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1、工程概況

山東省北部某沿海地級市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)現(xiàn)狀生活污水主要通過泵站輸送至開發(fā)區(qū)工業(yè)污水處理廠，該地區(qū)近年來進行了污水管網(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)模無法滿足要求，因此開發(fā)區(qū)決定專門建設(shè)1座生活污水處理廠。該污水廠設(shè)計規(guī)模遠期為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5055萬元。污水廠效果圖見圖1。

2、進、出水水質(zhì)及工藝選擇

本工程主要收集開發(fā)區(qū)生活污水，為準確預測進水水質(zhì)，選取該片區(qū)內(nèi)幾個典型小區(qū)與生活污水泵站的水樣進行測定，通過取樣分析以及《污水排入城鎮(zhèn)下水道標準》（GB/T31962—2015）綜合確定本次設(shè)計進水水質(zhì)，同時根據(jù)當?shù)丨h(huán)保要求，出水主要指標COD、TP、氨氮需達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）Ⅳ類標準，TN≤12mg/L，其余指標執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。本次工程設(shè)計進、出水水質(zhì)見表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相對較低。經(jīng)分析可能是由于該地區(qū)沿海，飲食中海鮮類食物較多，生活污水中TN及氨氮較高；同時地處工業(yè)園區(qū)，可能會有部分工業(yè)廢水混入，導致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致進水BOD5較低。由于COD、TP的出水標準較為嚴格，故COD和TP也是本次設(shè)計的重點和難點。

結(jié)合上述水質(zhì)分析，本次工藝選擇如下：

①對COD和BOD5的去除。本工程進水B/C=0.4，可生化性較好。常規(guī)市政污水采用各類改良A2O工藝配合深度處理，出水COD能達到30~40mg/L左右。由于污水廠尾水的受納水體屬于當?shù)氐闹攸c監(jiān)控河流，需增設(shè)高級氧化處理工藝進一步去除COD，保障最終出水COD及BOD5穩(wěn)定達標。

②對TN的去除。本工程設(shè)計進水TN為110mg/L，出水TN≤12mg/L，去除率要求大于89%。進水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、節(jié)省碳源的處理工藝，而根據(jù)Bardenpho工藝原理，多級AO的理論TN去除率可達90%~95%。研究表明，北京等地污水處理廠采用多級AO工藝，TN去除率為85%~88%；西安某污水廠單獨應用多級AO，TN去除率約為80%。因此，本次生化主處理工藝選擇多級AO，同時考慮進水TN波動，深度處理采用反硝化深床濾池作為TN達標的保障措施。

③對氨氮的去除。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間的情況下可以穩(wěn)定達標?？紤]冬季時生化池出水氨氮波動，在二沉池后增設(shè)接觸氧化池進一步保障氨氮達標。

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因為BOD5濃度低導致進水碳氮比較低，難以進行反硝化去除總氮，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因進水水量及水質(zhì)有一定波動，污水廠工藝流程中需設(shè)置多段超越管線，根據(jù)進水水質(zhì)及實際運行情況進行靈活調(diào)整，從而降低污水廠的運行成本。

3、工藝設(shè)計

3.1 工藝流程

污水處理工藝流程見圖2。

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)計參數(shù)

3.2.1 預處理構(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)筑物的正常運行。池數(shù)1座，設(shè)計流量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，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，實現(xiàn)重力流動順序處理污水。池數(shù)1座，設(shè)計流量Qmax=658.3m3/h。近期設(shè)置3臺水泵，2用1備，Q=220m3/h，N=18.5kW，遠期增加2臺。

③細格柵及曝氣沉砂池：進一步去除污水中細小懸浮物，降低生物處理負荷，以保證后續(xù)處理流程的正常進行。池數(shù)1座，設(shè)計流量Qmax=658.3m3/h。旋轉(zhuǎn)細格柵渠寬1000mm、柵縫5mm，共兩條；曝氣沉砂池1座，分兩格，停留時間4.5min，配備桁車式吸泥機1臺（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，影響運行，且污水廠排放水體標準較高，故增加調(diào)節(jié)事故水池，提高安全系數(shù)。池數(shù)為近期、遠期各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，停留時間16h，設(shè)置排水泵2臺，Q=70m3/h，N=5.5kW。調(diào)節(jié)池的停留時間為8h，設(shè)置排水泵3臺，Q=70m3/h，N=5.5kW。

3.2.3 二級生化處理構(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)各類微生物降解污水中的有機物、氮和磷。池數(shù)為近期、遠期各1座。單座設(shè)計流量Qave=210m3/h，總尺寸為66m×25m×6.3m。綜合生化池示意見圖3，工藝參數(shù)見表2。

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

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

接觸氧化池設(shè)計如下：HRT=2.8h，配備組合生化填料V=366m3，穿孔曝氣管1套。其進水渠前設(shè)置超越渠道，當前段氨氮出水達標時可進行超越。

②乙酸鈉投加系統(tǒng)：平均進水量約為5000m3/d，平均進水COD為300mg/L、BOD5為120mg/L。進水TN為110mg/L，未加碳源時平均去除40mg/L，出水按照11mg/L計算，則外加碳源去除TN約為59mg/L，要實現(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)計投加量為30mg/L，多級AO池根據(jù)理論計算及污水廠運行實踐，確定三級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鼓風機房：因污水廠水量及水質(zhì)存在波動，磁懸浮鼓風機采用大小機型搭配設(shè)計。鼓風機1數(shù)量1臺，Q=30m3/min，P=65kPa，N=50kW；鼓風機2數(shù)量2臺，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)鼓風機的運行臺數(shù)和送風量。當進水流量低或TN濃度較低時，啟動鼓風機1，變頻控制；當進水流量高或TN濃度較高時，啟動鼓風機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，增強絮凝反應，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。表面負荷qave=8.33m3（/m2·h）。配套攪拌機、刮吸泥機、高剪機、磁分離器等設(shè)備。

②反硝化深床濾池：通過濾池的反硝化及過濾作用，進一步去除SS和TN。設(shè)計流量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、廢水池與遠期濾池合用。有效濾料總體積92m3，單格過濾面積16.82m2，總過濾面積50.46m2，設(shè)計濾速4.13m/h，強制濾速6.20m/h，硝態(tài)氮去除負荷為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，進一步去除水中難降解有機物，設(shè)計最高去除COD為10mg/L?？偝叽鐬?6.8m×4.35m×7.4m，停留時間2.0h，臭氧池內(nèi)配備均相催化反應器1臺，循環(huán)泵房配備Q=60m3/h、N=7.5kW、H=240kPa的臥式離心泵3臺（2用1冷備）。臭氧設(shè)計投加量為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（1用1備），臭氧產(chǎn)生量為3kg/h，N=25.5kW。

⑤接觸消毒池+巴氏計量槽：存儲中水及消毒，并進行出水計量。設(shè)計規(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，停留時間0.7h。

4、運行效果及技術(shù)經(jīng)濟分析

4.1 運行效果及分析

該工程于2019年7月1日開工，2021年6月18日完成竣工驗收，2021年8月開始系統(tǒng)的試運行和調(diào)試，采用24h連續(xù)運行。2021年—2022年，本工程平均進水量為4200m3/d。2021年8月—2022年7月平均進、出水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)見表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)定達到地表水Ⅳ類標準，TN穩(wěn)定在12mg/L以下。目前污水廠已經(jīng)通過相關(guān)部門驗收，獲得了良好的社會效益和環(huán)境效益。

②進水水質(zhì)的最大特點是低碳高氮，進水TN高達110mg/L，而BOD5較低。選擇脫氮效率較高的多級AO工藝，能保證在生化段最大程度進行反硝化脫氮。從運行反饋來看，生化池出水TN基本降至12mg/L以下，減輕了后續(xù)深度處理脫氮負荷，降低了生產(chǎn)成本。

③深度除磷采用磁混凝沉淀池，從運行效果來看，出水水質(zhì)良好。在部分時段進水TP超過設(shè)計指標的情況下，通過增加投藥量等措施可以保證出水TP達標。

④進水雖然為生活污水，但是出水指標較嚴格。從近一年污水廠運行數(shù)據(jù)來看，磁混凝沉淀出水COD約30mg/L，不能穩(wěn)定達標，需通過臭氧催化氧化作用進一步降解COD，在投加設(shè)計臭氧量的情況下，可以保證出水COD穩(wěn)定達標。

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

4.2 工程投資及運行費用

工程總投資5055萬元，單位總成本8.7元/m3，單位經(jīng)營成本7.08元/m（3按照最不利設(shè)計水質(zhì)計算），其中藥劑費3.78元/m3，電費1.3元/m3，污泥處理費0.1元/m3，管理維修費1.9元/m3。自正式運行以來，根據(jù)進水水質(zhì)、水量變化，及時調(diào)整工藝參數(shù)，合理超越某些深度處理單體，運行成本得到有效降低。根據(jù)該污水廠近一年的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)平均運行成本約4.2元/m3。

5、結(jié)論

①對于低碳高氮污水的處理，應盡量選用脫氮效率高的生化處理工藝（多級AO、Bardenpho等），使TN在生化池盡可能達標，后續(xù)反硝化深度處理可作為保險措施，降低運行成本。

②磁混凝沉淀池對TP去除效果顯著，在高排放標準下，可作為污水廠TP達標排放的深度處理措施。

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