慈溪市某污水处理厂工艺设计要点

周友飞，蒋欣源，胡维杰

(上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司，上海 200092)

为贯彻“水十条”精神，全面提升区域水环境质量，优化慈溪市西部污水处理系统，提高城市污水处理能力，保障城市可持续发展，在慈溪市新建某污水处理厂(一期)项目。项目占地面积为24 014 m2，一期拟建规模为4万m3/d，远期拟建规模为8万m3/d。

工程设计主要面临进水水量水质波动大、出水水质要求高及规划用地紧张三大主要技术难题。通过工艺方案比选及集约化厂区布局，在有限的土地范围内实现了出水水质达标。本文主要阐述了项目工艺流程的确定以及厂区的总体布局，并对多模式AAO生反池和磁混凝高效沉淀池工艺的单体设计进行了详细介绍。

1 设计水质及工艺流程

综合考虑现有进水水质、污水纳管标准、典型水质特点等多方面因素确定本工程的设计进水水质。出水各项指标均优于国标一级A标准，其中CODCr、BOD5、NH3-N及TP指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅳ类水的水质标准，具体设计进出水水质如表1所示。

表1 设计进出水水质Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

为保证污水厂出水的高水质要求，本工程采用“预处理+二级生物处理+深度处理”的污水处理工艺流程。预处理采用粗/细格栅、曝气沉砂池和初沉池；生物处理采用多模式AAO工艺；深度处理采用新型磁混凝高效沉淀池+反硝化深床滤池工艺；污泥处理采用浓缩+外运方案。具体工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

2 集约化厂区总体布局

按照《城市污水处理工程项目建设标准》(ZBBZH/CW，修订)中污水厂建设用地指标的最低标准，4万m3/d规模的污水厂(二级处理+深度处理)最小占地约48 000 m2。而本工程规划用地为24 014 m2，只有标准用地面积的一半。在如此有限的用地范围内，要实现污水厂出水水质达到设计要求，工程设计面临较大的挑战。

生物处理构筑物是污水厂的核心单元，也是占地面积最大的单元。生物处理区的布置是关键，本项目的多模式AAO生反池采用矩形廊道式，为与生反池衔接，初沉池和二沉池均采用矩形平流式沉淀形式，三池合建，初沉池出水渠即生反池进水渠，生反池出水渠直接连接二沉池总进水渠，一体化布置，高度集约，节省用地的同时也降低了能耗。其次，深度处理区沉淀工艺采用新型磁混凝高效沉淀池，水力负荷大，停留时间短，沉淀效率高，最大限度节省占地。

污水厂总平布置如图2所示。按功能区划分为厂前区、污水处理区、污泥处理及辅助用房区三个主要功能区，其中污水处理区又可细分为预处理区、生物处理区、深度处理及出水区。厂前区集中布置在厂区东南角，且位于东南上风向处，保证良好的工作环境。污泥处理及辅助用房区布置在厂区北侧下风向处。根据污水厂进、出水方向，粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池布置于厂区西南侧，初沉池、AAO生物反应池与二沉池合建布置于厂区西侧。高效沉淀池布置于厂区西北侧，反硝化深床滤池、加氯接触池及出水泵房布置于厂区北侧。

图2 污水厂厂区布局图Fig.2 Layout of Wastewater Treatment Plant

3 高标准出水水质组合工艺

3.1 多模式AAO生反池工艺设计

随着截污纳管等一系列水污染治理措施的稳步推进，原本直接排入自然水体的工业污水逐步纳入城市污水管网，与人口增长带来的生活污水增量相比，污水厂服务片区工业废水所占的比例逐渐增大。通过对片区现有污水厂的调查发现，污水厂进水水质经常超过原有设计指标，且水质水量的波动对污水处理厂的运行造成了一定的冲击。本工程进水接自中横线污水干管，与原污水处理系统连接，进水必然存在工业废水带来的水量、水质波动问题。

显然，应对污水水质、水量的波动，单一的生物反应运行模式很难保证出水水质达标。项目采用多模式AAO工艺，通过池型的优化设计，可以根据进水的水量、水质特性和环境条件的变化灵活调整运行模式，切换为常规AAO工艺模式、改良AAO工艺模式和倒置AAO工艺模式运行。常规AAO法主要适用于污水处理厂进水NH3-N和TP浓度较低的情况，按常规的脱氮除磷可满足要求；改良AAO模式主要适用于进水TP浓度较高而NH3-N浓度不高，需要强化除磷效果的情况；倒置AAO法主要适用于污水处理厂进水NH3-N较高，需要强化生物脱氮处理效果的情况。

本项目AAO生反池功能分区如图3所示。当污水从A池进入，外回流污泥从A池进入，混合回流液从C池进入，形成了A池和B池为厌氧池，C池和D池为缺氧池的常规AAO工艺；为避免混合回流液中的硝酸盐对厌氧区产生不利影响，在厌氧池之前增设厌氧/缺氧调节池，形成改良AAO工艺，污水按比例从B池和A池流入，外回流污泥从A池进入，混合回流液从C池进入，A池为选择池(厌/缺氧)，B池为厌氧池，C池和D池为缺氧池；调整污水进入点，污水按比例从A池、D池分别进入，外回流污泥从A池进入，混合回流液从A池进入，形成了A池、B池和C池为缺氧池，D池为厌氧池的倒置AAO工艺。

图3 多模式AAO生反池功能分区图Fig.3 Functional Partition of Multi-Mode AAO Tank

工程设AAO生物反应池1座，分两组，平行运行，污水经中间进水渠通过电动进水调节堰门配水进反应区，进水渠下方设回流污泥渠，通过内回流渠道闸门分配至反应区。本次多模式AAO按常规“厌氧、缺氧、好氧”的顺序进行设计计算。

每组生反池设计流量为0.231 m3/s，混合液悬浮固体平均浓度设计取值4.0 g/L。好氧区污泥龄取9.5 d，好氧池计算容积为7 769 m3，实际单组好氧池平面尺寸为50.4 m×20 m，有效水深为8 m，有效容积为7 865 m3，水力停留时间为9.44 h。缺氧池按生物脱氮设计，设计进水总凯氏氮为47.5 mg/L，出水总氮为15 mg/L，缺氧池计算容积为3 854 m3，实际单组缺氧池平面尺寸为27.4 m×20 m，有效水深为8 m，有效容积为4 204 m3，水力停留时间为5.0 h。厌氧区设计停留时间为1.5 h，生反池总计停留时间为15.9 h。设计混合液回流比为300%，污泥外回流100%，混合液回流泵及外回流泵均采用潜水轴流泵，各4台，两用两备，混合液回流单泵参数：Q=700 L/s，H=1.2 m，P=15.3 kW；外回流单泵参数：Q=231 L/s，H=4.0 m，P=15.7 kW。每格厌/缺氧池和缺/厌氧池配置潜水搅拌器1台，共计8台，每台功率为5.0 kW；每格缺氧池配置潜水搅拌器2台，共计8台，每台功率为4.0 kW。

3.2 深度处理单元工艺设计

3.3.1 磁混凝高效沉淀池

高效沉淀池集高效混合、提升絮凝、斜板(管)沉淀三个过程于一体，目前在污水深度处理工艺中已广泛应用，具有诸多优点：①混凝与沉淀时间短，占地面积小，处理效率高；②同步高效除磷、SS、COD，出水水质稳定；③通过沉淀区污泥回流，提高絮凝效果，降低药耗。

磁混凝高效沉淀池工艺是在常规高效混凝沉淀工艺中添加磁粉，使磁粉与混凝絮体有效结合，大大增加了混凝絮体的密度，加快了絮体的沉降速度。显然，絮体沉降速度的提高可使沉淀区负荷增大，沉淀池面积可大大缩小。普通高效沉淀池水力负荷一般控制在12～18 m3/(m2·h)，磁混凝高效沉淀池工艺的水力负荷可达20～40 m3/(m2·h)[3]，相同流量下，后者占地较前者大为减小。本工程因占地紧张，磁混凝高效沉淀池自然是不二之选。再者，因混凝絮体密度及沉降速度增大，沉淀池药剂(PAC、PAM)投加量大大降低，运行药耗费用大大降低。相关研究显示[3]，在某污水厂一级A提标改造中试中，PAC投加量仅为5.2 mg/L，PAM投加量为0.45 mg/L，药剂及磁粉费用不足0.02元/t水，由此可见，磁混凝工艺带来的日常运行药剂费用的节省是相当可观的。

图4 磁混凝沉淀池工艺流程图Fig.4 Flow Chat of Magnetic Coagulation Sedimentation Tank

本工程磁混凝高效沉淀池工艺的流程如图4所示。二沉池出水进入磁混凝沉淀池，整个沉淀池分为磁混区和沉淀区两个功能区。污水经快速混合、磁粉混合及絮凝反应后进入沉淀区，在沉淀池实现泥水分离，沉淀污泥部分回流至磁粉混合区，剩余污泥经磁分离装置进行磁粉回收后进入后续污泥处理设施。磁分离装置的设置解决了磁混凝技术应用中磁粉的流失问题，常见的磁粉回收装置有转鼓型、格栅型、带型等，本工程采用转鼓型磁粉分离装置，可实现磁粉回收率99%以上[4]，少量流失磁粉通过分离装置进行外加补充，与回收磁粉一起进入磁粉混合区。参比类似项目的运行经验，磁粉补充量不大于5 mg/L，对于4万m3/d规模污水厂，磁粉补充量约为0.2 t/d，按磁粉价格3 000元/t考虑，磁粉补充费用约0.015元/t水。

本工程设沉淀池共两座，对称布置，并行运行，单池设计流量为0.322 m3/s。单池快混池及磁粉混合池平面尺寸均为2.5 m×2.5 m，有效水深为7.0 m，停留时间均为2.3 min；絮凝区平面尺寸为3.2 m×3.2 m，有效水深为7.0 m，絮凝时间分别为3.6 min。混凝区每格设置搅拌器，变频控制，搅拌速度沿进水方向逐渐降低，保证混凝效果。沉淀区采用斜管沉淀形式，斜管长1.5 m，高1.3 m，倾角为60°，斜管区上部清水区高1 m，沉淀区水力停留时间为5.1 min，加上混凝区停留时间，高效沉淀池HRT总计为13.3 min。沉淀区表面尺寸为6.7 m 6.5 m，设计表面水力负荷为27 m3/(m2·h)。

3.3.2 反硝化深床滤池

4 工艺设计总结

(1)在狭小的用地范围内，通过构筑物一体化布置形式，最大限度节省占地，实现了用地少、出水水质高的目标。

(2)二级生物处理段采用多模式AAO工艺，通过池型的优化设计，可以根据进水的水量、水质特性和环境条件的变化灵活调整运行模式，稳定脱氮除磷效果。

(3)深度处理段磁混凝高效沉淀池工艺水力负荷高，停留时间短，占地极小，药耗少，可实现同步高效去除磷、SS和COD；与反硝化深床滤池工艺联用，确保出水各项指标均优于国标一级A标准，其中CODCr、BOD5、NH3-N及TP指标达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅳ类水的水质标准。