污水處理廠擴建工程設計及運行實例

王興斌

（中國恩菲工程技術有限公司，北京市 100038）

0 引言

北方某城市污水處理一期工程設計規模為10.0×104m3/d，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 排放標準。

2018 年啟動了污水廠的擴建工程，設計規模8.0×104m3/d，2021 年6 月開始投入運行。本文分析了在工程占地有限的條件下，擴建工程工藝的選擇，并對設計特點和運行效果進行說明。

1 規模和水質分析

1.1 設計規模

2017 年污水廠處理水量為9.5×104～13.6×104m3/d，保證率85%時水量為12.1×104m3/d，高于設計規模的21%，污水廠已超負荷運行。通過污水量預測分析，確定了本次擴建工程的設計規模為8.0×104m3/d。

1.2 進出水水質

對污水廠2017 年的運行情況進行分析，保證率在85%和90%時進水指標見表1，結合《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962—2015）標準，確定污水廠的設計進水水質。擴建工程設計進出水水質見表1。

表1 進出水水質 單位：mg/L

2 工藝設計

2.1 污水廠用地現狀

經現場調研，廠區用地紅線面積為168498 m2，一期工程已使用面積131122 m2，本次擴建工程可用面積僅37376 m2，且廠區周邊沒有擴建用地條件。根據《城市污水處理工程項目建設標準》，8 萬m3/ d規模的污水廠二級處理工藝用地控制指標為1.08 m2/（m3·d-1），深度處理工藝用地控制指標為0.32 m2/（m3·d-1），總用地控制面積為112000 m2。擴建工程可用面積遠小于用地控制指標。因此，擴建工程設計時需考慮節省占地、集約化布置。

2.2 處理工藝選擇

經比選分析，擴建工程采用“初沉池- 多級AO生化池- 高速氣浮池- 反硝化深床濾池”處理工藝，流程如圖1 所示。

圖1 擴建工程工藝流程

擴建工程包含一級處理、二級處理和三級處理等單元構筑物。

由于設計進水SS 較高，在生化池前設置了初沉池，采用沉淀效率高、結構緊湊的斜管沉淀池。該沉淀池池體結構和高密度沉淀池類似，表面負荷為6～12 m3/（m2·h），與傳統沉淀池相比，可節省約2/3 的占地。

二級處理采用多級AO 生化工藝，流程圖如圖2所示，污泥回流至預缺氧區可降低硝酸鹽對厭氧區生物除磷的不利影響。好氧區后設置了二段缺氧區和好氧區，進水和混合液回流采用多點布置，可根據進水水質的變化調整運行方式[1-3]。

圖2 多級AO 工藝流程

深度處理包含高速氣浮池和反硝化深床濾池。高速氣浮池集混凝、絮凝和氣浮于一體，與高密度沉淀池比較，具有絮凝時間短、占地面積小的優點。反硝化深床濾池兼具過濾和脫氮功能，目前已廣泛應用于污水廠的深度處理[4-5]。

污泥經重力濃縮池和離心脫水處理后，含水率不大于80%，泥餅外運處置。

3 主要建（構）筑物設計參數

3.1 一級處理單元

（1）粗格柵和提升泵房1 座，安裝鋼絲繩牽引格柵除污機2 臺，格柵寬1600 mm，格柵間隙20 mm，安裝角度75°。提升泵房設4 臺潛水排污泵，流量1445 m3/h，揚程20 m。

（2）細格柵及曝氣沉砂池1 座，回轉式格柵除污機2 臺，格柵寬度2200 mm，間隙5 mm，配套無軸螺旋輸送機1 臺。曝氣沉砂池分2 格，有效水深3.5 m，停留時間5 min，配套吸砂機和砂水分離器。

3.2 初沉池和二級處理單元

擴建工程的初沉池、生化池和二沉池采取組合布置形式，實現了集約化，減少占地面積。

（1）初沉池1 座2 格，包含配水渠、澄清池、污泥泵房及浮渣排放系統。澄清區設斜管及支撐件，表面負荷11.9 m3/（m2·h），每組配套中心驅動刮泥機1 套，直徑15 m，污泥泵房設排泥泵3 臺，流量150 m3/h，揚程7 m，污泥排至新建的污泥濃縮池，浮渣經渣水分離器分離。初沉池出水渠直接和生化池進水分配井相連。

（2）生化池1 座2 格，總有效容積70000 m3，設計水深7.5 m，總水力停留時間21 h。好氧區設管式微孔曝氣器，單管設計供氣量11 m3/（h·m）。缺氧區和厭氧池設潛水攪拌機。混合液回流泵設于一段好氧區末端，設計最大混合液回流比300%，混合液回流至厭氧池和一段缺氧池，單格混合液回流泵4 臺，流量1667 m3/h，揚程1.2 m。

（3）平流式沉淀池1 座8 格，單格尺寸70 m×8.5 m，有效水深4.0 m，平均表面負荷0.7 m3/（m2·h）。設桁車式刮泥機4 臺，污泥渠和生化池相連，設外回流泵6 臺，流量833 m3/h，揚程3 m，最大污泥回流比100%。剩余污泥泵3 臺，流量150 m3/h，揚程20 m。

3.3 深度處理單元

（1）高速氣浮池3 組，包括混合區、絮凝區和氣浮區。混合時間4.6 min，絮凝時間7.8 min，氣浮區表面水力負荷11.4 m3/（m2·h）。

混合區設置機械攪拌器，絮凝區采用水力絮凝，氣浮池表面浮渣經鏈條式刮泥機收集后排至污泥濃縮池，出水通過底部穿孔板收集。

（2）反硝化深床濾池1 座6 格，平均濾速為4.9 m/h，單格反沖洗時強制濾速5.88 m/h。反沖洗設備用房設3 臺反沖洗水泵，流量970 m3/h，揚程10 m。設3 臺風反洗風機，風量82 m3/min，風壓70 kPa。

（3）消毒池1 座，設紫外消毒器2 套，消毒池出水排至廠區已有的巴氏計量槽，與一期工程的出水合并計量和排放。

3.4 污泥處理單元

（1）重力濃縮池2 座，接納初沉污泥、剩余污泥及化學污泥。濃縮池直徑15 m，有效水深3.8 m。每座安裝中心傳動濃縮刮泥機1 臺。

（2）脫水機房平面尺寸28 m×18 m，設離心脫水機4 臺，單臺進泥量40～80 m3/h；污泥進料螺桿泵4 臺，單臺流量40～80 m3/h，揚程20 m；脫水后污泥螺桿泵4 臺，單臺流量10 m3/h，揚程16 m。

3.5 除臭系統

生物除臭系統1 套，處理量20000 m3/h，采用生物過濾除臭工藝，對粗格柵、細格柵、沉砂池、濃縮池和脫水機產生的臭氣進行收集和處理，臭氣經過濾池中微生物填料層時被吸附降解成無害的小分子物質[6]。處理后，尾氣達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》廢氣排放最高允許濃度（GB 18918—2002）中二級標準。

3.6 其他建（構）筑物

（1）中間提升泵房，為滿足尾水排放的水力要求，在高速氣浮池前設提升泵房1 座，泵房設潛水泵4臺，單臺流量1445 m3/h，揚程10 m。

（2）鼓風機房1 座，設離心鼓風機4 臺，單臺風量120 m3/min，風壓8.5 m。

（3）加藥間1 座，設置碳源、PAC、PAM 和次氯酸鈉加藥系統。

4 工程設計特點

（1）選擇占地面積小、處理效率高的“多級AO-高速氣浮池-反硝化深床濾池”工藝。高速氣浮池可去除二沉池出水中SS 和TP，反硝化深床濾池同時具有脫氮和過濾功能。

（2）總圖布置上根據功能分區優化構筑物選型，將初沉池、生化池和二沉池組合設計，極大節約了占地面積。

（3）多級AO 生化池可根據進水水質變化靈活調整厭氧區、缺氧區等進水點流量，實現高效脫氮除磷。

（4）在生化池一段缺氧區、二段缺氧區、深床濾池均設置碳源加藥點，在生化池出水口、高速氣浮池進水口均設計除磷藥劑投加點，保證脫氮除磷效果。

（5）合理設計超越管線，根據水質水量和運行情況靈活選擇工藝路線，降低運行成本。比如進水懸浮物濃度較低（SS≤250 mg/L）時，可超越初沉池；二沉池出水水質好時，可超越高速氣浮池。

5 運行效果

擴建工程于2020 年6 月投入試運行，對2021年全年實際進出水水質進行統計分析，污水處理廠進出水主要水質指標見表2。

表2 實際運行進出水水質 單位：mg/L

由表2 可知，污水處理廠進水各項指標波動性較大，85%保證率下進水NH3-N、TN 濃度為70.95 mg/L 和81.2 mg/L，遠高于設計進水水質。COD、SS、NH3-N、TN、TP 平均去除率分別達到88.90%、96.24%、97.31%、78.00%、92.87%。出水各項指標均滿足排放要求。

6 經濟效益分析

擴建工程設計規模8.0×104m3/d，工程總投資約2.8 億元，噸水投資約3500 元/m3。污水處理直接運行成本約0.80 元/m3，其中運行電耗0.58 kW·h/m3，電費0.32 元/m3；藥劑費為0.43 元/m3；人工費為0.05 元/m3。

7 結語

北方某城市污水處理廠擴建工程規模8.0×104m3/d，采用“多級AO 生化池- 高速氣浮池- 反硝化深床濾池”處理工藝。運行結果表明，出水各項指標均達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 排放標準要求。設計采用集約化理念，將初沉池、生化池、二沉池合建，項目實際用地指標為0.47 m2/m3·d，遠低于《城市污水處理工程項目建設標準》中控制指標。