沈陽市造化污水處理廠擴建工程設計及運行效果

袁志紅，劉瀾濤，吳波，劉志彥，向元英

（1.沈陽振興環保工程有限公司，沈陽 110003；2.沈陽市城鄉建設事務服務中心，沈陽 110013；3.四川省工程咨詢研究院，成都 610011）

2015 年4 月，國務院印發《水污染防治行動計劃》，指出要狠抓工業污染防治，強化城鎮生活污染治理[1]。污水處理廠是水污染防治不可或缺的基礎設施，隨著國家在政策和資金方面的支持力度不斷加大，污水處理廠的建設也得到了快速發展[2]。

我國部分工業園區建設較早，環?；A設施薄弱，需要依托城鎮污水處理廠處理企業預處理后的工業廢水[3]。部分企業產生的廢水經過預處理后仍可能存在大量難降解的污染物，部分企業還存在超標排放現象[4]，以上問題都會增加城鎮污水處理廠的處理難度。本文以沈陽市造化污水處理廠為例，介紹其設計工藝，并分析其運行情況和處理效果，以期為同類型污水處理廠的設計及運行提供參考。

1 工程概況

沈陽市造化污水處理廠位于沈陽市洪區造化街道閘上村，一期工程設計規模為1.0×104t/d，于2012年11 月運行投產，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）一級A 標準。該污水處理廠主要處理造化、平羅兩地的生活污水和工業廢水，服務范圍約25.2km2。

隨著城市黑臭水體整治工作的持續推進，配套排水管網不斷完善，污水處理廠的進水量也在逐步增加并超過設計處理水量。該污水處理廠于2018 年采購安裝了處理能力為0.25×104t/d 的一體化膜生物反應器（MBR）污水處理設備1 套，但仍然無法滿足服務范圍內的污水處理需求，因此二期擴建工程的實施勢在必行。

二期工程位于污水處理廠東側預留地內，設計規模為1.75×104t/d，設計出水水質仍然執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準。具體設計進、出水水質見下表。

2 工藝流程及設計參數

2.1 工藝流程

本工程采用“格柵+曝氣”沉沙池作為預處理單元，二級處理單元采用具有生物脫氮除磷功能的厭氧—缺氧—好氧法（A2/O）工藝，二級出水經過“高密度沉淀池+濾布過濾”處理消毒后排入蒲河。污水處理廠工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢水處理工藝流程圖

設計進出水水質

剩余污泥經過濃縮、脫水后，含水率可降至80%以下，最終外運處理。格柵間、進水泵房、沉沙池、儲泥池及污泥脫水間等構筑物全部加蓋（罩）密封，產生的臭氣采用負壓抽吸進行生物除臭。生物除臭系統包括1 座生物除臭濾池和2 臺玻璃鋼離心鼓風機，臭氣處理量為51 000m3/h，處理標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中廠界廢氣排放二級標準。

2.2 主要構筑物及設備

（1）粗格柵與提升泵房。粗格柵間與提升泵房合建，平面尺寸（L×B）為18.5m×10.5m。設計進水渠道2 條，每條渠道內安裝回轉式格柵1 臺，柵條間隙為10mm。提升泵房集水池尺寸（L×B×H）為7.65m×10.25m×11.00m，有效水深2.9m，安裝提升泵4 臺（3 用1 備）。單臺提升泵流量為368m3/h，揚程16m。

（2）細格柵與曝氣沉沙池。細格柵間與曝氣沉沙池合建，平面尺寸（L×B）為24.0m×12.0m。設計細格柵渠道2 條，每條渠道安裝回轉式格柵1 臺，柵條間隙為5.0mm。新建曝氣沉沙池1 座，分為2 格，單格平面尺寸（L×B）為11.00m×5.05m，有效水深為4.5m。曝氣沉沙池配套沙水分離器2 套，每套處理能力為5—12L/s；鼓風機2 臺（1 用1 備），單臺設備氣量為5m3/min。

（3）A2/O 生化池。新建A2/O 生化池1 座，尺寸（L×B×H）為43.6m×53.0m×6.8m，有效容積為13 692m3。A2/O 生化池設計污泥負荷為0.07kgBOD5/（kgMLSS·d）；污泥齡為18d；水力停留時間為17.1h。A2/O 生化池分為厭氧區、缺氧區和好氧區，有效容積分別為1260m3、4452m3和7980m3。

A2/O 生化池配套安裝潛水攪拌器5 臺；懸浮離心鼓風機3 臺（2 用1 備），單臺鼓風機風量為45m3/min；硝化液回流泵4 臺，單臺流量為365m3/h。

（4）二沉池與污泥泵房。新建二沉池2 座，為周邊進水周邊出水的圓形輻流式結構。單座池體直徑為28m，設計表面負荷0.9m3/（m2·h），水力停留時間3h。

二沉池配套建設配水井1 座，同時作為污泥泵房。配水井直徑為14.6m，配套安裝污泥回流泵3 臺，單臺流量為243m3/h，揚程7.0m；剩余污泥泵2 臺（1 用1 備），單臺流量為16.0m3/h，揚程20m。

（5）高密度沉淀池。新建高密度沉淀池1 座，尺寸（L×B×H）為19.4m×17.5m×6.7m，分為2 格?；旌蠀^停留時間為51s；絮凝區停留時間為2min；沉淀區停留時間為9.8min，設計表面負荷為10m3/（m2·h）。絮凝劑選用氯化鐵（FeCl3），助凝劑選用聚丙烯酰胺（PAM）。

（6）濾布濾池。新建濾布濾池1 座，尺寸（L×B×H）為9.0m×4.0m×4.7m。設計濾速為5.2—7.9m/h，濾盤總有效過濾面積138.6m2。配套安裝反沖洗水泵2 臺（1 用1 備），單臺流量為30m3/h，揚程14m，反沖洗周期為1.0—2.0h。

（7）紫外消毒池。新建紫外消毒渠2 條，其中1 條作為超越渠道，總尺寸（L×B×H）為10.2m×3.3m×2.8m。消毒渠內安裝紫外消毒模塊1 套，功率為12.7kW。

（8）加藥間。新建加藥間1 座，平面尺寸（L×B）為24.0m×16.0m。加藥間內安裝FeCl3、PAM 和乙酸鈉投加系統各1 套。其中，FeCl3最大投加量為60mg/L、PAM 最大投加量為1.0mg/L、乙酸鈉最大投加量為120mg/L。

（9）污泥脫水間。新建污泥脫水間1 座，平面尺寸（L×B）為36.0m×12.0m（含污泥料倉）。本工程A2/O 生化池產生的剩余污泥量為325m3/d（含水率99.2%），高密度沉淀池產生的化學污泥量為10m3/d（含水率98%）。污泥脫水間內安裝離心濃縮脫水一體機2 臺（1 用1 備），單臺處理能力為30—40m3/h。

3 運行效果分析

污水處理廠擴建工程自投入運行以來，進水水量總體較為穩定。2021 年1—6 月，污水處理廠平均進水量為1.5×104m3/d，有91%的運行天數進水量低于1.7×104m3/d。但是進水水量也存在一定的季節性波動，汛期（6 月）水量較大，最大進水量為2.49×104m3/d。

化學需氧量（COD）的處理效果如圖2 所示。2021 年1—6 月，進水COD 濃度波動較大。據統計，較高頻度的進水COD 濃度分布在200—300mg/L，相對頻率為44.7%；有近20%的運行天數實際進水COD 濃度高于330mg/L，最大濃度為536.1mg/L，明顯高于設計進水水質。面對有機負荷沖擊時，污水處理廠通常會提高污泥回流比以提高污泥濃度，同時增大曝氣量，必要時還會啟動一體化MBR 污水處理設備作為應急措施。因此，系統對COD 的處理效果較好，最大出水COD 濃度僅為32.4mg/L，遠低于排放限值。

圖2 COD 濃度變化及去除率

污水處理廠對NH3-N 的去除效果如圖3 所示。NH3-N 的進水平均濃度為20.23mg/L，90%的運行天數實際NH3-N 進水濃度在設計進水濃度范圍內（≤30mg/L）。但是仍有10%的運行天數的進水NH3-N 濃度異常升高，最高為53.98mg/L，推斷是企業排放超標廢水所致。但是NH3-N 的平均出水濃度為0.44mg/L，平均去除率高達97.5%，說明系統對NH3-N 的去除效果穩定。

圖3 NH3-N 濃度變化及去除率

如圖4 所示，進水TN 平均濃度為42.1mg/L，最大濃度為76.5mg/L，有70%的運行天數的進水COD/TN小于8.0，屬于典型的低碳氮比廢水。本工程使用的外加碳源為乙酸鈉，能夠直接被微生物利用，利用效率高、馴化時間短[5]。同時，A2/O 生化池缺氧區的水力停留時間設計長達5.6h。以上措施都保證了系統的生物脫氮效果。系統出水TN 最大濃度為9.5mg/L，平均濃度為6.1mg/L，實際平均去除率為83.5%，能夠穩定達到設計要求。

圖4 TN 濃度變化及去除率

污水中TP 的去除方式包括生物除磷和化學除磷。由圖5 可知，進水TP 濃度波動較大，最高濃度為15.13mg/L，最低濃度僅為1.01mg/L。污水中的TP 一部分通過聚磷菌（PAOs）的好氧攝磷轉移至活性污泥內，另一部分則主要與FeCl3形成磷酸鐵（FePO4）、氫氧化鐵[Fe(OH)3]等難溶物質后通過重力沉淀去除[6]。對出水TP 濃度進行分析可知其平均去除率高達98.5%，最大出水TP 濃度僅為0.3mg/L，既能滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 排放標準，也能達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中的IV 類要求。

圖5 TP 濃度變化及去除率

4 技術經濟指標

經測算，本工程總投資約為7924 萬元，其中工程費用約為6400 萬元。污水處理的總成本為1.07 元/m3，經營成本為0.78 元/m3，運行電耗為0.56kW·h/m3。

5 結語

沈陽市造化污水處理廠進水水質存在較大波動，并混有部分工業廢水。擴建工程主體采用“A2/O+高密度沉淀池+濾布濾池”組合工藝，工程實踐表明：該污水處理廠運行穩定，具有良好的耐沖擊負荷能力，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，處理成本為0.78 元/m3，具有良好的環境和經濟效益。