低能耗水解酸化/生物滤池污水处理工艺的设计及运行
杭州湾新区污水处理厂位于浙江省宁波市慈溪杭州湾新区，设计总规模为8×104m3／d。考虑到当时杭州湾新区发展规划不确定性较大，计划分四期进行设计、建设。其中一期设计规模为1×104m3／d，于2003年建成并投入运行；二期工程规模为1×104m3／d，于2006年建成并投入运行；三期工程规模为2×104m3／d，于2007年建成并投入运行。污水厂目前规模为4×104m3／d。
污水厂占地为11．3 hm2，其中湿地系统占地为8 hm2，其余为建筑物、构筑物及景观河道等用地。一、二、三期工程共投资5300万元。
本工程采用水解酸化／生物滤池工艺，并增加湿地系统进行深度处理，运行效果良好。污泥处理采用厢式压滤机，不加药，利于污泥处置。
1 设计进、出水水质
设计进、出水水质如表1所示。
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污水厂进水主要是杭州湾新区工业废水及生活污水，以化学纤维、机械制造、塑料制品等工业废水为主，污水厂尾水排入九塘江。设计出水水质主要指标执行《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的一级标准。
2 设计工艺流程
设计工艺流程见图1。
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污水自格栅及进水泵房由提升泵输送至水解酸化池，然后自流至生物滤池的旋转布水器，经过生物滤池好氧处理后，自流进入生物沟，再进入沉淀池。沉淀池出水流入填料塘、稳定塘、景观河道，最后排入九塘江。
①格栅及进水泵房
格栅与进水泵房合建。格栅井设回转式机械格栅2套，每套格栅宽为0．8 m，栅片间隙为10 mm，安装角度为75°。两套机械格栅配备1套螺旋输送压榨一体机。输送压榨一体机直径为300mm，长度为4 m，功率为2．2 kW。进水泵房设潜水排污泵5台(3用2备)。潜污泵流量为720 m3／h，扬程为160 kPa，功率为55 kW。格栅间和进水泵房内设有除臭设施，采用化学和生物两级除臭，臭气分解后自然排放。
②水解酸化池
设水解酸化池2座，每座4格。单座尺寸为35．8 m×20 m×8 m，有效水深为7．5 m，有效容积为4 950 m3，水力停留时间为6 h。
水解酸化池底部共96个Ø50 mm的布水孔、12个Ø100mm排泥孔，上升流速为1．2 m／h。池内中上部设有弹性立体填料。填料高度为3．0 m，填料体积为1980 m3。出水采用梯形溢流堰，共32条溢流支槽，溢流堰总长为300 m，堰口负荷为2．8 m3／(m&S226;h)。
水解酸化池上部设4个臭气收集棚，每个棚内设有2套BIO生物除臭设备，臭气分解后自然排放。
③生物滤池
钢筋混凝土结构。一期工程2座生物滤池，尺寸为Ø22 m×4 m，超高为0．5 m。配2套Ø21．5 m旋转布水器。二期工程增加1座生物滤池，尺寸为Ø31 m×4 m，超高为0．5 m。配1套Ø30．5 m旋转布水器。三期工程增加2座生物滤池，尺寸为Ø31m×4 m，超高为0．5 m。配2套Ø30．5 m旋转布水器。
生物滤池总有效面积为3 000 m2，表面负荷为13 m3／(m2&S226;d)。采用Ø50 mm高分子球形填料、30～50 mm煤渣填料和Ø8 mm高分子多面体填料构成组合填料，按级配安装，填料总高度为1．8 m，填料体积为5 400 m3。从未有堵塞情况发生。
溢流堰总长度为235 m，堰口负荷为4．2 m3／(m&S226;h)。生物滤池底部通风高度为0．6 m，供氧充分，平均出水溶解氧浓度在5 m／L以上。
生物滤池外墙采用红色、青色毛石装饰，周围采用堆土坡，种植乔木、灌木等，既防止滤池蝇滋生和臭味向外扩散，又使厂区看起来更加美观。
滤池蝇的生长周期随温度的升高而缩短，在环境干湿交替情况下发生频繁，对环境卫生危害较大。工程中采用的控制措施有：在旋转布水器支管末端开孔布水，使生物滤池内壁一直处于湿润状态，可减少滤池蝇的生长；平面布置上远离建筑物，避免或减少滤池蝇对生活区域的影响；创造有利的自然环境，充分利用生态平衡。如较高的乔木和竹子利于蜘蛛结网，周围的环河利于蜻蜒等生长，还吸引成群的飞鸟盘旋在生物滤池和湿地周围，捕食各种飞虫。
运行证明上述措施取得了较好效果，不仅省却了杀虫剂、药剂等运行费用，避免出水受到药剂的污染，还可以美化、净化厂区，消除滤池蝇的环境卫生隐患，一举多得。
④生物沟(接触氧化)
一期工程建有生物沟l座，砌石结构，有效容积为2 400 m3，水力停留时间为2．9 h。容积负荷为0．3 kgBOD5／(m3&S226;d)，设计污泥浓度为2 000 mg／L，有机负荷为0．15 kgBOD5／(kgVSS&S226;d)。池中设置填料，填料体积为1200 m3。底部设有EPDM膜片管式曝气器，共1600套。
最初设计是考虑新区工业废水成分复杂，所以增加生物沟以进一步去除有机污染物。但运行发现生物沟去除有机污染物的效率很低，只是脱落的生物膜在此延时曝气，污泥自身消化后可降低剩余污泥量。因此，二期工程保留了生物沟，但没有扩容。曝气量为20 m3／min，设2台罗茨鼓风机，视实际行情况可单台供气，也可2台供气。单台风机参数：风量为20 m3／min，升压为40 kPa，功率为1l kW。
⑤沉淀池
辐流式沉淀池2座，中心进水周边出水，钢混结构。尺寸为Ø30 m×4．5 m，超高为0．5 m，有效面积为700 m2，表面负荷为1．2 m3／(m2&S226;h)。水力停留时间为3．3 h。溢流堰总长为173 m，堰口负荷为4．8 m3／(m&S226;h)。设2台半桥式中心传动刮吸泥机，连续排泥。
⑥填料塘
平面尺寸为145 m×65 m，平均水深为2 m。采用高分子弹性立体填料，利用木桩、毛竹、尼龙绳进行绑扎，填料长度为1．5 m，直径为150 mm，呈梅花形布置。填料塘设有布水渠，内铺4根Ø400 mm波纹管，保证配水相对均匀。出水区采用曲折出水以增加水的流动距离，减少短流的发生。出水区末端设出水堰、涵洞、4根Ø400mm波纹管，与竹林、荷花池相连。
⑦稳定塘
稳定塘采用好氧塘方式，包括竹林、荷花池、动植物塘及景观河道。竹林尺寸为200 m×25 m，水深为0．6 m，共2处。荷花池尺寸为200 m×40 m，水深为0．6 m，共2处。竹林与荷花池交错布置。
动植物塘内常年有青、草、鲢、鳙等鱼类及河虾生长，也有浮萍、水葫芦、黄菖蒲、菱角等浮水、挺水、潜水植物。河面上还有水榭回廊、木亭、小船，岸旁有水柳、黄杨和带有图案的石子小路，彰显自然。
⑧污泥处理
包括回流污泥泵站、污泥缓冲池和污泥脱水机房。
回流污泥泵站：容纳吸泥机排出的污泥，利用潜污泵使污泥回流至生物沟，并将剩余污泥回流至水解酸化池。钢混结构，尺寸为10 m×3 m×3．0 m，超高为0．5 m，有效容积为75 m3。顶部混凝土盖板，内置2台潜污泵，流量为800 m3／h。
污泥缓冲池：容纳水解酸化池排出的剩余污泥，利用潜污泵将剩余污泥输送到污泥脱水机中。
污泥脱水机房：砖混结构，尺寸为15 m×10 m，高为5 m。分为污泥脱水间、加药间、药品仓库、值班室、电控室、空压机房等。污泥脱水间：安装2台厢式压滤机，过滤面积为120 m2，容积为2．1 m3，单台工作周期为5 h／次，每天工作10～15 h，泥饼含水率为70％左右，泥饼产量约10 m3／d。加药间：设计加药系统1套，用于投加粉状阳离子聚丙烯酰胺(PAM)，但根据厢式压滤机的实际使用情况，目前不需投加任何絮凝剂。
根据对泥饼的化验结果，未检出重金属及其他有害物质，故一期、二期污泥处置采用土壤改良方案，将脱水泥饼用于远期备用地土壤改造(该厂土地为滩涂重盐碱地)。由于土地容积有限，三期污泥外运填埋。
3 设计特点
①针对杭州湾新区规划不确定性较大、水量水质预测不准的情况，灵活采用水解酸化—生物滤池组合工艺，分期设计、建设，克服了一般工业区、开发区的污水厂建成后“吃不饱”或因水质变化大而不能正常运行的缺点。
②利用水解酸化池抗冲击能力强、可提高污水的可生化性、污泥产量低的特点，降低了对进水水质的要求。污水厂剩余污泥均由水解酸化池排出，剩余污泥含固率达2％以上，而且经过水解酸化池消化后污泥没有臭味。好氧剩余污泥回流至水解酸化池进行不完全消化，既提高了水解池出水的B／C值，又能对剩余污泥进行减量化、无害化处理。
③污泥脱水采用国产厢式压滤机，不用投加任何絮凝剂，污泥含水率在73％左右，大大减少了污泥处理的药剂成本和运输成本。因地制宜，利用泥饼进行滩涂盐碱地土壤改良，无需占用土地或运输至垃圾场进行填埋，而且未经加药的泥饼对土壤改良见效快，增加了土壤的透水性，并防止土壤表面板结达到了资源化利用的目的。
④采用湿地系统进行深度处理，尾水中BOD5、氨氮、总磷指标远远优于排放标准，对九塘江水质起到了明显的改善作用。厂区自然景观优美、和谐。
⑤生物滤池周围采用堆坡，种植乔木、灌木等进行绿化，防止滤池蝇滋生和臭味扩散，不仅除臭效果好，而且风景如画。
4 运行效果
该污水厂2009年平均进、出水水质见表2。可见，虽然进水COD、BOD5不高，但平均B／C值仅0．26，可生化性较差，而实际运行仍能保证出水水质总体稳定并优于设计值。
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一、二、三期工程建成投产以来，运行正常，出水水质完全达到或优于设计要求。污泥脱水设施运行正常，泥饼平均含水率为73％左右。总出水经湿地系统、景观环河流人九塘江，出水口采用跌水瀑布。
5 设计、运行管理经验
5．1设计经验
①提升泵的选择
通过最初两年的运行，发现进水泵房设计运行液位较低，潜污泵选型偏大，造成潜污泵启动频繁，工作效率低。二期扩建时，对潜污泵重新选型，并适当提高运行液位，减少水泵启停频率，使水泵处于最佳工况点工作，降低了控制柜电气元件的损耗和潜污泵的电耗。
②水解酸化池的除臭和防腐
水解酸化池臭气较大，为防止臭气扩散，设计臭气收集棚，建于水解酸化池顶部。收集棚内部设有臭气收集系统、进口BIO生物除臭设备，并设有维修工作时使用的通风系统。
运行一年后发现，液位线及以上池体表面腐蚀较重，环氧煤沥青喷涂防腐层遭到破坏，即使再采取防腐措施，基面处理也比较困难。因此，从施工难度和成本上考虑，建议池体上部用耐酸水泥浇筑，或铺设耐酸板(树脂或水玻璃勾缝)对液位以上部位进行防腐处理。
③湿地系统的意义
湿地系统能进一步去除沉淀池出水的氮、磷等污染物，尤其对出水悬浮物的去除最为显著。
5．2生产运行中的优化调整
该厂工艺运行管理较为简单，用电设备少，污泥脱水不添加任何药剂。工程中优化运行参数，降低运行费用。电耗仅约0．1 kW&S226;h／m3，加上人工费、污泥处置费等，整个污水处理直接费用约为0．15元／m3。
①提升泵房液位的调整 经过调查和实践，在不影响收集管网正常排水的情况下，将进水泵房运行液位由设计的–7．3 m提高到–4．8 m，节省扬程25 kPa，节省电耗约15％。
②生物沟的作用 由于生物滤池出水溶解氧含量高，所以生物沟仅需一台鼓风机工作，主要是防止污泥沉淀，并使污泥自身氧化掉一部分，以减少污泥产量。
6 结论
杭州湾新区污水处理厂的工艺选择合理，非常适合处理开发区的以化纤废水为主的综合工业废水，废水中氨氮、总磷浓度较低，无需强化脱氮除磷工艺，故投资成本较低，运行费用极低。每年根据新区纳管企业和污水厂实际的进水水质、水量等数据进行分析总结，有针对性地分多期进行扩建，既不会因盲目规划、提前建设造成污水厂吃不饱、设施闲置等，也不会因水量增长趋势判断不明、延误建设造成的大量污水超越排放。在工艺设计、设施设备选择及运行管理方面进行了优化，既确保污水达标排放，又节省了投资、运行费用。
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