某工業發達地區鄉鎮污水處理廠工程設計與運行

金 濤，馬文明，楊 航

(中建水務環保有限公司，北京 100037)

近年來，我國鄉鎮建設不斷加強，鄉鎮人口大幅增加，鄉鎮企業也得到迅速發展。但是，伴隨而來的水環境污染問題成為影響鄉鎮持續健康發展的關鍵，且鄉鎮因長期缺乏統籌規劃，環保基礎設施建設滯后于經濟發展水平，鄉鎮污水處理不當已成為嚴重困擾地方生態環境的重大難題[1]。鄉鎮污水有其自身的顯著特點，如區域差異性明顯、水量較少、收集難度大、污水成分復雜、水質波動大等[2]。套用城市污水處理工藝，如SBR工藝、氧化溝工藝、接觸氧化工藝、AAO工藝等，往往不能達到預期的處理效果。因此，在鄉鎮污水處理廠的設計建設過程中，需重點考慮當地的實際情況，做到有針對性的設計，才能保證鄉鎮污水處理廠的長期穩定運行。本文介紹了江蘇省某鄉鎮污水處理工程的水質特點、工藝流程及主要設計參數、工藝設計特點，為類似鄉鎮污水處理廠的設計提供一定參考。

1 工程概況

本項目所在地為江蘇省某縣，具體涉及6個鄉鎮的污水處理設施建設，以其中1個鄉鎮污水廠為例。該鄉鎮污水處理廠總規模為1.0萬m3/d，建設用地面積為16 474.55 m2，近期規模為0.5萬m3/d。處理居民日常活動所產生的生活污水以及鄉鎮企業預處理后的工業廢水，其中，工業廢水主要以機械電子、紡織服裝等輕工業為主。排水體制為新鎮區雨污分流、老鎮區為雨污合流，正在進行雨污分流改造，以完善污水收集系統，做到應收盡收；水量波動大、成分復雜。

2 設計進出水水質

該污水處理廠服務范圍內排水包括約60%的生活污水和約40%的工業廢水。服務范圍內鄉鎮工業企業以機械電子、紡織服裝等輕工業為主，企業外排工業廢水經廠內預處理后屬于可生化性較低、有效碳源低的有機廢水，進入管網執行《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)中的B級排放標準。進水水質根據各類污水性質加權計算，并考慮一定的設計余量。

尾水就近排入廠區西側的河溝，設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002) 中的一級 A 標準。

設計進、出水水質如表1所示。

表 1 設計進出水水質Tab.1 Design Influent and Effluent Water Quality

3 工藝流程及特點

3.1 工藝流程

針對進水有效碳源低、含部分工業廢水、水質復雜、水量波動大的特點，綜合考慮技術成熟、運維簡單、處理成本低等要求，最終確定以水解酸化為預處理、多點進水AAO 為主體的工藝，并結合高密度沉淀池和纖維轉盤濾池等做深度處理工藝，污泥處理采用化學調理+板框壓濾的處理方式，具體工藝流程如圖 1 所示。

圖1 污水處理廠工藝流程Fig.1 Process Flow of WWTP

3.2 工藝特點

(1)進水泵房潛污泵設置變頻調節，根據進水水量調整污水提升量，污水處理系統可分為2組獨立運行，并考慮一定的設計冗余，以應對進水水量波動。

(2)針對進水中含有一定比例的工業廢水、水質復雜，設置水解酸化單元提高污水的可生化性，可對進水水質變化起到緩沖作用，避免對AAO生化系統形成沖擊，并根據實際進水水質情況進行靈活調整，實現污水全部或部分超越，進入AAO池[3-4]。

(3)多點進水AAO工藝對江蘇地區鄉鎮污水的適應性強。鄉鎮污水水質水量波動較大，有效碳源低，碳源得不到充分利用[5]，該工藝根據來水水質情況，通過設置進水分配調節堰門，實現多點進水[6]，充分利用污水中的碳源；還可實現多點回流，增設預缺氧區強化反硝化效果，降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響，脫氮除磷效果良好，有效降低運行成本。

(4)高密度沉淀池用于污水處理廠深度除磷，通過污泥回流提高絮凝反應效果，促進顆粒的快速分離，并結合斜管或斜板加速沉淀，實現高效的固液分離，效果穩定，占地面積小。

4 主要構筑物工藝設計

4.1 粗格柵及進水泵房

粗格柵及進水泵房土建按遠期1.0萬m3/d規模設計，尺寸為10.4 m×5.5 m×9.15 m。近期設回轉式粗格柵1臺，功率為1.1 kW，柵條間隙為10 mm，格柵寬度為800 mm，格柵傾角為70°，配套1臺無軸螺旋輸送機，格柵機與螺旋輸送機由PLC自動控制按時間周期運行，并設置現場手動控制。遠期格柵渠道設人工格柵1臺，以滿足設備檢修要求。進水泵房設3臺潛污泵，2用1備，單臺流量為180 m3/h，揚程為15 m，功率為22 kW，1臺變頻。遠期增設2臺潛污泵。

4.2 細格柵及旋流沉砂池

細格柵及旋流沉砂池土建按遠期1.0萬m3/d規模設計，尺寸為10.5 m×14.7 m×2.4 m。近期設回轉式細格柵1臺，功率為0.75 kW，柵條間隙為3 mm，格柵寬度為900 mm，格柵傾角為70°，配套1臺無軸螺旋輸送機，格柵機與螺旋輸送機由PLC自動控制按時間周期運行，并設置現場手動控制。遠期格柵渠道封堵。旋流沉砂池設旋流沉砂器1臺，直徑為2.13 m，功率為1.1 kW，排砂量為7.8 L/s，配套砂水分離器1臺，功率為0.37 kW，流量為5～12 L/s。遠期增設旋流沉砂器1臺。

4.3 水解酸化池

水解酸化池土建按遠期1.0萬m3/d規模設計，尺寸為22.7 m×24.0 m×5.7 m，分2組。水力停留時間為6 h，近期設φ為1 200 mm的脈沖布水器6套，排泥離心泵2臺，1用1備，單臺流量為25 m3/h，揚程為10 m，功率為5 kW。遠期增設脈沖布水器6套。

4.4 多點進水AAO池

AAO池按近期0.5萬m3/d規模設計，尺寸為35.5 m×22.0 m×6.8 m，分2組，包括預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區。總停留時間為14.9 h，預缺氧區為0.6 h，厭氧區為1.5 h，缺氧區為3.4 h，好氧區為9.4 h。反應池混合液濃度MLSS為3 500 mg /L，污泥負荷為0.049 kg BOD5/(kg MLSS·d)，污泥最大內回流比為100%，回流至預缺氧區混合液回流比為50%，回流至缺氧區混合液最大回流比為300%，平均氣水比為8.6∶1。每組AAO池的預缺氧區設潛水攪拌機1臺，功率為0.85 kW，厭氧區設潛水攪拌機1臺，功率為1.5 kW，缺氧區設潛水推流器2臺，單臺功率為0.85 kW，好氧區設潛水推流器2臺，單臺功率為1.5 kW，回流至預缺氧區混合液回流泵1臺，流量為50 m3/h，揚程為1.0 m，功率為1.5 kW，回流至缺氧區混合液回流泵2臺，單臺流量為150 m3/h，揚程為1.0 m，功率為2.5 kW;φ為260 mm的微孔曝氣器276個。由PLC自動控制潛水攪拌機、潛水推流器和水泵的啟停，同時設定現場手動控制。

4.5 二沉池

二沉池為中進周出輻流式沉淀池，按近期0.5萬m3/d規模設計，尺寸為φ為15 m×5.5 m，2座。設計表面負荷為0.59 m3/(m2·h)。二沉池內設φ為15 m的周邊傳動半橋刮吸泥機1臺，驅動功率為0.75 kW。由PLC自動控制，同時設定現場手動控制。

4.6 高密度沉淀池

高密度沉淀池按近期0.5萬m3/d規模設計，尺寸為10.7 m×5.9 m×7.1 m。混合區混合時間為186 s，絮凝區絮凝時間為7.6 min，沉淀區設計上升流速為9.0 m3/(m2·h)。污泥循環回流系數取0.07。設混合攪拌機1臺，功率為3.0 kW，絮凝攪拌機(帶導流筒)2套，單臺功率為2.5 kW，中心傳動刮泥機1臺，功率為2.05 kW，剩余污泥泵1臺，流量為15 m3/h，揚程為20 m，功率為2.2 kW，回流污泥泵2臺，單臺流量為15 m3/h，揚程為20 m，功率為2.2 kW，1用1備。

4.7 纖維轉盤濾池及接觸消毒池

纖維轉盤濾池及接觸消毒池土建按1.0萬m3/d規模設計，尺寸為23.0 m×8.3 m×4.6 m。纖維轉盤濾池設纖維轉盤過濾器1套，功率為3.0 kW，φ為2 m的盤片6個，配套清洗排泥泵1臺，流量為30 m3/h，揚程為20 m，功率為7.5 kW。遠期增設纖維轉盤過濾器1套。接觸消毒池采用3廊道，分2組，近期使用1組，水力停留時間50 min，遠期預留1組，采用成品次氯酸鈉消毒。

4.8 污泥泵房

污泥泵房按近期0.5萬m3/d規模設計，與AAO池合建，分別與2組AAO池對應，單個污泥泵房設計尺寸為 4.75 m ×1.7 m ×6.8 m，內設2臺污泥回流泵，1用1備，設計回流比為50%～100%，單臺流量為110 m3/h， 揚程為7 m， 功率為5.5 kW；1臺剩余污泥泵，流量為30 m3/h，揚程為15 m，功率為3.0 kW。由PLC自動控制污泥回流泵和剩余污泥泵的啟停，同時設定現場手動控制。

4.9 污泥濃縮池及調理池

污泥濃縮池及調理池按近期0.5萬m3/d規模設計，尺寸φ為8 m×4.5 m+3.0 m×3.0 m。污泥濃縮池內設φ為8 m的中心傳動濃縮機1臺，功率為0.75 kW。調理池設φ為2 m的框式攪拌機1臺，功率為1.5 kW；石灰投加裝置1套，其中，料倉有效容積為5 m3；傾斜螺旋輸送機1臺，功率為5.5 kW。調理池石灰投加量不超過絕干污泥量的10%。

4.10 污泥脫水機房及加藥間

污泥脫水機房土建按1.0萬m3/d規模設計，2層，S=439.68 m2。近期設板框壓濾機1臺，單臺壓濾機面積為50 m2，配套2臺污泥進料泵、1臺壓榨水泵和2臺清洗水泵，其中，污泥進料泵單臺流量為20 m3/h，揚程為100 m， 功率為15 kW，變頻控制，1用1備；壓榨水泵流量為5 m3/h，揚程為160 m，功率為5.5 kW；清洗水泵單臺流量為5 m3/h，揚程為100 m，功率為3 kW，變頻控制，1用1備。壓榨水和清洗水使用廠區自來水。壓濾機配套空氣設備包括1臺空壓機和2個氣罐，分別用于反吹和儀表用氣。每天運行3批次，每批次4 h，出泥含水率≤60%，送往附近建材企業焚燒處置；遠期增設1臺板框壓濾機，互為備用，檢修時可單臺設備全天運行6個批次。污泥脫水機房內設PAC投加裝置和PAM投加裝置，通過計量泵定量加藥至高密度沉淀池、污泥調理池，其中，高密度沉淀池投加PAC為25 mg/L，PAM為0.3 mg/L；污泥調理池投加PAC不超過絕干污泥量的10%，PAM投加量3 kg/(t·d)。另設置醋酸鈉投加裝置，以備反硝化碳源不足時補充外部碳源。

4.11 綜合機房

綜合機房土建按1.0萬m3/d規模設計，包括鼓風機房、變配電間、機修間及倉庫，1層，S=144 m2。設AAO池曝氣用羅茨鼓風機2臺，風量為30 m3/min，風壓為70 kPa，功率為55 kW，變頻控制，1用1備，遠期增加1臺；單梁懸掛起重機1臺，起重量為1.0 t，功率為3.0 kW+0.74 kW。由PLC自動控制風機的啟停，同時設定現場手動控制。

5 運行效果

該鄉鎮污水處理廠已進入正式運行，目前整體工藝各單元運行良好，出廠水質穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準。

對2020年連續2個月的進水水質及出水水質進行監測和分析。

圖2 CODCr濃度及去除率Fig.2 CODCr Concentration and Removal Rate

如圖2所示，進水CODCr為74～464 mg/L，平均值約為215 mg/L，出水CODCr基本維持在40 mg/L以下，平均出水CODCr為27.9 mg/L，COD平均去除率達到84.1%，說明雖然進水COD波動較大，但該處理工藝對污水中的COD去除效果良好。

圖3 TN濃度及去除率Fig.3 TN Concentration and Removal Rate

如圖3所示，進水TN為14～56 mg/L，平均值約為27 mg/L，COD/TN為4.3～12.9，運行期內未額外投加碳源，出水TN穩定在10 mg/L以下，平均出水TN為5.1 mg/L，TN平均去除率達到80.0%，說明該處理工藝通過設置預缺氧池、多點進水、多點回流等，自身碳源得到有效利用，反硝化脫氮效果好，脫氮效率高。

圖4 水解酸化進出水CODCr、BOD5對比Fig.4 Comparison between CODCr and BOD5 Concentration of Hydrolytic Acidification

如圖4所示，水解酸化單元進水平均B/C為0.31，BOD/出水平均B/C為0.40，說明水解酸化改善了污水的可生化性，提高了原水的有效碳源量，水解酸化進出水中平均BOD5/TN由2.51升高到2.87，利于發揮多點進水AAO的工藝優勢，在不額外投加碳源的情況下，實現TN達標。

圖5 TP濃度及去除率Fig.5 TP Concentration and Removal Rate

如圖5所示，進水TP為0.6～6.6 mg/L，平均值約為2.6 mg/L，出水TP最高為0.45 mg/L，平均約為0.22 mg/L，TP平均去除率達到91.5%，說明該工藝通過生物除磷和化學除磷相結合，對污水中TP去除效果好。

6 經濟分析

該鄉鎮污水處理廠總規模為1.0萬m3/d，近期規模為0.5萬m3/d，其中，粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、水解酸化池、纖維轉盤濾池、接觸消毒池、污泥脫水機房、綜合機房和辦公樓等土建按照1.0萬m3/d建設。一期工程費用為2 085.66萬元，其中，建筑工程費用為1 231.61萬元，設備工程費用為686.93萬元，安裝工程費用為167.12萬元。

直接運行成本(含電費、藥劑費、工資福利費、污泥處置費、日常維修維護費及管理費)為1.09元/m3。

7 結論

江蘇省某產業發達鄉鎮污水處理廠采用 “水解酸化+多點進水AAO+高密度沉淀池+纖維轉盤濾池+接觸消毒”為主體的工藝處理鄉鎮綜合污水，出水水質能夠滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級 A 標準要求。 該工程工藝設計合理，操作靈活可調，運行穩定可靠，利于降低污水處理成本，有助于鄉鎮污水處理廠長期運維，有效減少了水污染物排放總量，改善了當地水環境質量，具有一定的社會效益和環境效益。