某经济开发区污水处理厂工程设计案例分析
经济开发区处理厂位于湘西某旅游城市，服务范围内的污水主要是生活污水和部分工业废水的城市综合污水。工业废水以植物提取工业废水为主，废水通常含有高浓度的有机物、色度和悬浮物等污染物，处理难度较大。污水厂近期服务面积为5.59 k㎡，规划人口为5万人；远期服务面积为8.70 k㎡，规划人口为8万人。污水处理厂总占地面积（含远期预留用地）为45 556 ㎡，建设规模为4万m³/d，总投资为14 306.79万元。污水收集采用雨污分流制，尾水处理达到GB 19818—2002一级A标准后排入醴水（地表水Ⅲ类水体）。
01 设计进、出水水质
污水处理厂工业废水近期占12.5%，远期占37.5%。结合园区工业废水排放情况及当地类似生活污水厂水质，本污水厂设计进出水水质如表1所示。各工艺段污染物去除率如表2所示。
02 工艺流程
本项目处理对象为生活污水和部分工业废水的混合污水，废水成份复杂，有毒有害和难以降解的物质较多，CODCr高（40 000~43 000 mg/L），部分废水色度高（5 000倍），这部分废水B/C仅为0.35，可生化性一般，与生活污水混合后B/C为0.44，进水仍需水解酸化。废水工艺选择原则：（1）加强预处理（2）强化生物处理（3）配套深度处理。
工艺流程如图1所示。
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03 工艺参数
3.1 粗格栅与提升泵站
（1）粗格栅
1座，钢筋混凝土结构，与提升泵站合建，粗格栅渠尺寸：L×B×H=10.5 m×3.2 m×9 m，分2格。设格栅除污机2台，并联运行。栅宽B＝0.8 m，栅缝宽为20 mm，栅前水深为0.85 m，过栅流速V=0.72 m/s，N=1.1 kW。格栅前后设铸铁镶铜方闸门4台，闸门规格为0.7 m×0.7 m，配手动启闭机。
在粗格栅前后安装超声波液位差计，用于监控格栅前后水位差，根据格栅前后的水位差或时间间隔周期控制粗格栅自动运转，栅渣排入栅渣小车内，定期外运。
（2）提升泵站
1座，钢筋混凝土结构，与粗格栅合建。设计规模Q=4.0万m3/d。
集水井尺寸：L×B×H＝10 m×10.5 m×11.8 m，有效水深为1.95 m，有效容积V=205 m3。
设计流量：平均日Q=1 667 m3/h，KZ=1.41。安装4台潜污泵，3用1备，规格：Q=785 m3/h，H=18 m，N=55 kW，潜污泵带自动耦合装置。
集水井设超声波液位计，监测集水池水位，并按设计水位自动启闭潜污泵。
3.2 细格栅与旋流沉砂池
细格栅与旋流沉砂池合建，建设1座，钢筋混凝土结构，土建和设备规模按Q=4.0万m3/d设计。
（1）细格栅渠
细格栅渠尺寸：L×B×H＝8.9 m×3.5 m×1.6 m，分2格。设转鼓式格栅除污机2台，并联运转。转鼓直径Φ＝1.4 m，栅缝宽为3 mm，栅前水深为0.6 m，过栅流速V=0.8 m/s，N=1.5 kW/台。配无轴螺旋输送压榨机1套，带2个料斗，功率N=1.1 kW，材质为不锈钢。细格栅栅前和栅后共设置4套插板闸门，闸门规格为1.0 m×1.5 m，材质：不锈钢。
在细格栅前后安装有超声波液位差计，用于监控格栅前后水位差，根据格栅前后的水位差或时间间隔控制格栅自动运转，并联动无轴螺旋输送压榨机，完成栅渣的收集、输送。
（2）旋流沉砂池
设旋流沉砂池1座，分2组，钢筋混凝土结构，与细格栅渠合建。土建和设备均按4万m³/d规模设计。
旋流沉砂池上部直径Φ=3.65 m，下部直径Φ=1.50 m，总高度为4.35 m。停留时间为50.7 s。每座旋流沉砂池设有除砂机1台，N=1.5 kW；气提吸砂装置1套。螺旋式砂水分离器1台，处理量为Q=12~20 L/s，N=0.75 kW。为保证沉砂池所需水位，旋流沉砂池出水渠设溢流堰，保证沉砂池所需水位。
在旋流沉砂池出水井设置COD、pH在线检测仪，检测污水厂进水的COD、pH，在出水管上设置电磁流量计，检测污水厂的进水水量。
3.3 水解酸化池及AAO池
（1）水解酸化池
设水解酸化池2座，与AAO池合建，每座设计规模Q=2万m³/d。钢筋混凝土结构。单座水解酸化池尺寸：L×B×H＝39.2 m×9.4 m×5.7 m，有效水深H=5.2 m，水力停留时间HRT=2.3 h。水解酸化池出水采用三角堰出水。
（2）AAO池
设2座，与水解酸化池合建，钢筋混凝土结构，每座设计流量为Q=2万m3/d。每座平面尺寸：L×B×H＝87.5 m×39.2 m×5.7 m，有效水深为5.0m，总深度为5.7m，总有效容积为15 590 m³，总水力停留时间HRT=18.5h。包括厌氧区、缺氧区和好氧区。
污泥负荷为0.04 kg BOD5/(kg MLSS·d)，混合液浓度MLSS浓度为3 500 mg/L，采用鼓风曝气。
厌氧区有效容积1 560 m³，水力停留时间HRT=1.86 h，工艺尺寸：L×B×H=8 m×39.2 m×5.7 m。设立式涡轮搅拌机5台，叶轮直径2 000 mm，N=2.2 KW。
缺氧区有效容积为2 100 m³，水力停留时间HRT=2.5 h，工艺平面尺寸：L×B×H=12.3 m×39.2 m×5.7 m。设潜水推进器2台，叶轮直径为2.5m，N=4.5KW。
好氧区有效容积为1 1920 m³，水力停留时间HRT=14.2 h，工艺平面尺寸：L×B×H=65.8 m×39.2 m×5.7 m。采用微孔曝气器曝气，每池安装1 620个，曝气器充氧能力为0.14~0.22 kg O2/(h·个)。
AAO生化池设混合液回流，回流比为200%~400%，每座设内回流潜水泵3台（2用1备，其中1台变频控制）。型号为：Q=2 100 m³/h，H=0.8 m，N=7.5 kW。池内设有DO在线测定仪，污泥浓度、MLSS浓度在线测定仪等检测仪表。在AAO生化池进风管上设蝶阀，根据DO在线测定仪检测结果调节、控制风机房鼓风机的风量。
3.4 二沉池
设2座二沉池，并联运行，钢筋混凝土结构。每座设计流量Q=2.0×104 m³/d。每座工艺尺寸：Φ=40.0 m×5.1 m。沉淀时间T=2 h，有效水深H=2.10 m，平均时表面负荷q=0.66 m³/(㎡?h)（最大流量时负荷q=0.94 m³/(㎡?h)。每座设中心传动吸泥机泥机1台，Φ=40m，N=0.55 kW，周边线速为3 m/min。排泥：重力排泥。
控制方式：由PLC控制自动运行，也可现场手动控制。
3.5 污泥泵站
设1座，钢筋混凝土结构，设计规模Q=4万m³/d
污泥泵站集水池有效容积为V=250 m³，污泥回流比按R=50%~100%设计。设置回流污泥泵3台，2用1备，单台技术参数：Q=833 m³/h，H=7 m，N=37 kW。设剩余污泥泵2台，1用1备，单台技术参数：Q=60 m³/h，H＝18 m，N＝5.5 kW。
控制方式：潜污泵应有过载过热等常规保护，均要求可以现场就地控制及远程集中控制。回流污泥泵、剩余污泥泵需具备自动轮值功能。
3.6 高密度沉淀池
1座，半地下式钢筋混凝土结构，土建及设备均按4万m3/d规模设计；分为2组，每组设混凝池1格，絮凝池1格，沉淀池1格。高密度沉淀池集混合、絮凝、高效沉淀为一体，同时将二次提升泵站整合入池体内。单组混合池尺寸：3 m×3 m×4m，水力停留时间HRT=1.6 min，配备一台桨叶式搅拌机，搅拌功率为11 kW，单组絮凝池尺寸：7 m×7 m×6.9 m，配备一台桨叶式搅拌机，搅拌功率7.5 kW，单组沉淀池沉淀区平面尺寸：12.5 m×15 m×6.9 m，配备一台直径为12.5 m的刮泥机，沉淀池平均流量时表面水力负荷7.89 m³/(㎡?h)，最大流量时表面水力负荷11.05 m³/(㎡?h)。二次提升泵站内配备3台轴流泵，2用1备，规格：Q=1 150 m³/h，H=7 m，N=37 kW，变频。
3.7 生物炭滤池
1座，设计规模为Q=4万m³/d。钢筋混凝土结构，工艺平面尺寸：L×B＝33.9 m×29.9 m。
滤池设计滤速为6.2 m/h，强制滤速为7.5 m/h，每座滤池分6格，单格尺寸：L×B×H=9 m×8.2 m×5.8 m，采用颗粒活性炭和石英砂双层滤料，滤池底部砾石层厚度为0.2 m，砂滤层厚度为0.45 m，活性炭滤料层厚度为1.5 m。滤池采用气水异向流运行方式，正常过滤时，水自上而下通过滤层，空气由滤层底部向上通过滤层。
滤池的正常曝气由鼓风机房提供空气，反冲洗由设置于滤池内的罗茨鼓风机提供反洗空气，正常工作时，单座滤池的总曝气量约为38 m3/min。单格滤池反冲洗时，单独提供的反冲洗曝气量为57 m3/min。设置反冲洗用罗茨风机3台，2用1备，规格：Q=30 m3/min，P=53.9 kPa，N=45 kW，滤池的冲洗周期必须根据出水水质、滤料层的水力损失综合而定，一般为24~72 h。冲洗方式为气水联合反冲洗，即先气洗，气洗强度：15 L/(m2?s)，气洗时间为4 min；然后气水联合反洗4 min，气洗强度：15 L/(m2?s)，水洗强度为4.1 L/(m2?s)；最后单独水洗6 min，水洗强度为8.2 L/(m2?s)。反洗空气通过池底的配气系统进入滤池，反洗水流方向自下而上流经滤料层。各格滤池依次进行反冲洗，以保证整个污水处理系统不受影响而能正常运行。生物炭滤池以过滤后的水作为反冲洗水源，配备3台滤池反冲洗水泵，2用1备，规格：Q=950 m3/h，H＝9.5 m，N＝45 kW。
3.8 紫外线消毒渠
1座，设计规模Q=4万m³/d设计，尺寸：L×B×H＝16.8 m×4.5 m×1.5 m，分为2条渠道，每个渠道宽1 m，槽内水深为0.71 m。渠道设水位控制堰板调节水位，实现良好的水力推流条件，保证紫外线光照接触时间不少于10 s。
安装紫外线消毒设备2套，共12个模块，每个模块8根灯管，共96根灯管。总装机功率N=16.8 kW。采用机械加化学清洗方式清洗，配套自动清洗系统1套，系统控制中心1套。
渠道进水口设插板闸门2台，闸门规格为1 000 mm×1 100 mm，配手动启闭机。出水渠设潜水泵2台，Q=20 m3/h，H＝15 m，N＝2.2 kW，供污泥脱水间回用。
3.9 污泥脱水系统
（1）污泥浓缩池
设2座，单座规模Q=2万m³/d规模设计。单座尺寸Φ=9×4.8m，有效水深为4 m，单座有效容积为254 m3，设计固体负荷50 kg/(m2?d），停留时间为14.2 h。
污泥浓缩池接纳水解酸化池与AAO池的剩余酸化污泥，将含水率99.3%的剩余污泥（约为860 m3/d）浓缩至含水率98%，浓缩后的污泥（约为300 m3/d）输送至污泥脱水间。
（2）脱水间
1座，土建和设备均按总规模Q＝4万m³/d实施，每天处理绝干污泥量为6.7 t，脱水后的污泥含水率为50%。
脱水间为框架结构，3层，占地面积为454 ㎡，总建筑面积为1 135.7 ㎡，建筑高度为16.8 m。一层主要为污泥转运区、储药加药区、污泥调理池区，二层主要为皮带输送区，三层主要为除臭区、污泥脱水区、值班配电区。
配置自动拉板隔膜板框压滤机组2台，单台过滤面积为250 ㎡。2台压滤机并联使用，压滤机单个工作周期为4 h，脱水间每天三班两运转制。设置污泥调理池2座，单座有效容积为70m³，在调理池分别投加调理药剂。
3.10 滤液除磷系统
主要功能为去除污泥浓缩池上清液以及污泥脱水间污泥压滤液中的磷，由压滤液集水池、水解酸化池污泥池、多功能一体化净水装置组成。压滤液集水池1座，钢筋砼结构，尺寸5.5 m×3 m×3.5 m，有效水深为3 m，有效容积为50 m3；水解酸化池污泥池1座，尺寸5.5 m×3 m×3.5 m，有效水深2 m；多功能一体化净水装置2套，每套处理能力25 m³/h。
3.11 加药间
设1座，单层框架结构，按总规模Q＝4万m3/d设计。加药间尺寸：L×B＝25.2 m×10.2 m。
加药间投加三种药剂：PAC、PAM、碳源（乙酸钠）。混凝剂采用PAC，设计最大投加量为30 mg/L，投加浓度为10%~15%。助凝剂采用PAM，设计最大投加量为1 mg/L，投加浓度为0.2%。碳源采用乙酸钠，设计最大投加量为50 mg/L，投加浓度为15%。
04 设计特点
4.1 光催化除臭
本工程在污泥脱水间及污泥浓缩池设置臭气收集管道，利用风机将臭气抽吸至位于污泥脱水间三楼的光催化除臭装置内处理。装置占地小、安装方便、反应效率高、除味效果好、设备运行稳定，受各种环境和外在的条件影响小、操作管理简单、运行费用低。
4.2 滤液除磷
本工程采用生物同步除磷脱氮工艺，为降低污泥浓缩的运行及投资费用，AAO池剩余污泥浓缩采用重力浓缩。但重力浓缩池因水力停留时间长，污泥在池内会发生厌氧放磷，如果将污泥水直接回流至污水处理系统，将增加污水处理的磷负荷，降低生物除磷的效果。因此，应将重力浓缩过程中产生的污泥水进行除磷后再返回水处理构筑物进行处理。本工程设置多功能一体化净水装置两套，利用管道混合器投加PAC（投加浓度为30 mg/L）去除滤液中的磷。
4.3 采用生物炭滤池
生物炭滤技术同时具有过滤、活性炭吸附和曝气生物滤池的三重功能，活性炭填料上生长大量的微生物，使生物炭滤装置集生物降解、过滤和吸附为一体，先降解，再吸附。具有出水水质优良、运行维护费用低廉的特点，避免了活性炭吸附工艺活性炭耗量大的缺点。当经强化生物处理后水质达标时，可超越深度处理单元，以节约运行费用。
生物炭滤池采用颗粒活性炭和石英砂双层滤料。滤池采用气水异向流运行方式，定期反冲洗，不易堵塞。与普通砂滤池相比，生物炭滤池具备如下特点：集生物降解、过滤和吸附三重功能于一体；滤池纳污能力强；扩展能力强，可通过改变运行工况实现去除COD、SS，可实现反硝化脱氮功能。
4.4 污泥深度脱水
浓缩后的污泥采用投加石灰（污泥干固体质量的10%~50%）、FeCl3（污泥干固体质量的3%~15%）、PAM（投加浓度为1 mg/L）调理后泵入高压隔膜板框压滤，使污泥含水率达50%以下，最终进入填埋场填埋。污泥深度脱水原理图如图2所示。
04 运行情况及技术经济分析
根据验收监测报告的监测结果可知污水厂出水可稳定达到GB 19818—2002一级A标准，监测结果如表3所示。
05 结论
现行环保政策对污水出水标准越来越高，污泥含水率要求也更高。工程中出水的稳定和污泥压榨后含水率的达标对设计提出了更高要求，本文分析了实际工程设计和运行情况，以期对环保行业工作人员提供参考。
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