王兴斌
（中国恩菲工程技术有限公司，北京市 100038）
北方某城市污水处理一期工程设计规模为10.0×104m3/d，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A 排放标准。
2018 年启动了污水厂的扩建工程，设计规模8.0×104m3/d，2021 年6 月开始投入运行。本文分析了在工程占地有限的条件下，扩建工程工艺的选择，并对设计特点和运行效果进行说明。
1.1 设计规模
2017 年污水厂处理水量为9.5×104～13.6×104m3/d，保证率85%时水量为12.1×104m3/d，高于设计规模的21%，污水厂已超负荷运行。通过污水量预测分析，确定了本次扩建工程的设计规模为8.0×104m3/d。
1.2 进出水水质
对污水厂2017 年的运行情况进行分析，保证率在85%和90%时进水指标见表1，结合《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）标准，确定污水厂的设计进水水质。扩建工程设计进出水水质见表1。
表1 进出水水质 单位：mg/L
2.1 污水厂用地现状
经现场调研，厂区用地红线面积为168498 m2，一期工程已使用面积131122 m2，本次扩建工程可用面积仅37376 m2，且厂区周边没有扩建用地条件。根据《城市污水处理工程项目建设标准》，8 万m3/ d规模的污水厂二级处理工艺用地控制指标为1.08 m2/（m3·d-1），深度处理工艺用地控制指标为0.32 m2/（m3·d-1），总用地控制面积为112000 m2。扩建工程可用面积远小于用地控制指标。因此，扩建工程设计时需考虑节省占地、集约化布置。
2.2 处理工艺选择
经比选分析，扩建工程采用“初沉池- 多级AO生化池- 高速气浮池- 反硝化深床滤池”处理工艺，流程如图1 所示。
图1 扩建工程工艺流程
扩建工程包含一级处理、二级处理和三级处理等单元构筑物。
由于设计进水SS 较高，在生化池前设置了初沉池，采用沉淀效率高、结构紧凑的斜管沉淀池。该沉淀池池体结构和高密度沉淀池类似，表面负荷为6～12 m3/（m2·h），与传统沉淀池相比，可节省约2/3 的占地。
二级处理采用多级AO 生化工艺，流程图如图2所示，污泥回流至预缺氧区可降低硝酸盐对厌氧区生物除磷的不利影响。好氧区后设置了二段缺氧区和好氧区，进水和混合液回流采用多点布置，可根据进水水质的变化调整运行方式[1-3]。
图2 多级AO 工艺流程
深度处理包含高速气浮池和反硝化深床滤池。高速气浮池集混凝、絮凝和气浮于一体，与高密度沉淀池比较，具有絮凝时间短、占地面积小的优点。反硝化深床滤池兼具过滤和脱氮功能，目前已广泛应用于污水厂的深度处理[4-5]。
污泥经重力浓缩池和离心脱水处理后，含水率不大于80%，泥饼外运处置。
3.1 一级处理单元
（1）粗格栅和提升泵房1 座，安装钢丝绳牵引格栅除污机2 台，格栅宽1600 mm，格栅间隙20 mm，安装角度75°。提升泵房设4 台潜水排污泵，流量1445 m3/h，扬程20 m。
（2）细格栅及曝气沉砂池1 座，回转式格栅除污机2 台，格栅宽度2200 mm，间隙5 mm，配套无轴螺旋输送机1 台。曝气沉砂池分2 格，有效水深3.5 m，停留时间5 min，配套吸砂机和砂水分离器。
3.2 初沉池和二级处理单元
扩建工程的初沉池、生化池和二沉池采取组合布置形式，实现了集约化，减少占地面积。
（1）初沉池1 座2 格，包含配水渠、澄清池、污泥泵房及浮渣排放系统。澄清区设斜管及支撑件，表面负荷11.9 m3/（m2·h），每组配套中心驱动刮泥机1 套，直径15 m，污泥泵房设排泥泵3 台，流量150 m3/h，扬程7 m，污泥排至新建的污泥浓缩池，浮渣经渣水分离器分离。初沉池出水渠直接和生化池进水分配井相连。
（2）生化池1 座2 格，总有效容积70000 m3，设计水深7.5 m，总水力停留时间21 h。好氧区设管式微孔曝气器，单管设计供气量11 m3/（h·m）。缺氧区和厌氧池设潜水搅拌机。混合液回流泵设于一段好氧区末端，设计最大混合液回流比300%，混合液回流至厌氧池和一段缺氧池，单格混合液回流泵4 台，流量1667 m3/h，扬程1.2 m。
（3）平流式沉淀池1 座8 格，单格尺寸70 m×8.5 m，有效水深4.0 m，平均表面负荷0.7 m3/（m2·h）。设桁车式刮泥机4 台，污泥渠和生化池相连，设外回流泵6 台，流量833 m3/h，扬程3 m，最大污泥回流比100%。剩余污泥泵3 台，流量150 m3/h，扬程20 m。
3.3 深度处理单元
（1）高速气浮池3 组，包括混合区、絮凝区和气浮区。混合时间4.6 min，絮凝时间7.8 min，气浮区表面水力负荷11.4 m3/（m2·h）。
混合区设置机械搅拌器，絮凝区采用水力絮凝，气浮池表面浮渣经链条式刮泥机收集后排至污泥浓缩池，出水通过底部穿孔板收集。
（2）反硝化深床滤池1 座6 格，平均滤速为4.9 m/h，单格反冲洗时强制滤速5.88 m/h。反冲洗设备用房设3 台反冲洗水泵，流量970 m3/h，扬程10 m。设3 台风反洗风机，风量82 m3/min，风压70 kPa。
（3）消毒池1 座，设紫外消毒器2 套，消毒池出水排至厂区已有的巴氏计量槽，与一期工程的出水合并计量和排放。
3.4 污泥处理单元
（1）重力浓缩池2 座，接纳初沉污泥、剩余污泥及化学污泥。浓缩池直径15 m，有效水深3.8 m。每座安装中心传动浓缩刮泥机1 台。
（2）脱水机房平面尺寸28 m×18 m，设离心脱水机4 台，单台进泥量40～80 m3/h；
污泥进料螺杆泵4 台，单台流量40～80 m3/h，扬程20 m；
脱水后污泥螺杆泵4 台，单台流量10 m3/h，扬程16 m。
3.5 除臭系统
生物除臭系统1 套，处理量20000 m3/h，采用生物过滤除臭工艺，对粗格栅、细格栅、沉砂池、浓缩池和脱水机产生的臭气进行收集和处理，臭气经过滤池中微生物填料层时被吸附降解成无害的小分子物质[6]。处理后，尾气达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》废气排放最高允许浓度（GB 18918—2002）中二级标准。
3.6 其他建（构）筑物
（1）中间提升泵房，为满足尾水排放的水力要求，在高速气浮池前设提升泵房1 座，泵房设潜水泵4台，单台流量1445 m3/h，扬程10 m。
（2）鼓风机房1 座，设离心鼓风机4 台，单台风量120 m3/min，风压8.5 m。
（3）加药间1 座，设置碳源、PAC、PAM 和次氯酸钠加药系统。
（1）选择占地面积小、处理效率高的“多级AO-高速气浮池-反硝化深床滤池”工艺。高速气浮池可去除二沉池出水中SS 和TP，反硝化深床滤池同时具有脱氮和过滤功能。
（2）总图布置上根据功能分区优化构筑物选型，将初沉池、生化池和二沉池组合设计，极大节约了占地面积。
（3）多级AO 生化池可根据进水水质变化灵活调整厌氧区、缺氧区等进水点流量，实现高效脱氮除磷。
（4）在生化池一段缺氧区、二段缺氧区、深床滤池均设置碳源加药点，在生化池出水口、高速气浮池进水口均设计除磷药剂投加点，保证脱氮除磷效果。
（5）合理设计超越管线，根据水质水量和运行情况灵活选择工艺路线，降低运行成本。比如进水悬浮物浓度较低（SS≤250 mg/L）时，可超越初沉池；
二沉池出水水质好时，可超越高速气浮池。
扩建工程于2020 年6 月投入试运行，对2021年全年实际进出水水质进行统计分析，污水处理厂进出水主要水质指标见表2。
表2 实际运行进出水水质 单位：mg/L
由表2 可知，污水处理厂进水各项指标波动性较大，85%保证率下进水NH3-N、TN 浓度为70.95 mg/L 和81.2 mg/L，远高于设计进水水质。COD、SS、NH3-N、TN、TP 平均去除率分别达到88.90%、96.24%、97.31%、78.00%、92.87%。出水各项指标均满足排放要求。
扩建工程设计规模8.0×104m3/d，工程总投资约2.8 亿元，吨水投资约3500 元/m3。污水处理直接运行成本约0.80 元/m3，其中运行电耗0.58 kW·h/m3，电费0.32 元/m3；
药剂费为0.43 元/m3；
人工费为0.05 元/m3。
北方某城市污水处理厂扩建工程规模8.0×104m3/d，采用“多级AO 生化池- 高速气浮池- 反硝化深床滤池”处理工艺。运行结果表明，出水各项指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 排放标准要求。设计采用集约化理念，将初沉池、生化池、二沉池合建，项目实际用地指标为0.47 m2/m3·d，远低于《城市污水处理工程项目建设标准》中控制指标。
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