污水处理厂工艺设计

　　面对持续加剧的水环境污染与日趋严格的环保要求，国内部分城市如天津、北京，针对市政污水处理厂出水指标提出了更加严格的标准，部分出水指标达到或接近地表IV水水质。出于对广利河水体保护的考虑，东营市五六干合排污水处理厂出水水质要求达到类地表IV水标准。该厂运行一年多以来，水量基本达到满负荷，出水水质良好，是当地第一座出水达到类地表IV水标准的市政污水处理厂。

　　一、水量及水质

　　东营市五六干合排污水处理厂总设计日处理规模5x104m3/d，现已建成一期工程设计日处理规模2.5x104m3/d，建成运行一年多以来进水水量逐渐递增，最高值达到2.8x104m3/d，平均处理水量达到2.2x104 m3/d，基本达到满负荷运行。

　　该工程服务范围为东营市西城区五六干合排流域，面积约20km2，收纳范围主要为市政生活污水。出水作为景观用水排入广利河。具体水质见表1。

　　从实际进水水质来看，除进水SS偏高以外，其他水质标准基本符合原设计水质。

　　二、处理工艺及设备

　　2.1 处理工艺

　　该工程设计进水水质BOD5/COD=0.45，可生化性较好，BOD/TN=3.6，可进行生物脱氮。该工程出水指标要求较高，特别是TN要求不大于10mg/L，考虑到东营市冬季水温等因素，出水TN稳定达标是该工程的技术重点。在选择生化段处理工艺形式时需重点考虑脱氮效果好，能有效利用进水碳源以减少外加碳源量的池型。同时需要增加深度处理工艺，以实现出水各项指标的达标。污水处理工艺如图1所示。

　　生活污水经市政污水管网收集进人污水厂，依次通过粗细格栅、曝气沉砂池去除水中的漂浮物、大颗粒固体废物、泥沙、部分有机物和纤维状物质，完成预处理。经预处理后的污水进人巴颠甫生物反应池，进行污水的二级处理，该池由厌氧区、一段缺氧区、一段好氧区、二段缺氧区、二段好氧区组成。污水依次通过五个区域进行生化处理，并完成有机污染物的降解和氮、磷等的去除，其出水经二沉池沉淀后，进人高效沉淀池。在高效沉淀池混合段投加聚合氯化铝进行化学除磷。出水进入反硝化滤池进一步处理，实现出水TN的达标。由于出水悬浮物过高，不仅造成出水SS不达标，还会由于出水有机悬浮物的存在，造成COD、N、P等各项指标超标，所以设置浸没式超滤工艺，保障出水SS降低至1mg/L以下，保障出水各项指标达标。消毒采用紫外消毒工艺，设置回用水泵供给全厂低品质用水使用。

　　2.2 主要处理构(建)筑物设计

　　2.2.1 粗格栅及进水泵房

　　单体土建按照远期5x104m3/d规模建设，设备按照一期2.5x104m3/d规模安装。设置粗格栅渠道两座，一期安装一台不镑钢回转式格栅，格栅宽度1.2m，栅条间隙20mm，安装角度75°。

　　格栅的开停可以由现场PLC根据格栅前后水位差自动控制，信号输送到PLC系统，运行工况和报警信号也输入PLC，也可以通过时间进行控制。进水泵房一期安装3台离心潜污泵，2用1备，Q=766m3/h，扬程H=10.5m，功率P=37kW，2台变频。远期增加2台。

　　2.2.2 细格栅及曝气沉砂池

　　细格栅渠道两座，采用不锈钢回转式细格栅除污机，格栅宽度1m，栅条间隙4mm，安装角度75°。设备的开停可以由格水位差自动控制，信号输送到PLC系统，运行工况和报警信号也输入PLC，无轴螺旋输送机将栅渣送至栅猹小车。也可以通过时间进行控制。曝气沉砂池设置两条渠道，水力停留时间6.5min，配套鼓风机及空气三通阀与砂水分离器连锁，鼓风机运行信号控制三通阀和砂水分离器的开启，由PLC控制自动运行，同时设手动控制。池顶采用全封闭设置，便于除臭气体的收集。

　　2.2.3 巴颠甫生物池

　　巴颠甫工艺是在典型AAO生物池基础上，在其后增加了外加碳源缺氧段和好氧段，通过外加碳源在此段完成剩余硝态氮的反硝化。通过最后一段好氧段来去除反硝化过程产生并附着于活性污泥絮体上的“氮沫”，改善混合液的沉降性能;防止由于外加碳源的过量投加造成COD和BOD5浓度升高，以确保水质稳定达标(见图2、图3)。

　　各项反应都反复进行两次以上，各反应单元都有其首要功能，同时又兼有两三项辅助功能。充分利用进水碳源，降低内回流比，脱氮除磷的效果良好。

　　生物池设计总泥龄18.9d，设计水温10T，设计污泥浓度3.2g/L，有效水深6.5m，污泥负荷0.061kgBOD/kgMLSS，总水力停留时间21.34h。混合液回流比200%。设计气水比为10.4，采用管式曝气器，充氧能力为6~8m3/( m2•h)(标准态下空气)。厌氧区及缺氧区采用立式环流搅拌器，搅拌能力为3~5 W/m3。

　　2.2.4 二沉池

　　二沉池采用周进周出圆形辐流沉淀池，共两座，单池池径28m，高日高时表面负荷1.24m3/(m2•h)。采用单管吸泥机(见图4)。

　　剩余污泥设计回流比100%，二沉池配水井及污泥泵房内安装回流污泥泵3台，2用1备，变频控制，流量Q=625mVh，扬程H=4.0m。设置剩余污泥泵2台，1用1备，变频控制，流量Q=47m7h，扬程H=10.0m。

　　2.2.5高效沉淀池

　　高效沉淀池与中间提升栗房合建，中间提升泵扬程6m。混合区水力停留时间123s，絮凝区水力停留时间23min。沉淀区表面负荷11.61m3(m2•h)，污泥浓缩机直径10m(见图5)。

　　2.2.6 反硝化滤池

　　反硝化滤池系统的核心是具有特殊尺寸和形状的颗粒滤料。这种滤料的高固体负荷能力一方面能保证有效截留反硝化作用过程中产生的微生物，另一方面能有助于滤池系统的强效反冲洗，以定期去除悬浮固体。直径2〜3mm砂粒的表面积很大，可为污水与微生物提供每立方米650m2的接触面。该滤料的固体负荷很高，较高的固体负荷能力保证了滤池的运行周期较长，并且容易应对峰值流量或突发状况。

　　该设计滤池共4格，单格过滤面积71m2，滤速5.39m/s，强制滤速7.19m/s。反冲洗水量2040 m3/h，反冲洗气量6280m3/h。

　　2.2.7 浸没式超滤机房

　　浸没式连续膜过滤技术是一种超低压膜过滤技术。设置自检系统，保证产水的SD1任何情况下不大于5。自动完整性检测系统为在线内压检测系统，在检测时系统自动向中空纤维膜丝内部通入0.05MPa压缩空气(此压力下可检测的最小破损点小于5μm)，系统等待5min，如有断丝情况，膜丝内部气体将从膜丝的断裂处透过到达膜丝外部，透过的气体经由膜壳上的开孔进入膜池水中，并在相应膜池水面上形成明显的连续气泡，据此便可判定该子模块膜组件有断丝产生，完成检测后系统自动泄压，完成检测步骤。操作人员可立即封闭发生断丝子模块组件的产水口和进气口，隔离该问题子模块组件，在不影响系统运行的情况下，在膜池外对该子模块膜组件进行精确修补。

　　该工程采用4套超滤膜组件，每套240支6in浸没式中空纤维超滤膜元件，公称孔径0.03μm。平均膜通量31L(m2•h)，瞬时通量为35L(m2•h)。膜组件前端设置预处理滤网，阻力降不超过0.5m，滤网孔径500pm。设置了在线增强反洗(CEB)系统，在线投加次氯酸钠、柠檬酸。定期采用离线化学清洗，采用氢氧化钠及盐酸(见图6)。

　　2.2.8 紫外消毒渠

　　紫外消毒系统设计生物验定剂量不小于22mj/cm2，紫外穿透率不小于65%，灯管老化系数80%。紫外灯管数共计64支，单根灯管功率320W。灯管后出水液位控制采用固定堰，堰上水头40mm，堰长共计17.5m。与出水巴氏计量槽合建，并根据山东地方要求，设置生物指示池(见图7)。

　　2.2.9 污泥处理单元

　　该工程总污泥干重为5.1t/d，采用带式浓缩脱水一体机2台，互为备用，带宽1.5m，固体负荷120kg/(m•h)。PAM加药量3~5g/kgDS。污泥均质池水力停留时间2h。

　　脱水机局部采用集气罩封闭，有利于室内操作环境卫生，同时减少臭气收集量，降低除臭单元的负荷(见图8)。

　　三、工程效果

　　东营市五六干合排污水处理厂一期工程自2016年底建成调试完成以来，进水水量逐渐增加。在2017年7月之前，一直在2.0万m3/d以下;2017年7月之后，水量变化幅度较大，最高值达到2.8万m3/d，超过设计规模。

　　出水水质指标中，化学需氧量COD稳定维持在30mg/L以下，平均21.1mg/L，满足设计出水30mg/L的要求;出水生化需氧量BOD5稳定，基本维持在4~6mg/L，平均4.9mg/L，满足设计出水6mg/L的要求;出水悬浮物SS除前期运行波动外，后继出水稳定，基本都在4mg/L以下，平均1.72mg/L，满足设计出水5mg/L的要求;出水氨氮NH3-N均维持在1mg/L以下，平均0.15mg/L，满足设计出水1.5mg/L的要求;出水总氮TN均维持在10mg/L以下，平均7.34mg/L，满足设计出水10mg/L的要求;出水总磷TP变化幅度较大，变化幅度在0.02~0.3mg/L，平均0.21mg/L，满足设计出水0.3mg/L的要求。

　　四、工程经济分析

　　该工程总投资为1.18亿元。直接运行费用包括电费、药剂费、污泥处理费、超滤膜定期更换费用、人工费。电费为0.36元/m3，药剂费(含膜清洗)0.13元/m3，超滤膜更换费用折合吨水费用为0.08元/m3，污泥处理费为0.03元/m3，人工费为0.05元/m3。折合直接成本为0.65元/m3(未包含折旧摊销、大修及财务费用)。

　　五、结语

　　对以生活污水为主的污水，通过巴颠甫生物池+高效沉淀池+反硝化滤池+浸没式超滤工艺处理后水质满足类地表IV水水质，TN稳定在10mg/L以下。超滤工艺段可根据进水水质的变化，随时选择超越或运行，在出水达标的前提下可降低运行费用。(来源：天津市市政工程设计研究院;天津市基础设施耐久性企业重点实验室)