通大污水處理工程項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)

胡思琪，李 凱

(宇星科技發(fā)展<深圳>有限公司，廣東深圳 518000)

通大污水處理工程建設(shè)位置位于湖北省咸寧市通山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南側(cè)，負(fù)責(zé)通山縣經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)1.0 115 km2范圍的污水處理任務(wù)。污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為1.0萬m3/d，規(guī)劃用地面積約為22 000 m2。根據(jù)該工程實(shí)際情況，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[1-3]，污水處理工藝采用多模式AAO工藝，二級(jí)出水經(jīng)高效沉淀池、纖維濾布濾池深度處理和紫外線消毒后，尾水經(jīng)提升泵站排至通羊河下游。污泥處理采用高壓板框脫水機(jī)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

(1)進(jìn)水水質(zhì)條件：目前該污水處理廠進(jìn)水為服務(wù)范圍內(nèi)生活污水及水晶工業(yè)園循環(huán)廢水站排水。服務(wù)范圍內(nèi)生活污水水質(zhì)預(yù)測(cè)如表1所示。

表1 生活污水排水水質(zhì)預(yù)測(cè)表Tab.1 Prediction of Domestic Sewage Quality

水晶工業(yè)園內(nèi)現(xiàn)有15家企業(yè)，主要從事水晶制品加工，產(chǎn)生的廢水主要以二氧化硅和懸浮物等無機(jī)物為主，目前園區(qū)已建成水晶工業(yè)園循環(huán)廢水站，設(shè)計(jì)規(guī)模為3 000 m3/d，排水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)B等級(jí)，循環(huán)廢水站尾水排放檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

(2)出水水質(zhì)要求：該污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918—2002》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合生活污水及水晶工業(yè)園尾水水質(zhì)現(xiàn)狀，經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算，并考慮一定的變化情況，該水廠的主要進(jìn)、出水設(shè)計(jì)指標(biāo)如表3所示。

表2 水晶工業(yè)園循環(huán)廢水站尾水排放水質(zhì)Tab.2 Tail Water Quality of Recycling Wastewater Station in Crystal Industrial Park

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.3 Design Influent and Effluent Quality

注：括號(hào)外為水溫>12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)；括號(hào)內(nèi)為水溫≤12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)

1.2 工藝方案的確定

本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水B/C=0.44>0.3，可采用生物降解；BOD/TN=5>4，可采用生物脫氮；BOD/TP=50>20，可采用生物除磷。該設(shè)計(jì)水質(zhì)可生化性較好，碳源較充足，可采用生物法作為二級(jí)處理工藝。由于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，因此本工程需采用二級(jí)生物處理與深度處理相結(jié)合的工藝[4]。

1.2.1 生物處理方案的比選

目前，采用的大多數(shù)污水處理工藝都包含生物除磷脫氮技術(shù)，生物除磷技術(shù)是靠聚磷菌對(duì)污水中磷的吸收作用，形成高含磷量的活性污泥，使磷從污水中去除。結(jié)合技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、對(duì)水質(zhì)、水量的適應(yīng)性、運(yùn)行的穩(wěn)定性等綜合影響因素，該工程考慮多模式AAO、曝氣生物濾池、AO+MBR這3種工藝，3種工藝的比選如表4所示。

表4 各生物處理工藝比較表Tab.4 Comparison of Each Biological Treatment Processes

本工程進(jìn)水含部分工業(yè)污水，COD、TN、TP含量較高，水質(zhì)變化較大。王舜和等[5]研究表明，多模式AAO工藝可靈活調(diào)整運(yùn)行模式，有對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適合于水質(zhì)波動(dòng)較大工程。研究表明，多模式AAO工藝對(duì)COD的處理效果較其他工藝略優(yōu)[6]。此外，多模式AAO工藝中由于除磷菌優(yōu)先利用易降解碳源，且通過前置缺氧段將回流污泥中的硝態(tài)氮去除，使得系統(tǒng)脫氮除磷效果更佳。綜合比較，多模式AAO工藝具有運(yùn)行成本最低、處理效果好、運(yùn)行靈活、投資較低等優(yōu)勢(shì)。因此，本工程優(yōu)先選擇多模式AAO工藝。

1.2.2 深度處理方案的比選

經(jīng)過常規(guī)二級(jí)工藝處理后的污水在懸浮物和TP方面往往達(dá)不到一級(jí)A的出水要求，需要增加深度處理工藝。目前常用的深度處理工藝為“混凝沉淀+過濾”和“微絮凝+過濾”。微絮凝過濾一般用于處理低濃度污水，對(duì)前端處理工藝要求高，且設(shè)備投資較大。考慮工程運(yùn)行穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性，選擇“混凝沉淀+過濾”為本工程深度處理工藝。

(1)混凝沉淀池

高效沉淀池技術(shù)成熟，占地面積小，對(duì)SS、TP去除效果明顯。研究表明[7]，高效沉淀池具有表面負(fù)荷高、出水水質(zhì)好、排泥濃度高等特點(diǎn)。此外，高效沉淀池設(shè)置內(nèi)回流泵，通過污泥回流，減少了10%～30%的藥劑投加量。因此，本工程混凝沉淀池選用高效沉淀池。

(2)濾池工藝

污水處理廠二級(jí)出水經(jīng)高效沉淀后需增加過濾工藝，進(jìn)一步降低污水中SS和TP的含量。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，二級(jí)處理后的污水中CODCr、BOD5、TN等污染物均可達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)活性污泥法磷的去除率較低，僅從剩余污泥中排除的TP一般約為12%～19%，而本工程TP去除率達(dá)到87.5%，通過二級(jí)生物處理是無法達(dá)到的，因此，深度處理工藝的目標(biāo)污染物為SS和TP。本工程設(shè)計(jì)在高效沉淀池投加除磷藥劑，需增加濾池工藝對(duì)高效沉淀池出水進(jìn)行過濾。考慮運(yùn)行效果及技術(shù)成熟性，該工程選擇纖維濾布濾池和D型濾池這2種方案，對(duì)比結(jié)果如表5所示。

表5 各過濾工藝比較表Tab.5 Comparison of Each Filtration Process

由表5可知，在出水均為一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)下，纖維濾布濾池水頭損失小，能耗低，且其在占地、投資、后期運(yùn)營方面也具有一定的優(yōu)勢(shì)。因此，本工程選擇纖維濾布濾池為過濾工藝。

1.2.3 工藝流程的確定

梁仁禮等[8]對(duì)比了不同污水處理廠設(shè)計(jì)方案，研究表明，“AAO+高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是具有優(yōu)勢(shì)的。分析比較本工程的特點(diǎn)及進(jìn)水水質(zhì)，并綜合考慮工程總投資及后期運(yùn)行方便，該污水廠二級(jí)生物處理選擇多模式AAO工藝；深度處理工藝采用高效沉淀池；過濾工藝采用纖維濾布濾池；消毒工藝采用紫外線消毒。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Treatment Process

2 廠區(qū)主要建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

通大污水處理工程屬新建污水廠，該污水處理廠主要由預(yù)處理系統(tǒng)，二級(jí)生物處理系統(tǒng)，深度處理系統(tǒng)，消毒系統(tǒng)，輔助用房等建構(gòu)筑物組成。主要建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)備配置如下。

(1)預(yù)處理系統(tǒng)

粗格柵及提升泵房設(shè)計(jì)尺寸為16 m×6.2 m×8 m。配備回轉(zhuǎn)前耙式粗格柵2臺(tái)，柵隙寬b=20 mm，功率為1.1 kW，1用1備。提升泵房設(shè)3臺(tái)潛水泵，2用1備，單臺(tái)流量為330 m3/h，揚(yáng)程為15 m，功率為18.5 kW，1臺(tái)變頻。

細(xì)格柵及曝氣沉砂池設(shè)計(jì)尺寸為30.4 m×6.5 m×3.2 m。選用自動(dòng)除渣的回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵2臺(tái)，柵隙寬b=5 mm，功率為0.75 kw，1用1備，配套1臺(tái)無軸螺旋輸送機(jī)。曝氣沉砂池設(shè)計(jì)最大流量時(shí)水力停留時(shí)間為12.6 min，配備雙槽橋式吸砂機(jī)1臺(tái)，驅(qū)動(dòng)功率2×0.55 kW，撇渣電機(jī)2×0.55 kW。設(shè)砂水分離器1臺(tái)，流量為3.16 L/s，功率為0.37 kW。羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，流量為2.17 m3/min，功率為5.5 kW。

調(diào)節(jié)池與事故池設(shè)計(jì)尺寸為41.2 m×22.8 m×5.2 m，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為4.7 h，有效水深為4.5 m。池體配置潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)，單臺(tái)直徑為320 mm，轉(zhuǎn)速為960 r/m，功率為4 kW；潛水泵5臺(tái)，單臺(tái)流量為210 m3/h，揚(yáng)程為7 m，功率為7.5 kW。

(2)二級(jí)生物處理系統(tǒng)

多模式AAO反應(yīng)池設(shè)計(jì)尺寸為41.1 m×32.5 m×6.8 m，有效水深為6 m，總停留時(shí)間為18.7 h。反應(yīng)池混合液濃度MLSS=4 000 mg/L，污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.87，污泥負(fù)荷為0.090 kg BOD5/(kg MLSS·d)，內(nèi)回流比為300%。主要設(shè)備配置：雙曲面攪拌機(jī)10臺(tái)，每臺(tái)功率為2.2 kW；曝氣器1 308個(gè)，每個(gè)曝氣量為2 m3/h；混合液回流泵6臺(tái)，單臺(tái)流量為210 m3/h，揚(yáng)程為1.2 m，功率為1.5 kW。

輻流式二沉池2座，每座池內(nèi)徑為18 m，設(shè)計(jì)最大時(shí)表面水力負(fù)荷為0.82 m3/(m2·h)。主要設(shè)備配置：中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)電機(jī)功率為0.55 kW。

污泥泵房設(shè)計(jì)尺寸為5.4 m×4 m×5.5 m。主要設(shè)備配置：回流污泥泵4臺(tái)，2用2備，單臺(tái)流量為210 m3/h，揚(yáng)程為6 m，功率為7.5 kW；剩余污泥泵2臺(tái)，1用1備，單臺(tái)流量為45 m3/h，揚(yáng)程為10 m，功率為2.2 kW。

(3)深度處理系統(tǒng)

高效沉淀池設(shè)計(jì)尺寸為15.5 m×12.9 m×7.9 m，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為6 m3/(m2·h)，混凝池停留時(shí)間為90 s，絮凝池停留時(shí)間為18.5 min。主要設(shè)備配置：混凝池?cái)嚢杵?臺(tái)，單臺(tái)轉(zhuǎn)速為40 r/min，槳葉直徑為0.6 m，電機(jī)功率為2.2 kW；絮凝池?cái)嚢杵?臺(tái)，單臺(tái)轉(zhuǎn)速為14 r/min，槳葉直徑為1.2 m，電機(jī)功率為5.5 kW；刮泥機(jī)2套，直徑為7 m，單臺(tái)功率為1.5 kW，排泥泵3臺(tái)，單臺(tái)流量為15 m3/h，揚(yáng)程為20 m，功率為2.2 kW。

纖維濾布濾池設(shè)計(jì)尺寸為7.2 m×6.1 m×3.7 m，設(shè)計(jì)濾速為6.5 m/h，主要配置設(shè)備：纖維轉(zhuǎn)盤2套，轉(zhuǎn)盤直徑為2 m；驅(qū)動(dòng)電機(jī)2套，單臺(tái)功率為0.55 kW；反沖洗水泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為30 m3/h，揚(yáng)程為9 m，功率為2.2 kW。

(4)消毒系統(tǒng)

紫外線消毒池設(shè)計(jì)流量為0.12 m3/s，平面尺寸為12.1 m×3.6 m，有效水深為1.5 m。設(shè)備配置：32支紫外燈管，單支功率為320 W。消毒指標(biāo)：糞大腸菌群數(shù)低于103個(gè)/L。輻射強(qiáng)度：紫外線透射率≥65%。

(5)輔助用房

鼓風(fēng)機(jī)房占地面積為93.1 m2。設(shè)置磁懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)風(fēng)機(jī)流量為27 Nm3/min，鼓風(fēng)機(jī)壓力為73 kPa，功率為50 kW。

加藥間占地面積為117 m2，設(shè)計(jì)PAM投加量為1 mg/L，PAC投加量為123 mg/L。主要設(shè)備配置：PAM制備投加裝置1套，Q=1.5～2.8 g粉劑/h，功率為1.5 kW，配套PAM二次稀釋裝置1套；PAM加藥泵2臺(tái)，單臺(tái)流量為440 L/h，揚(yáng)程為60 m，功率為0.75 kW；PAC貯罐2套，V=10 m3；PAC加藥泵2臺(tái)，單臺(tái)流量Q=10～50 L/h，揚(yáng)程為10 MPa，功率為0.25 kW。

3 運(yùn)行情況分析

污水廠建設(shè)完成后進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試，隨后進(jìn)入正常運(yùn)行階段。運(yùn)行結(jié)果表明，該污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)指標(biāo)出水均能達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)率均為100%。進(jìn)、出水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表6所示(2019年1月—7月)。

表6 正常運(yùn)行的進(jìn)、出水水質(zhì)及達(dá)標(biāo)率Tab.6 Monitoring Results of Influent and Effluent Quality and Up-To-Standard Rate

4 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

本工程總投資為5 952.67萬元，其中工程費(fèi)用為4 718.53萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用為685.25萬元，預(yù)備費(fèi)為432.30萬元，建設(shè)期利息為100.09萬元，鋪地流動(dòng)資金為16.5萬元。

本工程設(shè)計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為1.162元/t，其中人工費(fèi)為0.12元/t，藥劑費(fèi)為0.208元/t，電費(fèi)為0.714元/t，污泥處置費(fèi)為0.125元/t。

5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)本工程增加了調(diào)節(jié)池與事故池單元，一方面由于本工程進(jìn)水混有工業(yè)污水，該單體工藝的設(shè)計(jì)滿足工業(yè)水處理的相關(guān)規(guī)范要求，確保污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，該單元具有調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量的功能，后續(xù)處理單元無需考慮變化系數(shù)，降低了后續(xù)處理單元的工程造價(jià)。

(2)本工程選擇多模式AAO工藝，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)AAO、倒置AAO和改良AAO的自由切換。多模式AAO工藝通過設(shè)置進(jìn)水渠、內(nèi)回流渠、配置閘門的方式，來改變池型，實(shí)現(xiàn)不同模式的轉(zhuǎn)變。該工藝對(duì)進(jìn)水在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求較高，需及時(shí)注意進(jìn)水水質(zhì)變化，調(diào)整相應(yīng)運(yùn)行模式，正常情況下推薦采用改良AAO模式。

(3)本工程整體布局上考慮對(duì)稱性，相鄰構(gòu)筑物采用合建的方式(如預(yù)處理系統(tǒng)、高效沉淀池與纖維濾布濾池等)，布置美觀，且節(jié)省占地，同時(shí)確保污水處理廠工藝、加藥、污泥等管線的順暢，方便后期運(yùn)營。

6 結(jié)語

通大污水處理工程采用“多模式AAO+高效沉淀池+纖維濾布濾池+紫外線消毒”的主體工藝，設(shè)計(jì)出水確保滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。該廠設(shè)計(jì)工藝操作靈活、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不僅節(jié)省了工程投資，而且方便后期污水廠的運(yùn)營。本工程的建成有效減少了經(jīng)開區(qū)排入通羊河的污染物總量，改善了城市的生態(tài)環(huán)境。