與深度處理車間合建。

設計加氯量為8～12 mg/L，投加至接觸消毒池前射流器。近期設ClO2發生器2臺，發生量10 kg/h，1用1備?；掀?套，HCl貯藥罐1套，酸霧吸收裝置1套，NaClO3貯藥罐1套。

加藥間用于制備及投加PAC、碳酸鈉及乙酸鈉。PAC投加間設置溶藥罐2個，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積 2 m3；儲藥罐 1 個，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積2 m3；加藥計量泵2臺，Q=0.24 m3/h，H=50 m，N=0.37 kW。碳酸鈉（用于調節堿度）投加間內設溶藥罐1個，?1 500 mm×1 500 mm，有效容積 2 m3；抽藥泵 1臺，Q=2 m3/h，H=2 m，N=0.37kW；PE材質儲藥罐1個，?1500mm×1500mm，有效容積2 m3；碳酸鈉加藥泵1臺，Q=360 L/h，H=20 m，N=0.75 kW。乙酸鈉投加間設溶藥裝置2臺，Q=2 m3/h，H=2 m，N=0.37 kW；加藥泵 2 臺，Q=200～1 000 L/h，H=20 m，N=0.37 kW。

3.5 污泥脫水機房

污泥脫水可降低污泥含水率，減少污泥體積，便于污泥運輸處置。設置污泥濃縮脫水機房1座，框架結構，平面尺寸L×B=22.6 m×12.0 m，層高7.0 m。設計參數：剩余污泥干重5.92 t/d（近期），污泥含水率97.5%，濕污泥體積257.6 m3/d（近期），深度脫水后污泥量29.6 m3/d（近期），含水率80%。污泥脫水機房內設螺桿泵2臺，Q=10～20 m3/h，H=20 m，H=11.0 kW；環蝶式污泥脫水機2臺，產生干泥量450 kg-ds/hr，N=3.3 kW；污泥混合箱2臺，全自動投藥裝置1套，螺旋輸送機2臺。聚丙烯酰胺溶藥機1臺，Q=500 L/h。藥劑投加量為污泥干重的0.4%。脫水后泥餅外運至白銀市生活垃圾焚燒發電廠焚燒發電。

4 結 論

劉川工業園區污水處理廠按以上工程設計參數進行設計，污水廠于2016年年中建成，通水調試約7個月，現出水水質穩定，實測出水水質（年平均值）詳見表2。

表2 污水廠實際出水水質

實際出水水質滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準及《城市污水再生利用-綠地灌溉水質》（GB/T 25499—2010）的水質要求。經過后續項目跟蹤，因園區工業企業的增加，進水水質組成也在發生變化，設計工藝尤其是G-BAF處理單元的處理能力，能否長期適應水質變化還需跟蹤觀察。目前園區再生水回用方式比較單一，同時由于水體缺乏，環境容量有限，后期應探索再生水的循環利用及循序利用，再生水應主要回用于工業企業，尤其是耗水量大的煤化工等企業，以保護水源，減少排污量。