某經(jīng)濟開發(fā)區(qū)污水處理廠工程設(shè)計案例分析
經(jīng)濟開發(fā)區(qū)處理廠位于湘西某旅游城市，服務(wù)范圍內(nèi)的污水主要是生活污水和部分工業(yè)廢水的城市綜合污水。工業(yè)廢水以植物提取工業(yè)廢水為主，廢水通常含有高濃度的有機物、色度和懸浮物等污染物，處理難度較大。污水廠近期服務(wù)面積為5.59 k㎡，規(guī)劃人口為5萬人；遠期服務(wù)面積為8.70 k㎡，規(guī)劃人口為8萬人。污水處理廠總占地面積（含遠期預(yù)留用地）為45 556 ㎡，建設(shè)規(guī)模為4萬m³/d，總投資為14 306.79萬元。污水收集采用雨污分流制，尾水處理達到GB 19818—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)后排入醴水（地表水Ⅲ類水體）。
01 設(shè)計進、出水水質(zhì)
污水處理廠工業(yè)廢水近期占12.5%，遠期占37.5%。結(jié)合園區(qū)工業(yè)廢水排放情況及當(dāng)?shù)仡愃粕钗鬯畯S水質(zhì)，本污水廠設(shè)計進出水水質(zhì)如表1所示。各工藝段污染物去除率如表2所示。
02 工藝流程
本項目處理對象為生活污水和部分工業(yè)廢水的混合污水，廢水成份復(fù)雜，有毒有害和難以降解的物質(zhì)較多，CODCr高（40 000~43 000 mg/L），部分廢水色度高（5 000倍），這部分廢水B/C僅為0.35，可生化性一般，與生活污水混合后B/C為0.44，進水仍需水解酸化。廢水工藝選擇原則：（1）加強預(yù)處理（2）強化生物處理（3）配套深度處理。
工藝流程如圖1所示。
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03 工藝參數(shù)
3.1 粗格柵與提升泵站
（1）粗格柵
1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與提升泵站合建，粗格柵渠尺寸：L×B×H=10.5 m×3.2 m×9 m，分2格。設(shè)格柵除污機2臺，并聯(lián)運行。柵寬B＝0.8 m，柵縫寬為20 mm，柵前水深為0.85 m，過柵流速V=0.72 m/s，N=1.1 kW。格柵前后設(shè)鑄鐵鑲銅方閘門4臺，閘門規(guī)格為0.7 m×0.7 m，配手動啟閉機。
在粗格柵前后安裝超聲波液位差計，用于監(jiān)控格柵前后水位差，根據(jù)格柵前后的水位差或時間間隔周期控制粗格柵自動運轉(zhuǎn)，柵渣排入柵渣小車內(nèi)，定期外運。
（2）提升泵站
1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與粗格柵合建。設(shè)計規(guī)模Q=4.0萬m3/d。
集水井尺寸：L×B×H＝10 m×10.5 m×11.8 m，有效水深為1.95 m，有效容積V=205 m3。
設(shè)計流量：平均日Q=1 667 m3/h，KZ=1.41。安裝4臺潛污泵，3用1備，規(guī)格：Q=785 m3/h，H=18 m，N=55 kW，潛污泵帶自動耦合裝置。
集水井設(shè)超聲波液位計，監(jiān)測集水池水位，并按設(shè)計水位自動啟閉潛污泵。
3.2 細格柵與旋流沉砂池
細格柵與旋流沉砂池合建，建設(shè)1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，土建和設(shè)備規(guī)模按Q=4.0萬m3/d設(shè)計。
（1）細格柵渠
細格柵渠尺寸：L×B×H＝8.9 m×3.5 m×1.6 m，分2格。設(shè)轉(zhuǎn)鼓式格柵除污機2臺，并聯(lián)運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓直徑Φ＝1.4 m，柵縫寬為3 mm，柵前水深為0.6 m，過柵流速V=0.8 m/s，N=1.5 kW/臺。配無軸螺旋輸送壓榨機1套，帶2個料斗，功率N=1.1 kW，材質(zhì)為不銹鋼。細格柵柵前和柵后共設(shè)置4套插板閘門，閘門規(guī)格為1.0 m×1.5 m，材質(zhì)：不銹鋼。
在細格柵前后安裝有超聲波液位差計，用于監(jiān)控格柵前后水位差，根據(jù)格柵前后的水位差或時間間隔控制格柵自動運轉(zhuǎn)，并聯(lián)動無軸螺旋輸送壓榨機，完成柵渣的收集、輸送。
（2）旋流沉砂池
設(shè)旋流沉砂池1座，分2組，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與細格柵渠合建。土建和設(shè)備均按4萬m³/d規(guī)模設(shè)計。
旋流沉砂池上部直徑Φ=3.65 m，下部直徑Φ=1.50 m，總高度為4.35 m。停留時間為50.7 s。每座旋流沉砂池設(shè)有除砂機1臺，N=1.5 kW；氣提吸砂裝置1套。螺旋式砂水分離器1臺，處理量為Q=12~20 L/s，N=0.75 kW。為保證沉砂池所需水位，旋流沉砂池出水渠設(shè)溢流堰，保證沉砂池所需水位。
在旋流沉砂池出水井設(shè)置COD、pH在線檢測儀，檢測污水廠進水的COD、pH，在出水管上設(shè)置電磁流量計，檢測污水廠的進水水量。
3.3 水解酸化池及AAO池
（1）水解酸化池
設(shè)水解酸化池2座，與AAO池合建，每座設(shè)計規(guī)模Q=2萬m³/d。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單座水解酸化池尺寸：L×B×H＝39.2 m×9.4 m×5.7 m，有效水深H=5.2 m，水力停留時間HRT=2.3 h。水解酸化池出水采用三角堰出水。
（2）AAO池
設(shè)2座，與水解酸化池合建，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每座設(shè)計流量為Q=2萬m3/d。每座平面尺寸：L×B×H＝87.5 m×39.2 m×5.7 m，有效水深為5.0m，總深度為5.7m，總有效容積為15 590 m³，總水力停留時間HRT=18.5h。包括厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。
污泥負荷為0.04 kg BOD5/(kg MLSS·d)，混合液濃度MLSS濃度為3 500 mg/L，采用鼓風(fēng)曝氣。
厭氧區(qū)有效容積1 560 m³，水力停留時間HRT=1.86 h，工藝尺寸：L×B×H=8 m×39.2 m×5.7 m。設(shè)立式渦輪攪拌機5臺，葉輪直徑2 000 mm，N=2.2 KW。
缺氧區(qū)有效容積為2 100 m³，水力停留時間HRT=2.5 h，工藝平面尺寸：L×B×H=12.3 m×39.2 m×5.7 m。設(shè)潛水推進器2臺，葉輪直徑為2.5m，N=4.5KW。
好氧區(qū)有效容積為1 1920 m³，水力停留時間HRT=14.2 h，工藝平面尺寸：L×B×H=65.8 m×39.2 m×5.7 m。采用微孔曝氣器曝氣，每池安裝1 620個，曝氣器充氧能力為0.14~0.22 kg O2/(h·個)。
AAO生化池設(shè)混合液回流，回流比為200%~400%，每座設(shè)內(nèi)回流潛水泵3臺（2用1備，其中1臺變頻控制）。型號為：Q=2 100 m³/h，H=0.8 m，N=7.5 kW。池內(nèi)設(shè)有DO在線測定儀，污泥濃度、MLSS濃度在線測定儀等檢測儀表。在AAO生化池進風(fēng)管上設(shè)蝶閥，根據(jù)DO在線測定儀檢測結(jié)果調(diào)節(jié)、控制風(fēng)機房鼓風(fēng)機的風(fēng)量。
3.4 二沉池
設(shè)2座二沉池，并聯(lián)運行，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。每座設(shè)計流量Q=2.0×104 m³/d。每座工藝尺寸：Φ=40.0 m×5.1 m。沉淀時間T=2 h，有效水深H=2.10 m，平均時表面負荷q=0.66 m³/(㎡?h)（最大流量時負荷q=0.94 m³/(㎡?h)。每座設(shè)中心傳動吸泥機泥機1臺，Φ=40m，N=0.55 kW，周邊線速為3 m/min。排泥：重力排泥。
控制方式：由PLC控制自動運行，也可現(xiàn)場手動控制。
3.5 污泥泵站
設(shè)1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計規(guī)模Q=4萬m³/d
污泥泵站集水池有效容積為V=250 m³，污泥回流比按R=50%~100%設(shè)計。設(shè)置回流污泥泵3臺，2用1備，單臺技術(shù)參數(shù)：Q=833 m³/h，H=7 m，N=37 kW。設(shè)剩余污泥泵2臺，1用1備，單臺技術(shù)參數(shù)：Q=60 m³/h，H＝18 m，N＝5.5 kW。
控制方式：潛污泵應(yīng)有過載過熱等常規(guī)保護，均要求可以現(xiàn)場就地控制及遠程集中控制；亓魑勰啾、剩余污泥泵需具備自動輪值功能。
3.6 高密度沉淀池
1座，半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，土建及設(shè)備均按4萬m3/d規(guī)模設(shè)計；分為2組，每組設(shè)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、高效沉淀為一體，同時將二次提升泵站整合入池體內(nèi)。單組混合池尺寸：3 m×3 m×4m，水力停留時間HRT=1.6 min，配備一臺槳葉式攪拌機，攪拌功率為11 kW，單組絮凝池尺寸：7 m×7 m×6.9 m，配備一臺槳葉式攪拌機，攪拌功率7.5 kW，單組沉淀池沉淀區(qū)平面尺寸：12.5 m×15 m×6.9 m，配備一臺直徑為12.5 m的刮泥機，沉淀池平均流量時表面水力負荷7.89 m³/(㎡?h)，最大流量時表面水力負荷11.05 m³/(㎡?h)。二次提升泵站內(nèi)配備3臺軸流泵，2用1備，規(guī)格：Q=1 150 m³/h，H=7 m，N=37 kW，變頻。
3.7 生物炭濾池
1座，設(shè)計規(guī)模為Q=4萬m³/d。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，工藝平面尺寸：L×B＝33.9 m×29.9 m。
濾池設(shè)計濾速為6.2 m/h，強制濾速為7.5 m/h，每座濾池分6格，單格尺寸：L×B×H=9 m×8.2 m×5.8 m，采用顆；钚蕴亢褪⑸半p層濾料，濾池底部礫石層厚度為0.2 m，砂濾層厚度為0.45 m，活性炭濾料層厚度為1.5 m。濾池采用氣水異向流運行方式，正常過濾時，水自上而下通過濾層，空氣由濾層底部向上通過濾層。
濾池的正常曝氣由鼓風(fēng)機房提供空氣，反沖洗由設(shè)置于濾池內(nèi)的羅茨鼓風(fēng)機提供反洗空氣，正常工作時，單座濾池的總曝氣量約為38 m3/min。單格濾池反沖洗時，單獨提供的反沖洗曝氣量為57 m3/min。設(shè)置反沖洗用羅茨風(fēng)機3臺，2用1備，規(guī)格：Q=30 m3/min，P=53.9 kPa，N=45 kW，濾池的沖洗周期必須根據(jù)出水水質(zhì)、濾料層的水力損失綜合而定，一般為24~72 h。沖洗方式為氣水聯(lián)合反沖洗，即先氣洗，氣洗強度：15 L/(m2?s)，氣洗時間為4 min；然后氣水聯(lián)合反洗4 min，氣洗強度：15 L/(m2?s)，水洗強度為4.1 L/(m2?s)；最后單獨水洗6 min，水洗強度為8.2 L/(m2?s)。反洗空氣通過池底的配氣系統(tǒng)進入濾池，反洗水流方向自下而上流經(jīng)濾料層。各格濾池依次進行反沖洗，以保證整個污水處理系統(tǒng)不受影響而能正常運行。生物炭濾池以過濾后的水作為反沖洗水源，配備3臺濾池反沖洗水泵，2用1備，規(guī)格：Q=950 m3/h，H＝9.5 m，N＝45 kW。
3.8 紫外線消毒渠
1座，設(shè)計規(guī)模Q=4萬m³/d設(shè)計，尺寸：L×B×H＝16.8 m×4.5 m×1.5 m，分為2條渠道，每個渠道寬1 m，槽內(nèi)水深為0.71 m。渠道設(shè)水位控制堰板調(diào)節(jié)水位，實現(xiàn)良好的水力推流條件，保證紫外線光照接觸時間不少于10 s。
安裝紫外線消毒設(shè)備2套，共12個模塊，每個模塊8根燈管，共96根燈管。總裝機功率N=16.8 kW。采用機械加化學(xué)清洗方式清洗，配套自動清洗系統(tǒng)1套，系統(tǒng)控制中心1套。
渠道進水口設(shè)插板閘門2臺，閘門規(guī)格為1 000 mm×1 100 mm，配手動啟閉機。出水渠設(shè)潛水泵2臺，Q=20 m3/h，H＝15 m，N＝2.2 kW，供污泥脫水間回用。
3.9 污泥脫水系統(tǒng)
（1）污泥濃縮池
設(shè)2座，單座規(guī)模Q=2萬m³/d規(guī)模設(shè)計。單座尺寸Φ=9×4.8m，有效水深為4 m，單座有效容積為254 m3，設(shè)計固體負荷50 kg/(m2?d），停留時間為14.2 h。
污泥濃縮池接納水解酸化池與AAO池的剩余酸化污泥，將含水率99.3%的剩余污泥（約為860 m3/d）濃縮至含水率98%，濃縮后的污泥（約為300 m3/d）輸送至污泥脫水間。
（2）脫水間
1座，土建和設(shè)備均按總規(guī)模Q＝4萬m³/d實施，每天處理絕干污泥量為6.7 t，脫水后的污泥含水率為50%。
脫水間為框架結(jié)構(gòu)，3層，占地面積為454 ㎡，總建筑面積為1 135.7 ㎡，建筑高度為16.8 m。一層主要為污泥轉(zhuǎn)運區(qū)、儲藥加藥區(qū)、污泥調(diào)理池區(qū)，二層主要為皮帶輸送區(qū)，三層主要為除臭區(qū)、污泥脫水區(qū)、值班配電區(qū)。
配置自動拉板隔膜板框壓濾機組2臺，單臺過濾面積為250 ㎡。2臺壓濾機并聯(lián)使用，壓濾機單個工作周期為4 h，脫水間每天三班兩運轉(zhuǎn)制。設(shè)置污泥調(diào)理池2座，單座有效容積為70m³，在調(diào)理池分別投加調(diào)理藥劑。
3.10 濾液除磷系統(tǒng)
主要功能為去除污泥濃縮池上清液以及污泥脫水間污泥壓濾液中的磷，由壓濾液集水池、水解酸化池污泥池、多功能一體化凈水裝置組成。壓濾液集水池1座，鋼筋砼結(jié)構(gòu)，尺寸5.5 m×3 m×3.5 m，有效水深為3 m，有效容積為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；多功能一體化凈水裝置2套，每套處理能力25 m³/h。
3.11 加藥間
設(shè)1座，單層框架結(jié)構(gòu)，按總規(guī)模Q＝4萬m3/d設(shè)計。加藥間尺寸：L×B＝25.2 m×10.2 m。
加藥間投加三種藥劑：PAC、PAM、碳源（乙酸鈉）；炷齽┎捎肞AC，設(shè)計最大投加量為30 mg/L，投加濃度為10%~15%。助凝劑采用PAM，設(shè)計最大投加量為1 mg/L，投加濃度為0.2%。碳源采用乙酸鈉，設(shè)計最大投加量為50 mg/L，投加濃度為15%。
04 設(shè)計特點
4.1 光催化除臭
本工程在污泥脫水間及污泥濃縮池設(shè)置臭氣收集管道，利用風(fēng)機將臭氣抽吸至位于污泥脫水間三樓的光催化除臭裝置內(nèi)處理。裝置占地小、安裝方便、反應(yīng)效率高、除味效果好、設(shè)備運行穩(wěn)定，受各種環(huán)境和外在的條件影響小、操作管理簡單、運行費用低。
4.2 濾液除磷
本工程采用生物同步除磷脫氮工藝，為降低污泥濃縮的運行及投資費用，AAO池剩余污泥濃縮采用重力濃縮。但重力濃縮池因水力停留時間長，污泥在池內(nèi)會發(fā)生厭氧放磷，如果將污泥水直接回流至污水處理系統(tǒng)，將增加污水處理的磷負荷，降低生物除磷的效果。因此，應(yīng)將重力濃縮過程中產(chǎn)生的污泥水進行除磷后再返回水處理構(gòu)筑物進行處理。本工程設(shè)置多功能一體化凈水裝置兩套，利用管道混合器投加PAC（投加濃度為30 mg/L）去除濾液中的磷。
4.3 采用生物炭濾池
生物炭濾技術(shù)同時具有過濾、活性炭吸附和曝氣生物濾池的三重功能，活性炭填料上生長大量的微生物，使生物炭濾裝置集生物降解、過濾和吸附為一體，先降解，再吸附。具有出水水質(zhì)優(yōu)良、運行維護費用低廉的特點，避免了活性炭吸附工藝活性炭耗量大的缺點。當(dāng)經(jīng)強化生物處理后水質(zhì)達標(biāo)時，可超越深度處理單元，以節(jié)約運行費用。
生物炭濾池采用顆；钚蕴亢褪⑸半p層濾料。濾池采用氣水異向流運行方式，定期反沖洗，不易堵塞。與普通砂濾池相比，生物炭濾池具備如下特點：集生物降解、過濾和吸附三重功能于一體；濾池納污能力強；擴展能力強，可通過改變運行工況實現(xiàn)去除COD、SS，可實現(xiàn)反硝化脫氮功能。
4.4 污泥深度脫水
濃縮后的污泥采用投加石灰（污泥干固體質(zhì)量的10%~50%）、FeCl3（污泥干固體質(zhì)量的3%~15%）、PAM（投加濃度為1 mg/L）調(diào)理后泵入高壓隔膜板框壓濾，使污泥含水率達50%以下，最終進入填埋場填埋。污泥深度脫水原理圖如圖2所示。
04 運行情況及技術(shù)經(jīng)濟分析
根據(jù)驗收監(jiān)測報告的監(jiān)測結(jié)果可知污水廠出水可穩(wěn)定達到GB 19818—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測結(jié)果如表3所示。
05 結(jié)論
現(xiàn)行環(huán)保政策對污水出水標(biāo)準(zhǔn)越來越高，污泥含水率要求也更高。工程中出水的穩(wěn)定和污泥壓榨后含水率的達標(biāo)對設(shè)計提出了更高要求，本文分析了實際工程設(shè)計和運行情況，以期對環(huán)保行業(yè)工作人員提供參考。
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