某工业发达地区乡镇污水处理厂工程设计与运行

金 涛，马文明，杨 航

(中建水务环保有限公司，北京 100037)

近年来，我国乡镇建设不断加强，乡镇人口大幅增加，乡镇企业也得到迅速发展。但是，伴随而来的水环境污染问题成为影响乡镇持续健康发展的关键，且乡镇因长期缺乏统筹规划，环保基础设施建设滞后于经济发展水平，乡镇污水处理不当已成为严重困扰地方生态环境的重大难题[1]。乡镇污水有其自身的显著特点，如区域差异性明显、水量较少、收集难度大、污水成分复杂、水质波动大等[2]。套用城市污水处理工艺，如SBR工艺、氧化沟工艺、接触氧化工艺、AAO工艺等，往往不能达到预期的处理效果。因此，在乡镇污水处理厂的设计建设过程中，需重点考虑当地的实际情况，做到有针对性的设计，才能保证乡镇污水处理厂的长期稳定运行。本文介绍了江苏省某乡镇污水处理工程的水质特点、工艺流程及主要设计参数、工艺设计特点，为类似乡镇污水处理厂的设计提供一定参考。

1 工程概况

本项目所在地为江苏省某县，具体涉及6个乡镇的污水处理设施建设，以其中1个乡镇污水厂为例。该乡镇污水处理厂总规模为1.0万m3/d，建设用地面积为16 474.55 m2，近期规模为0.5万m3/d。处理居民日常活动所产生的生活污水以及乡镇企业预处理后的工业废水，其中，工业废水主要以机械电子、纺织服装等轻工业为主。排水体制为新镇区雨污分流、老镇区为雨污合流，正在进行雨污分流改造，以完善污水收集系统，做到应收尽收；水量波动大、成分复杂。

2 设计进出水水质

该污水处理厂服务范围内排水包括约60%的生活污水和约40%的工业废水。服务范围内乡镇工业企业以机械电子、纺织服装等轻工业为主，企业外排工业废水经厂内预处理后属于可生化性较低、有效碳源低的有机废水，进入管网执行《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)中的B级排放标准。进水水质根据各类污水性质加权计算，并考虑一定的设计余量。

尾水就近排入厂区西侧的河沟，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002) 中的一级 A 标准。

设计进、出水水质如表1所示。

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

3 工艺流程及特点

3.1 工艺流程

针对进水有效碳源低、含部分工业废水、水质复杂、水量波动大的特点，综合考虑技术成熟、运维简单、处理成本低等要求，最终确定以水解酸化为预处理、多点进水AAO 为主体的工艺，并结合高密度沉淀池和纤维转盘滤池等做深度处理工艺，污泥处理采用化学调理+板框压滤的处理方式，具体工艺流程如图 1 所示。

图1 污水处理厂工艺流程Fig.1 Process Flow of WWTP

3.2 工艺特点

(1)进水泵房潜污泵设置变频调节，根据进水水量调整污水提升量，污水处理系统可分为2组独立运行，并考虑一定的设计冗余，以应对进水水量波动。

(2)针对进水中含有一定比例的工业废水、水质复杂，设置水解酸化单元提高污水的可生化性，可对进水水质变化起到缓冲作用，避免对AAO生化系统形成冲击，并根据实际进水水质情况进行灵活调整，实现污水全部或部分超越，进入AAO池[3-4]。

(3)多点进水AAO工艺对江苏地区乡镇污水的适应性强。乡镇污水水质水量波动较大，有效碳源低，碳源得不到充分利用[5]，该工艺根据来水水质情况，通过设置进水分配调节堰门，实现多点进水[6]，充分利用污水中的碳源；还可实现多点回流，增设预缺氧区强化反硝化效果，降低硝酸盐对厌氧释磷的影响，脱氮除磷效果良好，有效降低运行成本。

(4)高密度沉淀池用于污水处理厂深度除磷，通过污泥回流提高絮凝反应效果，促进颗粒的快速分离，并结合斜管或斜板加速沉淀，实现高效的固液分离，效果稳定，占地面积小。

4 主要构筑物工艺设计

4.1 粗格栅及进水泵房

粗格栅及进水泵房土建按远期1.0万m3/d规模设计，尺寸为10.4 m×5.5 m×9.15 m。近期设回转式粗格栅1台，功率为1.1 kW，栅条间隙为10 mm，格栅宽度为800 mm，格栅倾角为70°，配套1台无轴螺旋输送机，格栅机与螺旋输送机由PLC自动控制按时间周期运行，并设置现场手动控制。远期格栅渠道设人工格栅1台，以满足设备检修要求。进水泵房设3台潜污泵，2用1备，单台流量为180 m3/h，扬程为15 m，功率为22 kW，1台变频。远期增设2台潜污泵。

4.2 细格栅及旋流沉砂池

细格栅及旋流沉砂池土建按远期1.0万m3/d规模设计，尺寸为10.5 m×14.7 m×2.4 m。近期设回转式细格栅1台，功率为0.75 kW，栅条间隙为3 mm，格栅宽度为900 mm，格栅倾角为70°，配套1台无轴螺旋输送机，格栅机与螺旋输送机由PLC自动控制按时间周期运行，并设置现场手动控制。远期格栅渠道封堵。旋流沉砂池设旋流沉砂器1台，直径为2.13 m，功率为1.1 kW，排砂量为7.8 L/s，配套砂水分离器1台，功率为0.37 kW，流量为5～12 L/s。远期增设旋流沉砂器1台。

4.3 水解酸化池

水解酸化池土建按远期1.0万m3/d规模设计，尺寸为22.7 m×24.0 m×5.7 m，分2组。水力停留时间为6 h，近期设φ为1 200 mm的脉冲布水器6套，排泥离心泵2台，1用1备，单台流量为25 m3/h，扬程为10 m，功率为5 kW。远期增设脉冲布水器6套。

4.4 多点进水AAO池

AAO池按近期0.5万m3/d规模设计，尺寸为35.5 m×22.0 m×6.8 m，分2组，包括预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区。总停留时间为14.9 h，预缺氧区为0.6 h，厌氧区为1.5 h，缺氧区为3.4 h，好氧区为9.4 h。反应池混合液浓度MLSS为3 500 mg /L，污泥负荷为0.049 kg BOD5/(kg MLSS·d)，污泥最大内回流比为100%，回流至预缺氧区混合液回流比为50%，回流至缺氧区混合液最大回流比为300%，平均气水比为8.6∶1。每组AAO池的预缺氧区设潜水搅拌机1台，功率为0.85 kW，厌氧区设潜水搅拌机1台，功率为1.5 kW，缺氧区设潜水推流器2台，单台功率为0.85 kW，好氧区设潜水推流器2台，单台功率为1.5 kW，回流至预缺氧区混合液回流泵1台，流量为50 m3/h，扬程为1.0 m，功率为1.5 kW，回流至缺氧区混合液回流泵2台，单台流量为150 m3/h，扬程为1.0 m，功率为2.5 kW;φ为260 mm的微孔曝气器276个。由PLC自动控制潜水搅拌机、潜水推流器和水泵的启停，同时设定现场手动控制。

4.5 二沉池

二沉池为中进周出辐流式沉淀池，按近期0.5万m3/d规模设计，尺寸为φ为15 m×5.5 m，2座。设计表面负荷为0.59 m3/(m2·h)。二沉池内设φ为15 m的周边传动半桥刮吸泥机1台，驱动功率为0.75 kW。由PLC自动控制，同时设定现场手动控制。

4.6 高密度沉淀池

高密度沉淀池按近期0.5万m3/d规模设计，尺寸为10.7 m×5.9 m×7.1 m。混合区混合时间为186 s，絮凝区絮凝时间为7.6 min，沉淀区设计上升流速为9.0 m3/(m2·h)。污泥循环回流系数取0.07。设混合搅拌机1台，功率为3.0 kW，絮凝搅拌机(带导流筒)2套，单台功率为2.5 kW，中心传动刮泥机1台，功率为2.05 kW，剩余污泥泵1台，流量为15 m3/h，扬程为20 m，功率为2.2 kW，回流污泥泵2台，单台流量为15 m3/h，扬程为20 m，功率为2.2 kW，1用1备。

4.7 纤维转盘滤池及接触消毒池

纤维转盘滤池及接触消毒池土建按1.0万m3/d规模设计，尺寸为23.0 m×8.3 m×4.6 m。纤维转盘滤池设纤维转盘过滤器1套，功率为3.0 kW，φ为2 m的盘片6个，配套清洗排泥泵1台，流量为30 m3/h，扬程为20 m，功率为7.5 kW。远期增设纤维转盘过滤器1套。接触消毒池采用3廊道，分2组，近期使用1组，水力停留时间50 min，远期预留1组，采用成品次氯酸钠消毒。

4.8 污泥泵房

污泥泵房按近期0.5万m3/d规模设计，与AAO池合建，分别与2组AAO池对应，单个污泥泵房设计尺寸为 4.75 m ×1.7 m ×6.8 m，内设2台污泥回流泵，1用1备，设计回流比为50%～100%，单台流量为110 m3/h， 扬程为7 m， 功率为5.5 kW；1台剩余污泥泵，流量为30 m3/h，扬程为15 m，功率为3.0 kW。由PLC自动控制污泥回流泵和剩余污泥泵的启停，同时设定现场手动控制。

4.9 污泥浓缩池及调理池

污泥浓缩池及调理池按近期0.5万m3/d规模设计，尺寸φ为8 m×4.5 m+3.0 m×3.0 m。污泥浓缩池内设φ为8 m的中心传动浓缩机1台，功率为0.75 kW。调理池设φ为2 m的框式搅拌机1台，功率为1.5 kW；石灰投加装置1套，其中，料仓有效容积为5 m3；倾斜螺旋输送机1台，功率为5.5 kW。调理池石灰投加量不超过绝干污泥量的10%。

4.10 污泥脱水机房及加药间

污泥脱水机房土建按1.0万m3/d规模设计，2层，S=439.68 m2。近期设板框压滤机1台，单台压滤机面积为50 m2，配套2台污泥进料泵、1台压榨水泵和2台清洗水泵，其中，污泥进料泵单台流量为20 m3/h，扬程为100 m， 功率为15 kW，变频控制，1用1备；压榨水泵流量为5 m3/h，扬程为160 m，功率为5.5 kW；清洗水泵单台流量为5 m3/h，扬程为100 m，功率为3 kW，变频控制，1用1备。压榨水和清洗水使用厂区自来水。压滤机配套空气设备包括1台空压机和2个气罐，分别用于反吹和仪表用气。每天运行3批次，每批次4 h，出泥含水率≤60%，送往附近建材企业焚烧处置；远期增设1台板框压滤机，互为备用，检修时可单台设备全天运行6个批次。污泥脱水机房内设PAC投加装置和PAM投加装置，通过计量泵定量加药至高密度沉淀池、污泥调理池，其中，高密度沉淀池投加PAC为25 mg/L，PAM为0.3 mg/L；污泥调理池投加PAC不超过绝干污泥量的10%，PAM投加量3 kg/(t·d)。另设置醋酸钠投加装置，以备反硝化碳源不足时补充外部碳源。

4.11 综合机房

综合机房土建按1.0万m3/d规模设计，包括鼓风机房、变配电间、机修间及仓库，1层，S=144 m2。设AAO池曝气用罗茨鼓风机2台，风量为30 m3/min，风压为70 kPa，功率为55 kW，变频控制，1用1备，远期增加1台；单梁悬挂起重机1台，起重量为1.0 t，功率为3.0 kW+0.74 kW。由PLC自动控制风机的启停，同时设定现场手动控制。

5 运行效果

该乡镇污水处理厂已进入正式运行，目前整体工艺各单元运行良好，出厂水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。

对2020年连续2个月的进水水质及出水水质进行监测和分析。

图2 CODCr浓度及去除率Fig.2 CODCr Concentration and Removal Rate

如图2所示，进水CODCr为74～464 mg/L，平均值约为215 mg/L，出水CODCr基本维持在40 mg/L以下，平均出水CODCr为27.9 mg/L，COD平均去除率达到84.1%，说明虽然进水COD波动较大，但该处理工艺对污水中的COD去除效果良好。

图3 TN浓度及去除率Fig.3 TN Concentration and Removal Rate

如图3所示，进水TN为14～56 mg/L，平均值约为27 mg/L，COD/TN为4.3～12.9，运行期内未额外投加碳源，出水TN稳定在10 mg/L以下，平均出水TN为5.1 mg/L，TN平均去除率达到80.0%，说明该处理工艺通过设置预缺氧池、多点进水、多点回流等，自身碳源得到有效利用，反硝化脱氮效果好，脱氮效率高。

图4 水解酸化进出水CODCr、BOD5对比Fig.4 Comparison between CODCr and BOD5 Concentration of Hydrolytic Acidification

如图4所示，水解酸化单元进水平均B/C为0.31，BOD/出水平均B/C为0.40，说明水解酸化改善了污水的可生化性，提高了原水的有效碳源量，水解酸化进出水中平均BOD5/TN由2.51升高到2.87，利于发挥多点进水AAO的工艺优势，在不额外投加碳源的情况下，实现TN达标。

图5 TP浓度及去除率Fig.5 TP Concentration and Removal Rate

如图5所示，进水TP为0.6～6.6 mg/L，平均值约为2.6 mg/L，出水TP最高为0.45 mg/L，平均约为0.22 mg/L，TP平均去除率达到91.5%，说明该工艺通过生物除磷和化学除磷相结合，对污水中TP去除效果好。

6 经济分析

该乡镇污水处理厂总规模为1.0万m3/d，近期规模为0.5万m3/d，其中，粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池、水解酸化池、纤维转盘滤池、接触消毒池、污泥脱水机房、综合机房和办公楼等土建按照1.0万m3/d建设。一期工程费用为2 085.66万元，其中，建筑工程费用为1 231.61万元，设备工程费用为686.93万元，安装工程费用为167.12万元。

直接运行成本(含电费、药剂费、工资福利费、污泥处置费、日常维修维护费及管理费)为1.09元/m3。

7 结论

江苏省某产业发达乡镇污水处理厂采用 “水解酸化+多点进水AAO+高密度沉淀池+纤维转盘滤池+接触消毒”为主体的工艺处理乡镇综合污水，出水水质能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级 A 标准要求。 该工程工艺设计合理，操作灵活可调，运行稳定可靠，利于降低污水处理成本，有助于乡镇污水处理厂长期运维，有效减少了水污染物排放总量，改善了当地水环境质量，具有一定的社会效益和环境效益。