低能耗水解酸化/生物濾池污水處理工藝的設(shè)計(jì)及運(yùn)行
杭州灣新區(qū)污水處理廠位于浙江省寧波市慈溪杭州灣新區(qū)，設(shè)計(jì)總規(guī)模為8×104m3／d？紤]到當(dāng)時(shí)杭州灣新區(qū)發(fā)展規(guī)劃不確定性較大，計(jì)劃分四期進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)。其中一期設(shè)計(jì)規(guī)模為1×104m3／d，于2003年建成并投入運(yùn)行；二期工程規(guī)模為1×104m3／d，于2006年建成并投入運(yùn)行；三期工程規(guī)模為2×104m3／d，于2007年建成并投入運(yùn)行。污水廠目前規(guī)模為4×104m3／d。
污水廠占地為11．3 hm2，其中濕地系統(tǒng)占地為8 hm2，其余為建筑物、構(gòu)筑物及景觀河道等用地。一、二、三期工程共投資5300萬元。
本工程采用水解酸化／生物濾池工藝，并增加濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，運(yùn)行效果良好。污泥處理采用廂式壓濾機(jī)，不加藥，利于污泥處置。
1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。
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污水廠進(jìn)水主要是杭州灣新區(qū)工業(yè)廢水及生活污水，以化學(xué)纖維、機(jī)械制造、塑料制品等工業(yè)廢水為主，污水廠尾水排入九塘江。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)主要指標(biāo)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。
2 設(shè)計(jì)工藝流程
設(shè)計(jì)工藝流程見圖1。
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污水自格柵及進(jìn)水泵房由提升泵輸送至水解酸化池，然后自流至生物濾池的旋轉(zhuǎn)布水器，經(jīng)過生物濾池好氧處理后，自流進(jìn)入生物溝，再進(jìn)入沉淀池。沉淀池出水流入填料塘、穩(wěn)定塘、景觀河道，最后排入九塘江。
①格柵及進(jìn)水泵房
格柵與進(jìn)水泵房合建。格柵井設(shè)回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵2套，每套格柵寬為0．8 m，柵片間隙為10 mm，安裝角度為75°。兩套機(jī)械格柵配備1套螺旋輸送壓榨一體機(jī)。輸送壓榨一體機(jī)直徑為300mm，長度為4 m，功率為2．2 kW。進(jìn)水泵房設(shè)潛水排污泵5臺(tái)(3用2備)。潛污泵流量為720 m3／h，揚(yáng)程為160 kPa，功率為55 kW。格柵間和進(jìn)水泵房內(nèi)設(shè)有除臭設(shè)施，采用化學(xué)和生物兩級除臭，臭氣分解后自然排放。
②水解酸化池
設(shè)水解酸化池2座，每座4格。單座尺寸為35．8 m×20 m×8 m，有效水深為7．5 m，有效容積為4 950 m3，水力停留時(shí)間為6 h。
水解酸化池底部共96個(gè)Ø50 mm的布水孔、12個(gè)Ø100mm排泥孔，上升流速為1．2 m／h。池內(nèi)中上部設(shè)有彈性立體填料。填料高度為3．0 m，填料體積為1980 m3。出水采用梯形溢流堰，共32條溢流支槽，溢流堰總長為300 m，堰口負(fù)荷為2．8 m3／(m&S226;h)。
水解酸化池上部設(shè)4個(gè)臭氣收集棚，每個(gè)棚內(nèi)設(shè)有2套BIO生物除臭設(shè)備，臭氣分解后自然排放。
③生物濾池
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。一期工程2座生物濾池，尺寸為Ø22 m×4 m，超高為0．5 m。配2套Ø21．5 m旋轉(zhuǎn)布水器。二期工程增加1座生物濾池，尺寸為Ø31 m×4 m，超高為0．5 m。配1套Ø30．5 m旋轉(zhuǎn)布水器。三期工程增加2座生物濾池，尺寸為Ø31m×4 m，超高為0．5 m。配2套Ø30．5 m旋轉(zhuǎn)布水器。
生物濾池總有效面積為3 000 m2，表面負(fù)荷為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高分子多面體填料構(gòu)成組合填料，按級配安裝，填料總高度為1．8 m，填料體積為5 400 m3。從未有堵塞情況發(fā)生。
溢流堰總長度為235 m，堰口負(fù)荷為4．2 m3／(m&S226;h)。生物濾池底部通風(fēng)高度為0．6 m，供氧充分，平均出水溶解氧濃度在5 m／L以上。
生物濾池外墻采用紅色、青色毛石裝飾，周圍采用堆土坡，種植喬木、灌木等，既防止濾池蠅滋生和臭味向外擴(kuò)散，又使廠區(qū)看起來更加美觀。
濾池蠅的生長周期隨溫度的升高而縮短，在環(huán)境干濕交替情況下發(fā)生頻繁，對環(huán)境衛(wèi)生危害較大。工程中采用的控制措施有：在旋轉(zhuǎn)布水器支管末端開孔布水，使生物濾池內(nèi)壁一直處于濕潤狀態(tài)，可減少濾池蠅的生長；平面布置上遠(yuǎn)離建筑物，避免或減少濾池蠅對生活區(qū)域的影響；創(chuàng)造有利的自然環(huán)境，充分利用生態(tài)平衡。如較高的喬木和竹子利于蜘蛛結(jié)網(wǎng)，周圍的環(huán)河利于蜻蜒等生長，還吸引成群的飛鳥盤旋在生物濾池和濕地周圍，捕食各種飛蟲。
運(yùn)行證明上述措施取得了較好效果，不僅省卻了殺蟲劑、藥劑等運(yùn)行費(fèi)用，避免出水受到藥劑的污染，還可以美化、凈化廠區(qū)，消除濾池蠅的環(huán)境衛(wèi)生隱患，一舉多得。
④生物溝(接觸氧化)
一期工程建有生物溝l座，砌石結(jié)構(gòu)，有效容積為2 400 m3，水力停留時(shí)間為2．9 h。容積負(fù)荷為0．3 kgBOD5／(m3&S226;d)，設(shè)計(jì)污泥濃度為2 000 mg／L，有機(jī)負(fù)荷為0．15 kgBOD5／(kgVSS&S226;d)。池中設(shè)置填料，填料體積為1200 m3。底部設(shè)有EPDM膜片管式曝氣器，共1600套。
最初設(shè)計(jì)是考慮新區(qū)工業(yè)廢水成分復(fù)雜，所以增加生物溝以進(jìn)一步去除有機(jī)污染物。但運(yùn)行發(fā)現(xiàn)生物溝去除有機(jī)污染物的效率很低，只是脫落的生物膜在此延時(shí)曝氣，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溝，但沒有擴(kuò)容。曝氣量為20 m3／min，設(shè)2臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，視實(shí)際行情況可單臺(tái)供氣，也可2臺(tái)供氣。單臺(tái)風(fēng)機(jī)參數(shù)：風(fēng)量為20 m3／min，升壓為40 kPa，功率為1l kW。
⑤沉淀池
輻流式沉淀池2座，中心進(jìn)水周邊出水，鋼混結(jié)構(gòu)。尺寸為Ø30 m×4．5 m，超高為0．5 m，有效面積為700 m2，表面負(fù)荷為1．2 m3／(m2&S226;h)。水力停留時(shí)間為3．3 h。溢流堰總長為173 m，堰口負(fù)荷為4．8 m3／(m&S226;h)。設(shè)2臺(tái)半橋式中心傳動(dòng)刮吸泥機(jī)，連續(xù)排泥。
⑥填料塘
平面尺寸為145 m×65 m，平均水深為2 m。采用高分子彈性立體填料，利用木樁、毛竹、尼龍繩進(jìn)行綁扎，填料長度為1．5 m，直徑為150 mm，呈梅花形布置。填料塘設(shè)有布水渠，內(nèi)鋪4根Ø400 mm波紋管，保證配水相對均勻。出水區(qū)采用曲折出水以增加水的流動(dòng)距離，減少短流的發(fā)生。出水區(qū)末端設(shè)出水堰、涵洞、4根Ø400mm波紋管，與竹林、荷花池相連。
⑦穩(wěn)定塘
穩(wěn)定塘采用好氧塘方式，包括竹林、荷花池、動(dòng)植物塘及景觀河道。竹林尺寸為200 m×25 m，水深為0．6 m，共2處。荷花池尺寸為200 m×40 m，水深為0．6 m，共2處。竹林與荷花池交錯(cuò)布置。
動(dòng)植物塘內(nèi)常年有青、草、鰱、鳙等魚類及河蝦生長，也有浮萍、水葫蘆、黃菖蒲、菱角等浮水、挺水、潛水植物。河面上還有水榭回廊、木亭、小船，岸旁有水柳、黃楊和帶有圖案的石子小路，彰顯自然。
⑧污泥處理
包括回流污泥泵站、污泥緩沖池和污泥脫水機(jī)房。
回流污泥泵站：容納吸泥機(jī)排出的污泥，利用潛污泵使污泥回流至生物溝，并將剩余污泥回流至水解酸化池。鋼混結(jié)構(gòu)，尺寸為10 m×3 m×3．0 m，超高為0．5 m，有效容積為75 m3。頂部混凝土蓋板，內(nèi)置2臺(tái)潛污泵，流量為800 m3／h。
污泥緩沖池：容納水解酸化池排出的剩余污泥，利用潛污泵將剩余污泥輸送到污泥脫水機(jī)中。
污泥脫水機(jī)房：磚混結(jié)構(gòu)，尺寸為15 m×10 m，高為5 m。分為污泥脫水間、加藥間、藥品倉庫、值班室、電控室、空壓機(jī)房等。污泥脫水間：安裝2臺(tái)廂式壓濾機(jī)，過濾面積為120 m2，容積為2．1 m3，單臺(tái)工作周期為5 h／次，每天工作10～15 h，泥餅含水率為70％左右，泥餅產(chǎn)量約10 m3／d。加藥間：設(shè)計(jì)加藥系統(tǒng)1套，用于投加粉狀陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，但根據(jù)廂式壓濾機(jī)的實(shí)際使用情況，目前不需投加任何絮凝劑。
根據(jù)對泥餅的化驗(yàn)結(jié)果，未檢出重金屬及其他有害物質(zhì)，故一期、二期污泥處置采用土壤改良方案，將脫水泥餅用于遠(yuǎn)期備用地土壤改造(該廠土地為灘涂重鹽堿地)。由于土地容積有限，三期污泥外運(yùn)填埋。
3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
①針對杭州灣新區(qū)規(guī)劃不確定性較大、水量水質(zhì)預(yù)測不準(zhǔn)的情況，靈活采用水解酸化—生物濾池組合工藝，分期設(shè)計(jì)、建設(shè)，克服了一般工業(yè)區(qū)、開發(fā)區(qū)的污水廠建成后“吃不飽”或因水質(zhì)變化大而不能正常運(yùn)行的缺點(diǎn)。
②利用水解酸化池抗沖擊能力強(qiáng)、可提高污水的可生化性、污泥產(chǎn)量低的特點(diǎn)，降低了對進(jìn)水水質(zhì)的要求。污水廠剩余污泥均由水解酸化池排出，剩余污泥含固率達(dá)2％以上，而且經(jīng)過水解酸化池消化后污泥沒有臭味。好氧剩余污泥回流至水解酸化池進(jìn)行不完全消化，既提高了水解池出水的B／C值，又能對剩余污泥進(jìn)行減量化、無害化處理。
③污泥脫水采用國產(chǎn)廂式壓濾機(jī)，不用投加任何絮凝劑，污泥含水率在73％左右，大大減少了污泥處理的藥劑成本和運(yùn)輸成本。因地制宜，利用泥餅進(jìn)行灘涂鹽堿地土壤改良，無需占用土地或運(yùn)輸至垃圾場進(jìn)行填埋，而且未經(jīng)加藥的泥餅對土壤改良見效快，增加了土壤的透水性，并防止土壤表面板結(jié)達(dá)到了資源化利用的目的。
④采用濕地系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，尾水中BOD5、氨氮、總磷指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)，對九塘江水質(zhì)起到了明顯的改善作用。廠區(qū)自然景觀優(yōu)美、和諧。
⑤生物濾池周圍采用堆坡，種植喬木、灌木等進(jìn)行綠化，防止濾池蠅滋生和臭味擴(kuò)散，不僅除臭效果好，而且風(fēng)景如畫。
4 運(yùn)行效果
該污水廠2009年平均進(jìn)、出水水質(zhì)見表2？梢姡m然進(jìn)水COD、BOD5不高，但平均B／C值僅0．26，可生化性較差，而實(shí)際運(yùn)行仍能保證出水水質(zhì)總體穩(wěn)定并優(yōu)于設(shè)計(jì)值。
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一、二、三期工程建成投產(chǎn)以來，運(yùn)行正常，出水水質(zhì)完全達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。污泥脫水設(shè)施運(yùn)行正常，泥餅平均含水率為73％左右。總出水經(jīng)濕地系統(tǒng)、景觀環(huán)河流人九塘江，出水口采用跌水瀑布。
5 設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)
5．1設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)
①提升泵的選擇
通過最初兩年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水泵房設(shè)計(jì)運(yùn)行液位較低，潛污泵選型偏大，造成潛污泵啟動(dòng)頻繁，工作效率低。二期擴(kuò)建時(shí)，對潛污泵重新選型，并適當(dāng)提高運(yùn)行液位，減少水泵啟停頻率，使水泵處于最佳工況點(diǎn)工作，降低了控制柜電氣元件的損耗和潛污泵的電耗。
②水解酸化池的除臭和防腐
水解酸化池臭氣較大，為防止臭氣擴(kuò)散，設(shè)計(jì)臭氣收集棚，建于水解酸化池頂部。收集棚內(nèi)部設(shè)有臭氣收集系統(tǒng)、進(jìn)口BIO生物除臭設(shè)備，并設(shè)有維修工作時(shí)使用的通風(fēng)系統(tǒng)。
運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，液位線及以上池體表面腐蝕較重，環(huán)氧煤瀝青噴涂防腐層遭到破壞，即使再采取防腐措施，基面處理也比較困難。因此，從施工難度和成本上考慮，建議池體上部用耐酸水泥澆筑，或鋪設(shè)耐酸板(樹脂或水玻璃勾縫)對液位以上部位進(jìn)行防腐處理。
③濕地系統(tǒng)的意義
濕地系統(tǒng)能進(jìn)一步去除沉淀池出水的氮、磷等污染物，尤其對出水懸浮物的去除最為顯著。
5．2生產(chǎn)運(yùn)行中的優(yōu)化調(diào)整
該廠工藝運(yùn)行管理較為簡單，用電設(shè)備少，污泥脫水不添加任何藥劑。工程中優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用。電耗僅約0．1 kW&S226;h／m3，加上人工費(fèi)、污泥處置費(fèi)等，整個(gè)污水處理直接費(fèi)用約為0．15元／m3。
①提升泵房液位的調(diào)整 經(jīng)過調(diào)查和實(shí)踐，在不影響收集管網(wǎng)正常排水的情況下，將進(jìn)水泵房運(yùn)行液位由設(shè)計(jì)的–7．3 m提高到–4．8 m，節(jié)省揚(yáng)程25 kPa，節(jié)省電耗約15％。
②生物溝的作用 由于生物濾池出水溶解氧含量高，所以生物溝僅需一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)工作，主要是防止污泥沉淀，并使污泥自身氧化掉一部分，以減少污泥產(chǎn)量。
6 結(jié)論
杭州灣新區(qū)污水處理廠的工藝選擇合理，非常適合處理開發(fā)區(qū)的以化纖廢水為主的綜合工業(yè)廢水，廢水中氨氮、總磷濃度較低，無需強(qiáng)化脫氮除磷工藝，故投資成本較低，運(yùn)行費(fèi)用極低。每年根據(jù)新區(qū)納管企業(yè)和污水廠實(shí)際的進(jìn)水水質(zhì)、水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，有針對性地分多期進(jìn)行擴(kuò)建，既不會(huì)因盲目規(guī)劃、提前建設(shè)造成污水廠吃不飽、設(shè)施閑置等，也不會(huì)因水量增長趨勢判斷不明、延誤建設(shè)造成的大量污水超越排放。在工藝設(shè)計(jì)、設(shè)施設(shè)備選擇及運(yùn)行管理方面進(jìn)行了優(yōu)化，既確保污水達(dá)標(biāo)排放，又節(jié)省了投資、運(yùn)行費(fèi)用。
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