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1、工程概況

山東省北部某沿海地級(jí)市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)現(xiàn)狀生活污水主要通過(guò)泵站輸送至開(kāi)發(fā)區(qū)工業(yè)污水處理廠，該地區(qū)近年來(lái)進(jìn)行了污水管網(wǎng)改造，生活污水收集量逐年增加，原工業(yè)污水處理廠的處理規(guī)模無(wú)法滿足要求，因此開(kāi)發(fā)區(qū)決定專(zhuān)門(mén)建設(shè)1座生活污水處理廠。該污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模遠(yuǎn)期為1×104m3/d，近期為0.5×104m3/d，變化系數(shù)Kz=1.58，占地約2.29hm2，總投資約5055萬(wàn)元。污水廠效果圖見(jiàn)圖1。

2、進(jìn)、出水水質(zhì)及工藝選擇

本工程主要收集開(kāi)發(fā)區(qū)生活污水，為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，選取該片區(qū)內(nèi)幾個(gè)典型小區(qū)與生活污水泵站的水樣進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)取樣分析以及《污水排入城鎮(zhèn)下水道標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962—2015）綜合確定本次設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，出水主要指標(biāo)COD、TP、氨氮需達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，TN≤12mg/L，其余指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。本次工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

由表1可知，本地區(qū)水質(zhì)的典型特征是低碳高氮，TN較高，BOD5相對(duì)較低。經(jīng)分析可能是由于該地區(qū)沿海，飲食中海鮮類(lèi)食物較多，生活污水中TN及氨氮較高；同時(shí)地處工業(yè)園區(qū)，可能會(huì)有部分工業(yè)廢水混入，導(dǎo)致TN較高；另外本片區(qū)雨污分流改造尚未全部完成，管網(wǎng)中地下水入滲及雨水混入導(dǎo)致進(jìn)水BOD5較低。由于COD、TP的出水標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，故COD和TP也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

結(jié)合上述水質(zhì)分析，本次工藝選擇如下：

①對(duì)COD和BOD5的去除。本工程進(jìn)水B/C=0.4，可生化性較好。常規(guī)市政污水采用各類(lèi)改良A2O工藝配合深度處理，出水COD能達(dá)到30~40mg/L左右。由于污水廠尾水的受納水體屬于當(dāng)?shù)氐闹攸c(diǎn)監(jiān)控河流，需增設(shè)高級(jí)氧化處理工藝進(jìn)一步去除COD，保障最終出水COD及BOD5穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

②對(duì)TN的去除。本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水TN為110mg/L，出水TN≤12mg/L，去除率要求大于89%。進(jìn)水C/N=1.09，碳源明顯不足。生化處理主工藝段需選擇脫氮能力強(qiáng)、節(jié)省碳源的處理工藝，而根據(jù)Bardenpho工藝原理，多級(jí)AO的理論TN去除率可達(dá)90%~95%。研究表明，北京等地污水處理廠采用多級(jí)AO工藝，TN去除率為85%~88%；西安某污水廠單獨(dú)應(yīng)用多級(jí)AO，TN去除率約為80%。因此，本次生化主處理工藝選擇多級(jí)AO，同時(shí)考慮進(jìn)水TN波動(dòng)，深度處理采用反硝化深床濾池作為T(mén)N達(dá)標(biāo)的保障措施。

③對(duì)氨氮的去除。本工程氨氮去除率要求大于98.6%，在保證曝氣量和好氧停留時(shí)間的情況下可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?？紤]冬季時(shí)生化池出水氨氮波動(dòng)，在二沉池后增設(shè)接觸氧化池進(jìn)一步保障氨氮達(dá)標(biāo)。

④由于生化池去除TP有限，后續(xù)深度處理采用除磷效果較好的磁混凝沉淀池。

⑤因?yàn)锽OD5濃度低導(dǎo)致進(jìn)水碳氮比較低，難以進(jìn)行反硝化去除總氮，需額外投加碳源，本次選擇25%的乙酸鈉溶液作為外加碳源。⑥因進(jìn)水水量及水質(zhì)有一定波動(dòng)，污水廠工藝流程中需設(shè)置多段超越管線，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行靈活調(diào)整，從而降低污水廠的運(yùn)行成本。

3、工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

污水處理工藝流程見(jiàn)圖2。

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1 預(yù)處理構(gòu)筑物（規(guī)模為1.0×104m3/d）

①粗格柵：去除污水中的較大漂浮雜物以保證后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。池?cái)?shù)1座，設(shè)計(jì)流量Qmax=658.3m3/h。主要設(shè)備為渠寬700mm、柵縫25mm的回轉(zhuǎn)式粗格柵2臺(tái)，互為備用。

②提升泵站：提升污水以滿足后續(xù)污水處理流程豎向銜接的要求，實(shí)現(xiàn)重力流動(dòng)順序處理污水。池?cái)?shù)1座，設(shè)計(jì)流量Qmax=658.3m3/h。近期設(shè)置3臺(tái)水泵，2用1備，Q=220m3/h，N=18.5kW，遠(yuǎn)期增加2臺(tái)。

③細(xì)格柵及曝氣沉砂池：進(jìn)一步去除污水中細(xì)小懸浮物，降低生物處理負(fù)荷，以保證后續(xù)處理流程的正常進(jìn)行。池?cái)?shù)1座，設(shè)計(jì)流量Qmax=658.3m3/h。旋轉(zhuǎn)細(xì)格柵渠寬1000mm、柵縫5mm，共兩條；曝氣沉砂池1座，分兩格，停留時(shí)間4.5min，配備桁車(chē)式吸泥機(jī)1臺(tái)（單格寬2m）。

3.2.2 調(diào)節(jié)構(gòu)筑物（規(guī)模為0.5×104m3/d）

因污水廠服務(wù)區(qū)域雨污分流改造未全部完成，管網(wǎng)中可能混入部分工業(yè)廢水，影響運(yùn)行，且污水廠排放水體標(biāo)準(zhǔn)較高，故增加調(diào)節(jié)事故水池，提高安全系數(shù)。池?cái)?shù)為近期、遠(yuǎn)期各1座，總尺寸為38m×22m×6.9m。其中事故水池（與調(diào)節(jié)池合建）分兩格，停留時(shí)間16h，設(shè)置排水泵2臺(tái)，Q=70m3/h，N=5.5kW。調(diào)節(jié)池的停留時(shí)間為8h，設(shè)置排水泵3臺(tái)，Q=70m3/h，N=5.5kW。

3.2.3 二級(jí)生化處理構(gòu)筑物（規(guī)模為0.5×104m3/d）

①綜合生化池：集厭氧、多級(jí)AO+二沉池+后置生物接觸氧化池于一體，利用生化池內(nèi)各類(lèi)微生物降解污水中的有機(jī)物、氮和磷。池?cái)?shù)為近期、遠(yuǎn)期各1座。單座設(shè)計(jì)流量Qave=210m3/h，總尺寸為66m×25m×6.3m。綜合生化池示意見(jiàn)圖3，工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

生化池內(nèi)回流設(shè)計(jì)如下：為提高釋磷效率，設(shè)從一級(jí)缺氧池至預(yù)缺氧池/厭氧池的回流，采用PP泵（1臺(tái)），回流比為100%；為提高脫氮效果，設(shè)從一級(jí)好氧池至一級(jí)缺氧池的回流，采用PP泵（1臺(tái)），回流比為400%。

二沉池設(shè)計(jì)如下：尺寸為10m×25m×5.8m，HRT=5.6h，表面負(fù)荷為0.875m3（/m2·h），配備刮吸泥機(jī)1臺(tái)，污泥泵1臺(tái)，Q=105m3/h，N=3.0kW。

接觸氧化池設(shè)計(jì)如下：HRT=2.8h，配備組合生化填料V=366m3，穿孔曝氣管1套。其進(jìn)水渠前設(shè)置超越渠道，當(dāng)前段氨氮出水達(dá)標(biāo)時(shí)可進(jìn)行超越。

②乙酸鈉投加系統(tǒng)：平均進(jìn)水量約為5000m3/d，平均進(jìn)水COD為300mg/L、BOD5為120mg/L。進(jìn)水TN為110mg/L，未加碳源時(shí)平均去除40mg/L，出水按照11mg/L計(jì)算，則外加碳源去除TN約為59mg/L，要實(shí)現(xiàn)完全反硝化，需滿足BOD5/TN≥3，而1mg乙酸鈉產(chǎn)生0.52mgBOD5，因此乙酸鈉投加量約為340mg/L。反硝化濾池設(shè)計(jì)投加量為30mg/L，多級(jí)AO池根據(jù)理論計(jì)算及污水廠運(yùn)行實(shí)踐，確定三級(jí)缺氧池的碳源投配比為2∶1∶1。因此，需純乙酸鈉約1.70t/d，需25%的乙酸鈉溶液6.81t/d。

③鼓風(fēng)機(jī)房：因污水廠水量及水質(zhì)存在波動(dòng)，磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)采用大小機(jī)型搭配設(shè)計(jì)。鼓風(fēng)機(jī)1數(shù)量1臺(tái)，Q=30m3/min，P=65kPa，N=50kW；鼓風(fēng)機(jī)2數(shù)量2臺(tái)，1用1備，Q=58m3/min，P=65kPa，N=75kW。根據(jù)生化池中溶解氧濃度調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和送風(fēng)量。當(dāng)進(jìn)水流量低或TN濃度較低時(shí)，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)1，變頻控制；當(dāng)進(jìn)水流量高或TN濃度較高時(shí)，啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)2，變頻控制。

3.2.4 深度處理構(gòu)筑物（規(guī)模為0.5×104m3/d）

①磁混凝沉淀池：利用可循環(huán)的磁種，增強(qiáng)絮凝反應(yīng)，沉淀去除水中懸浮物和總磷。土建按照1×104m3/d建設(shè)，設(shè)備按照近期0.5×104m3/d實(shí)施?？偝叽鐬?6.4m×8.1m×6.30m，1座2格，由T1池、T2池、T3池、高效澄清池組成。表面負(fù)荷qave=8.33m3（/m2·h）。配套攪拌機(jī)、刮吸泥機(jī)、高剪機(jī)、磁分離器等設(shè)備。

②反硝化深床濾池：通過(guò)濾池的反硝化及過(guò)濾作用，進(jìn)一步去除SS和TN。設(shè)計(jì)流量Qave=208.3m3/h，總尺寸為15.9m×14.9m×6.70m，1座3格，單格尺寸為5.8m×2.9m×6.70m。濾池清水池、廢水池與遠(yuǎn)期濾池合用。有效濾料總體積92m3，單格過(guò)濾面積16.82m2，總過(guò)濾面積50.46m2，設(shè)計(jì)濾速4.13m/h，強(qiáng)制濾速6.20m/h，硝態(tài)氮去除負(fù)荷為0.81kg/（m3·d）。

③臭氧催化氧化池+循環(huán)泵房：本工藝段內(nèi)臭氧與污水充分混合，利用池內(nèi)催化劑作用在混合污水中產(chǎn)生羥基自由基，進(jìn)一步去除水中難降解有機(jī)物，設(shè)計(jì)最高去除COD為10mg/L。總尺寸為16.8m×4.35m×7.4m，停留時(shí)間2.0h，臭氧池內(nèi)配備均相催化反應(yīng)器1臺(tái)，循環(huán)泵房配備Q=60m3/h、N=7.5kW、H=240kPa的臥式離心泵3臺(tái)（2用1冷備）。臭氧設(shè)計(jì)投加量為14~28mg/L。

④臭氧發(fā)生間：總平面尺寸為19.8m×7m，房高5.50m。采用臭氧發(fā)生器2臺(tái)（1用1備），臭氧產(chǎn)生量為3kg/h，N=25.5kW。

⑤接觸消毒池+巴氏計(jì)量槽：存儲(chǔ)中水及消毒，并進(jìn)行出水計(jì)量。設(shè)計(jì)規(guī)模為1.0×104m3/d，消毒劑采用次氯酸鈉。總尺寸為18.0m×6.5m×4.4m，停留時(shí)間0.7h。

4、運(yùn)行效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 運(yùn)行效果及分析

該工程于2019年7月1日開(kāi)工，2021年6月18日完成竣工驗(yàn)收，2021年8月開(kāi)始系統(tǒng)的試運(yùn)行和調(diào)試，采用24h連續(xù)運(yùn)行。2021年—2022年，本工程平均進(jìn)水量為4200m3/d。2021年8月—2022年7月平均進(jìn)、出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

①由表3可知，污水廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)良好，COD、NH3-N、TP已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，TN穩(wěn)定在12mg/L以下。目前污水廠已經(jīng)通過(guò)相關(guān)部門(mén)驗(yàn)收，獲得了良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

②進(jìn)水水質(zhì)的最大特點(diǎn)是低碳高氮，進(jìn)水TN高達(dá)110mg/L，而B(niǎo)OD5較低。選擇脫氮效率較高的多級(jí)AO工藝，能保證在生化段最大程度進(jìn)行反硝化脫氮。從運(yùn)行反饋來(lái)看，生化池出水TN基本降至12mg/L以下，減輕了后續(xù)深度處理脫氮負(fù)荷，降低了生產(chǎn)成本。

③深度除磷采用磁混凝沉淀池，從運(yùn)行效果來(lái)看，出水水質(zhì)良好。在部分時(shí)段進(jìn)水TP超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下，通過(guò)增加投藥量等措施可以保證出水TP達(dá)標(biāo)。

④進(jìn)水雖然為生活污水，但是出水指標(biāo)較嚴(yán)格。從近一年污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，磁混凝沉淀出水COD約30mg/L，不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需通過(guò)臭氧催化氧化作用進(jìn)一步降解COD，在投加設(shè)計(jì)臭氧量的情況下，可以保證出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

⑤鑒于污水廠水質(zhì)、水量存在一定波動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，深度處理各單體均設(shè)置了超越管線，可根據(jù)運(yùn)行情況靈活選擇。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，這些措施對(duì)降低污水廠能耗、節(jié)約生產(chǎn)成本效果顯著。

4.2 工程投資及運(yùn)行費(fèi)用

工程總投資5055萬(wàn)元，單位總成本8.7元/m3，單位經(jīng)營(yíng)成本7.08元/m（3按照最不利設(shè)計(jì)水質(zhì)計(jì)算），其中藥劑費(fèi)3.78元/m3，電費(fèi)1.3元/m3，污泥處理費(fèi)0.1元/m3，管理維修費(fèi)1.9元/m3。自正式運(yùn)行以來(lái)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量變化，及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，合理超越某些深度處理單體，運(yùn)行成本得到有效降低。根據(jù)該污水廠近一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)平均運(yùn)行成本約4.2元/m3。

5、結(jié)論

①對(duì)于低碳高氮污水的處理，應(yīng)盡量選用脫氮效率高的生化處理工藝（多級(jí)AO、Bardenpho等），使TN在生化池盡可能達(dá)標(biāo)，后續(xù)反硝化深度處理可作為保險(xiǎn)措施，降低運(yùn)行成本。

②磁混凝沉淀池對(duì)TP去除效果顯著，在高排放標(biāo)準(zhǔn)下，可作為污水廠TP達(dá)標(biāo)排放的深度處理措施。

③一年的運(yùn)行實(shí)踐表明，本工藝技術(shù)成熟、處理效果穩(wěn)定，而且操作靈活、運(yùn)行可靠，對(duì)相關(guān)類(lèi)型的污水處理有很好的借鑒意義。