高出水標準污水處理廠設計

李慶桂

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

隨著國家對環保事業的重視程度不斷提升，污水處理廠的出水標準也在逐步提高。目前，很多省份在國標的基礎上出臺了更為嚴格的地方標準。本文以浙江省溫嶺市某污水處理廠為例，介紹高出水標準條件下的污水廠設計，以期為同類型污水廠設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模為1 萬m3/d，于2013 年年底竣工，設計出水為一級B標準。2016 年，二期改擴建工程項目啟動，包括對原處理系統提標改造、擴建二級生化處理系統（4 萬m3/d）和新建全廠深度處理系統（5 萬m3/d）。改擴建工程完工后，污水處理廠處理規模達到5 萬m3/d，出水達到《臺州市城鎮污水處理廠出水指標及標準限值》（試行）地表水準IV 類水標準，該工程已于2017 年10 月投入正式運行。

依據《溫嶺市域污水專項規劃（2018-2035 年）》（成果稿）和《澤國鎮總體規劃（2018-2035）》，該廠近期處理規模為10 萬m3/d（近期為2018 年到2025年），遠期規劃總規模達到20 萬m3/d（遠期為2026年到2035 年）。根據規劃，近期該污水處理廠的服務范圍除最初的澤國鎮、大溪鎮兩鎮外，還新增了中心城區的橫峰、城北等區域，由于服務范圍的擴大和區域內污水量的快速增加，目前的處理規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建工程建設，以滿足區域污水處理及環境保護的相關要求，以適應當地經濟社會的快速發展。

2 設計方案

2.1 工程規模及設計進出水水質

工程針對該污水處理廠近3 a 進水量進行分析，同時采用人均綜合用水量指標法和城市建設用地綜合用水量指標法預測近期污水量，最終確定該廠近期處理規模為10 萬m3/d，因此該廠還需擴建5 萬m3/d。結合遠期規劃，為避免重復建設，部分設施如進水泵房、脫水機房等建構筑物土建按遠期15 萬m3/d 一次建成。

工程分析了該污水處理廠近3a 實際進水水質，同時結合該廠現狀設計水質，最終確定該工程設計進水水質，見表1。依據浙江省和臺州市相關計劃要求，工程設計出水水質執行《臺州市城鎮污水處理廠出水指標及標準限值》（試行）地表水準IV 類水標準。污泥擬將含水率降至80%后外運，納入溫嶺綠能新能源有限公司統一處理處置。臭氣執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）[1]中廠界二級標準。

表1 設計進出水水質表

2.2 設計工藝流程

針對進水柵渣較多的情況，工程設置“粗格柵+細格柵+超細格柵”三道格柵進行攔截。針對該廠進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A/A/O 工藝基礎上分級進水多段反應，在厭氧池前端增加了一個預缺氧池，污水分段進入生物反應池的多個缺氧區，使生反池形成多級AO 串聯。由于硝化、反硝化交替進行，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償，這樣在生物處理系統中，堿度不會發生太大的變化，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，通過延長反硝化區及在缺氧區投加碳源可以使其出水標準穩定達標。為確保出水SS 指標（SS（將其出水標）達標，工程推薦采用氣水反沖濾池工藝。氣水反沖濾池最早應用于大規模自來水廠內，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用。其出水水質高、有一定的抗沖擊能力、維護量少、操作簡便、運行管理經驗豐富、土建和設備投資均較低，適合用于該工程。

為避免由于進水COD 可生化性差導致出水不達標，擬在氣浮池攪拌區內投加粉末活性炭，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置快速COD 檢測儀表，通過實時數據與出水COD 濃度值建立趨勢聯系，便于提前預判出水不達標的情況，從而指導粉末活性炭投加的時機。

為保證運行穩定性，減少對周圍環境的影響，污泥處理擬采用密閉性好的離心脫水機。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來實現污泥的脫水需求。該機型占地面積較小，設備數量少，維護簡單。

設計工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 總體設計

（1）各處理單元功能分區清晰，整體流程簡捷、順暢。

平面布置中充分考慮污水處理設施南側進水、東側出水的實際情況，將污水處理構筑物自西向東布置，整個處理構筑物的布置與進、出水方向順接，避免無效的水流反復，做到整個處理流程順暢，水流流向簡捷有效。在廠區平面布置中，盡量將各功能處理構筑物相對集中布置；廠內污水處理、污泥處理區布置分明；近、遠期邊界清晰；預處理、二級處理、深度處理和附屬設施都相對集中布置，做到分區明確，功能分明。

（2）實現物流通道、巡檢通道和參觀通道的分離。

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

（3）充分考慮近、遠期結合的需要

在總體平面布置方案中，將遠期擴建工程預留用地布置于工程的北側，用地規整，擴建施工時將對已建污水處理廠的運行與管理影響較小。為便于管理，將部分建、構筑物土建按遠期規模一次建成，避免了重復建設。同時，在平面布置中，充分考慮近、遠期結合，為遠期建設留有充足的余地。

工程平面布置見圖2。

圖2 平面布置圖

3 工藝設計

（1）粗格柵及進水泵房

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

（2）細格柵曝氣沉砂池

新建細格柵曝氣沉砂池1 座，平面尺寸為44 m×14.15 m，規模為7.5 萬m3/d。設有2 臺轉鼓式細格柵，單臺格柵寬度B=1 800 mm，柵條間隙e=8 mm；設有2 臺內徑流格柵，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，排砂方式采用運行可靠性強，密閉性好，對周邊環境影響較小的水平排砂螺桿。

（3）生物反應池

新建生物反應池1 座，規模為5 萬m3/d，分為2池，單池處理規模為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。配備內回流污泥泵6 臺（4 用2 備，其中2 臺變頻），單臺參數為Q=1 050 m3/h，H=1.2 m，N=13 kW；潛水攪拌器44 臺，功率N=3.7 kW；結合低碳理念，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，總規模為5 萬m3/d，單座二沉池平面尺寸為42.4 m，設計表面負荷為1.31 m3（/m2·h）（高峰）。二沉池采用中心傳動吸泥機，每池內設置1 臺直徑為40 m 中心傳動吸泥機，吸泥機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池進水端，剩余污泥由剩余污泥泵提升至污泥處理設施處理。共配備2 套中心傳動吸泥機，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，規模為5 萬m3/d，擬采用4 套一體化氣浮設備，具體設計參數如下：接觸區上升流速60～70 m3（/m2·h），分離區向下流速20 m3（/m2·h），溶氣壓力0.35～0.4 MPa，回流比15%。設置混合攪拌器4 套，單套直徑D=800 mm，轉數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，規模為5 萬m3/d。氣水反沖濾池內分為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模按遠期15 萬m3/d，設備規模按近期5 萬m3/d配置，巴氏計量槽按遠期15 萬m3/d 設計。內設靜態混合器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揮。

（8）鼓風機房及2# 變電所

新建鼓風機房及2# 變電所1 座，平面尺寸約為30 m 寸約為及氯酸，用于給生物反應池供氣。鼓風機房內設4 臺懸浮型離心鼓風機（3 用1 備），單臺風量Q=65 m3/min，風壓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，近期設計停留時間為19 h，遠期設計停留時間為12.6 h。設置潛水攪拌器3 套，功率N=10 kW。

（10）污泥濃縮脫水機房及料倉

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

4 除臭設計

4.1 臭氣收集

該工程在在滿足工藝要求的前提下，結合運行管理要求，經過技術經濟比選，確定各構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，進水泵房出水井采用高強度拱形玻璃鋼蓋。

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

（3）生物反應池，為大跨度結構，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曝氣情況局部設置高強度玻璃鋼拱形蓋板（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域采用不同的除臭方法，預處理區、生物反應區厭缺氧段和污泥區等臭氣濃度較高的區域，擬采用技術成熟、效果穩定、運行成本低的生物除臭技術為主，同時輔以物化除臭針對性去除氣溶膠；生物反應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境，擬在部分人員操作空間送離子新風。

臭氣量指標參考《城鎮污水處理廠臭氣處理技術規程》（CJJ/T 243—2016）[3]和以往的工程經驗確定。好氧段按曝氣量的1.1～1.3 倍計算。各構（建）筑物的除臭風量見表2。

表2 除臭風量一覽表

該工程新建3 套除臭設施，總除臭風量為61000m3/h；送離子新風設備1 套，送風量為250 00 m3/h。除臭風管全部采用SS304 不銹鋼風管。池頂不銹鋼風管均架空敷設，下部凈空不低于2.2 m；廠區內除臭風管架空敷設，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 設計亮點

（1）融合雙碳設計理念，打造低碳型污水廠。

污水處理采用融合“雙碳理念”進一步創新優化的改良型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，節約鼓風曝氣系統能耗約10%。利用污水源熱泵系統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，節約能耗。

（2）選用高效除臭工藝，打造高效型污水廠。

除臭設計著眼全局，從密閉超高效收集的臭氣隔離罩、高質量均勻輸送的可視化管路系統到高標準一體化運行的除臭設備，一套完美的組合拳確保了工程設計標準的達成。

（3）引進智能巡檢系統，打造智慧型污水廠。

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

6 綜合效益分析

（1）環境效益

通過該工程的實施，每年可減少大量污染物排河，各項污染指標削減量見表3。

表3 各項污染指標削減量

（2）社會效益

該工程的建設有助于進一步提高溫嶺市周邊的水環境質量；進一步提升城市形象；推進區域建設，為促進城區經濟社會和環境的可持續發展以及保障市民擁有良好的生活環境作出更多貢獻。

（3）經濟指標

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

7 結語

本文以浙江省溫嶺市某污水處理廠為例，介紹高出水標準條件下的污水廠設計，以期為同類型污水廠設計提供可參考借鑒的解決方案。工程設計規模5 萬m3/d，出水執行《臺州市城鎮污水處理廠出水指標及標準限值》（試行）地表水準IV 類水標準。根據進出水水質特點，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將含水率降至80%后外運處置；臭氣采用組合工藝處理達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）[1]中廠界二級標準。工程第一部分投資為30 277.48 萬元，總投資為46 284.52 萬元。