市政污水处理厂工艺设计与应用

吴艳涛

（中煤科工集团杭州研究院有限公司 浙江杭州 311201）

引言

近几年，随着城市化和工业化的不断推进，城市污水产生量不断增大，这在一定意义上会损害生态环境和人类健康，制约城市社会经济的可持续发展，违背“绿水青山就是金山银山”的发展理念，因此全面推进城镇范围内的污水治理迫在眉睫。某乡镇依托旅游业和制造业的开发建设得到了快速发展，同时为完善基础设施解决污水排放问题，还拟新建一座5000m³/d的污水处理厂。本文着重对某乡镇新建污水处理厂的建设进行工艺设计及案例分析。

1 工程概况

1.1 设计规模

一期处理设计规模为5000m3/d；远期处理总规模为16000 m3/d。

1.2 设计进水水质

根据水质检测报告并结合理论预测以及其他城镇污水处理厂的水质综合确定，该镇的生活污水进水、出水水质及指标去除率如表1 所示。

表1 进水、出水水质一览表

2 工艺设计

2.1 工艺设计重点

根据进水、出水水质，污染物去除率、污水可生化性、碳氮比、碳磷比，对本项目各污染物去除的难易程度分别进行综合判定，从而选择适合本项目的最优工艺路线。

2.1.1 BOD5

五日生化需氧量（BOD5）比较容易控制，处理技术相对稳定可靠。对污水进行硝化和反硝化后，BOD5的去除率基本能达到95%及以上，即出水BOD5可小于10mg/L。

2.1.2 CODCr

按现状资料，该污水处理厂B/C=0.6，由此可见该厂进水水质可生化性很好，采用合理的生化工艺+深度处理工艺，可使出水重铬酸盐指数（CODCr）低于50mg/L。考虑到CODCr是国家节能减排考核的指标，因此将CODCr作为该厂的重点关注目标。

2.1.3 SS

组成出水悬浮物（SS）的主要成分是活性污泥絮体，往往含有较高的有机物和磷。因此，污水厂出水中SS 浓度不仅涉及到出水SS 指标，也与出水中的BOD5、CODCr、TP 和色度等指标强相关。通常1mg/L 出水SS 含有0.8～1.4mg/L 的CODCr、0.3～0.75mg/L 的BOD5、0.08～0.1mg/L的TN、0.03～0.06mg/L 的TP[1]。对常规城市污水处理厂（SS 值200mg/L 左右）而言，仅靠二沉池出水，SS 去除率最高不超过90%。为能满足SS 小于10mg/L 的去除要求，需对污水进行深度处理。

2.1.4 NH3-N

氨氮（NH3-N）的去除主要靠硝化过程来完成，因此NH3-N 的硝化过程将成为控制生化处理好氧单元设计的主要因素。在保证曝气供氧充足的条件下，该指标相对容易控制。根据现有污水厂运行情况，目前出水NH3-N 一般在1mg/L 左右，是符合达标条件的。但考虑到NH3-N 作为国家水污染物总量控制因子之一，更是环保监测考核的重要指标，故仍将NH3-N 纳为本污水处理厂处理重点关注目标。

2.1.5 TP

传统脱氮除磷工艺中，在碳源充足情况下总磷（TP）的生物去除率可达75%，但仍无法满足TP 去除率87%以上的要求，因此TP 为本工程处理的重点和难点。要满足出水磷浓度低于0.5mg/L的要求，应同步严控出水SS 浓度，因而在生化处理出水后设置三级物化处理。通过三级处理进一步去除水中的TP，并同步降低SS 含量，确保出水的达标排放。

2.1.6 TN

总氮（TN）的去除依赖于进水有机物浓度、可生化性和C/N 比值，同时与TP 的去除要相互协调，通常也是污水处理厂设计甚至运行中的难点。考虑到某乡镇新建污水处理厂来水中含有少量的工业废水，进一步加大了系统对TN 的去除难度，在碳源充足情况下，TN 去除率可达到80%[2]。因此，TN 稳定达标要重点关注，同时作为工艺设计和运行难点进行处理。

2.2 工艺流程设计

根据污水治理行业的多年实践工程设计总结得出，预处理是关键，生物处理是核心，深度处理是保障，污泥处理是重点。故本项目遵行上述原则进行工艺流程设计。来水通过粗格栅进入集水井后，再由提升泵提升，流经细格栅输送至旋流沉砂池，去除废水中的无机固体物质后，自流流入调节池，调节水质水量后进入后续生化处理单元。A2/O 是在A/O 工艺中增加具有脱氮作用（Denitrification）的无氧（An-oxic）槽，利用微生物去除BOD5和磷的同时，达到脱氮的作用。A2/O 工艺特点就是在厌氧、缺氧、好氧3 种不同功能区的特定生物群体作用下，能同时完成并达到去除有机物及脱氮除磷的目的。在活性污泥法前段设置A1 池和A2 池，内设潜水搅拌机，预处理出水与二沉池回流污泥在此混合，吸附有机污染物，并使菌种得到筛选，避免污泥膨胀的发生，大部分有机物在A1 池内为微生物所吸附，而剩余的有机物及吸附于微生物体内的有机物在O 池内被氧化分解。二沉池出水后选用占地面积小、处理效果佳的高效澄清池，池内投加PAC药剂对废水进行进一步化学除磷处理。处理后的出水进入反硝化深床滤池进行深度处理，以保证水质达标排放。过滤后出水经过紫外线消毒后达标排放。

综上，污水处理厂主工艺采用“集水井→旋流沉砂池→调节池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床滤池→紫外线消毒渠”的系统设计。工艺流程详见图1。

图1 工艺流程图

3 工程设计

本工艺所采用的设计参数，如沉淀池表面负荷、停留时间、曝气池的污泥负荷、供氧量等，均参考已建成同类型废水处理运行的成功经验，具有科学性与实践性。

3.1 主要设计参数

3.1.1 集水井

集水井采用地下式，平面尺寸13.5m（L）×9.24m（W），深10.6m，集水井内设进水渠道，并配置回转式机械粗格栅，用于拦截水中的大颗粒物，保证后续系统的稳定运行。其中，土建部分一次性完成，即按远期16000m3/d 设计，设备按近期365m3/h（即210 m3/h×1.74，其中1.74 为水量不均匀系数）配置。机械粗格栅1 套，规格为B=1200mm，栅距16mm，自动方闸门2 套。

3.1.2 进水泵房

设置进水泵房1 座，平面尺寸9m（L）×5m（L）×1F，配套2 台提升泵，规格为360m3/h×20m×37kW。电 动 葫 芦1 台，规 格 为2t，3kW；轴流风机2 台，规格为DTZ-3，2.5D 型，Q=2000m3/h，0.37 kW。

3.1.3 旋流沉砂池

旋流沉砂池采用半地上式，主要去除来水中的细小泥沙和较大悬浮物，保证后续生化系统的可靠运行。旋流沉砂池尺寸Φ2.73m ×3.05m(H)。系统配置机械细格栅1 套，规格为B=700mm，栅距3mm；旋流沉砂器器1 台，转速12～20rpm，功率0.75kW。砂水分离器1 台，处理量12L/S；罗茨风机1 台，规格为2.2m3/min×58.8kPa×5.5kW。

3.1.4 调节池

调节池对来水进行水量和水质的调节，保证后续生化系统能稳定运行。本调节池设计流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸22.7m×7m，深5.8m（H）。调节池安装提升水泵2 台，规格为210m3/h×10m×15kW；潜水搅拌机2 台，规格为Φ400mm×3.7kW。

3.1.5 A2/O 生化池

调节池出水同二沉池回流污泥混合，进入A1 厌氧池，A1 厌氧池主要用于吸附有机污染物，并驯化可需微生物，防止污泥膨胀。内置2 台潜水搅拌机，规格为Φ320mm×3kW。

A2 缺氧池和A1 厌氧池于池上部联通运行，防止污泥沉积。内置2 台潜水搅拌机，规格为Φ320mm×3kW。

曝气O 池与A2 缺氧池于池底部联通运行，通过鼓风曝气，有效分解有机污染物。采用罗茨风机鼓风曝气充氧，O 池内底部设微孔曝气器，曝气器采用悬挂链式方便提升维修，可在不停水的情况下对曝气系统进行检修。配置罗茨鼓风机2 台，规格为40m3/min×58.8kPa×75kW；O 池微孔曝气器采用悬挂链曝气器，数量138 套。

3.1.6 二沉池

二沉池选择周边进水周边出水辐流式，主要功能为泥水分离，使出水变清澈。二沉池尺寸Φ22.7m×4.1m(H)，配置半桥式刮泥机1 台，污泥回流泵2 台，规格为210m3/h×10m×15kW。

3.1.7 高效澄清池

高效澄清池是一种高负荷一体式絮凝/沉淀/浓缩池，对进一步去除悬浮物、胶体有很好的效果。本设计高效澄清池平面尺寸3.9m(L)×3.9m(W)，深5.5m。配置反应池搅拌机1 台，规格为Φ1200mm×1.1kW；中心传动刮泥机1 台，污泥泵3 台，2 用1 备，Φ50 蜂窝状填料30m2。

3.1.8 反硝化深床滤池

反硝化深床滤池设计流量5000m3/d，即210m3/h，平面尺寸12.6m(L)×3m(W)，深4.5m；反洗泵2 台，规格为200m3/h×200m；反洗风机2 台，规格为12m3/min×58.8kPa。

3.1.9 紫外线消毒渠

紫外线消毒渠与排放水池合建，尺寸16.2m(L)×3.3m(W)×2.5m(H)，采用半地下式。消毒采用紫外线消毒，紫外线剂量20mws/cm2，共计18 支灯管。

3.1.10 污泥调理池

污泥调理池平面尺寸5.2m(L)×5.2m(W)，深5m； 配 置 竖 轴 桨 叶 式1 台， 规 格 为Φ1500mm×5.5kW；高压污泥进料泵2 台，规格为25m3/h×1.2MPa×18.5kW。

3.1.11 压榨水池

压榨水池平面尺寸5.2m(L)×2.35m(W)，深3m； 配 置 压 榨 水 泵2 台， 规 格 为8m3/h×167m×7.5kW。

3.1.12 污泥脱水机房

土建部分按16000m3/d设计，设备按5000m3/d配置。平面尺寸14.4m(L)×8m(W)×1F，框架结构；配置板框压滤机1 台，规格为过滤面积150m2，压力1.6MPa。空压机1 台，规格为1m3/min×0.8MPa×11kW。脱水机房行车1 台，规格为双轨5t，8.3kW。

3.1.13 除臭系统

除臭系统用于收集自污泥调理池、脱水机房、A1 池、A2 池等会产生臭味的单元所产生的臭气，并进行除臭处理。系统配置防腐离心式臭气引风机1 台，规格为100m3/min×2.049kPa×7.5kW；生物一体化除臭系统1 套，规格为4.3m(L)×3.3m(W)×3.3(H)。

3.1.14 加药间

土建部分按16000m3/d 设计，设备按5000m3/d配置。配置PAC 加药系统1 套，PAM 阳离子自动加药系统1 套，PAM 阴离子自动加药系统1 套，碳源投加装置1 套，石灰加药系统1 套。

3.1.15 辅助用房

设计辅助用房1 座，尺寸 28m(L)×10m(W)×1F，采用框架结构形式。

3.2 总图设计

根据污水厂平面布置原则，综合考虑地形地貌、道路建设等自然条件，以及进水方向、出水方向、风向等设计因素，将处理厂分为生产管理区与污水、污泥处理区2 大功能区。整个厂区尽量做到布置紧凑，功能分区明确，运行管理方便，建构筑物布置间距符合防火及卫生防护要求，并充分利用建构筑物间及建构筑物与道路间的空间进行花草树木的种植，打造出整洁宜人的厂区工作和生活环境。

结语

本项目根据市政污水厂的污水特点，经过一系列工艺对比后，采用“集水井→旋流沉砂池→调节池→A2/O 生化池→二沉池→高效澄清池→反硝化深床滤池→紫外线消毒渠”的系统设计。该组合工艺实际出水水质不但能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A 排放标准，而且较传统工艺而言具有占地面积小、运维成本低、自动化程度高等特点，进一步验证成为现代化市政污水处理厂建设的首选工艺。