張 磊，張福波，單連斌，王鴦鴦

（1.沈陽環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧沈陽 110167；2.遼寧城建設(shè)計院有限公司，遼寧撫順 113008；3.中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會，北京 100037）

1 工程概況

沈陽市道義污水處理廠歷經(jīng)兩期工程建設(shè)，一期設(shè)計處理能力為2.5×104m3/d，于2010 年投入運營；二期設(shè)計處理能力為2.5×104m3/d，于2015 年竣工運行。匯水區(qū)域內(nèi)以大專院校和居民生活區(qū)為主，工業(yè)企業(yè)為輔。企業(yè)以中小型為主，多從事農(nóng)副食品加工或食品制造行業(yè)。

一、二期工程二級處理采用傳統(tǒng)A2/O 工藝，末端采用高密度沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池作為深度處理單元，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。處理后的尾水排入南小河，最終匯入蒲河。剩余污泥經(jīng)脫水后含水率下降至80%，用于制備蚯蚓養(yǎng)殖基料。

由于政府對周邊地區(qū)的開發(fā)力度持續(xù)加大，污水處理廠已滿負(fù)荷運行。根據(jù)遼寧省和沈陽市的相關(guān)規(guī)定和要求，同時結(jié)合沈北新區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，污水處理廠需要在原基礎(chǔ)上進行擴建，以推動蒲河流域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善。

2 工程設(shè)計

2.1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

三期工程建設(shè)用地位于污水處理廠的東南側(cè)，設(shè)計規(guī)模為5.0×104m3/d。通過統(tǒng)計分析一、二期工程近年來的實際運行數(shù)據(jù)，將實際進水水質(zhì)與原設(shè)計水質(zhì)進行比較，確定三期擴建工程設(shè)計進水水質(zhì)。設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計進、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Table 1 Design influent and effluent quality mg/L

2.2 工藝流程

道義地區(qū)的排水管網(wǎng)多為合流制，存在著復(fù)雜的多源滲漏；分流制管網(wǎng)由于管道私接、雨污混接等原因，也呈現(xiàn)出典型的合流制特征，因此污水處理廠的進水水質(zhì)、水量存在一定波動。項目要求工藝耐沖擊負(fù)荷能力強，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比選，三期工程二級處理采用多模式A2/O 工藝；同時采用乙酸鈉作為補充碳源，聚合氯化鋁（PAC）作為化學(xué)除磷劑，確保工藝的脫氮除磷效果。

綜合考慮排放標(biāo)準(zhǔn)、運行管理和技術(shù)改造空間等多方面因素，混凝沉淀單元沿用既有工藝路線，采用高密度沉淀池，過濾單元選用連續(xù)流砂過濾器。連續(xù)流砂過濾器采用單一均質(zhì)的石英砂濾料，可同時進行過濾和洗砂，無需停機反沖洗，已在城鎮(zhèn)污水深度處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用〔1〕。連續(xù)流砂過濾器具有操作管理簡便，出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點，通過簡單改造后還能夠具備生物硝化/反硝化功能，可以滿足三期工程的技術(shù)要求。

污水處理廠三期工程的具體工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

2.3 工程特點

由于受雨污合流影響，污水處理廠進水水質(zhì)的季節(jié)性變化明顯，加之匯水區(qū)域內(nèi)的企業(yè)污染治理設(shè)施運行水平普遍不高，事故排放或超標(biāo)排放也可能對污水處理廠造成沖擊，單一的運行模式難以應(yīng)對水質(zhì)變化。

本工程采用的多模式A2/O 工藝可以實現(xiàn)常規(guī)A2/O 工藝、分點進水倒置A2/O 工藝、改良A2/O 工藝等多種運行模式，對水質(zhì)變化的適應(yīng)性強〔2〕。生化池的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)共設(shè)置6 格，每格池型相同，并各安裝雙曲面攪拌器1 臺；同時設(shè)置了進水分配渠道和內(nèi)回流液分配管道，通過控制調(diào)節(jié)堰門即可實現(xiàn)各運行模式的切換，具體平面布置見圖2。

圖2 多模式A2/O 工藝平面布置Fig.2 Layout of multi-mode A2/O process

由圖2 可知，以常規(guī)A2/O 模式運行時，污水從1#進水點位進入①號池，硝化液經(jīng)2#內(nèi)回流點位進行回流，流程為厭氧—缺氧—好氧。傳統(tǒng)A2/O 工藝由于厭氧釋磷和反硝化過程對基質(zhì)的競爭，以及回流污泥中攜帶硝酸鹽和溶解氧等問題，難以同時保證脫氮和除磷效果〔3〕，適用于對脫氮除磷效率要求不高的情況。

以分點進水倒置A2/O 模式運行時，污水分別從1#和3#進水點位進入，硝化液全部經(jīng)3#內(nèi)回流點位進行回流，流程為缺氧—厭氧—好氧。分點進水倒置A2/O 工藝能夠根據(jù)進水水質(zhì)調(diào)節(jié)缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的進水比例，兼顧脫氮除磷對碳源的需求〔4〕，適用于對生物脫氮要求較高的情況。

以改良A2/O 模式運行時，1#和2#進水點位分別進水，硝化液經(jīng)1#內(nèi)回流點位進行回流，流程為缺氧—厭氧—缺氧—好氧。改良A2/O 工藝?yán)眠M水中的碳源消除了回流污泥中硝酸鹽對厭氧區(qū)的不利影響，保證了厭氧釋磷的效果〔5〕，適用于對生物除磷要求較高的情況。

2.4 主要構(gòu)筑物及設(shè)備

（1）粗格柵間與提升泵房。粗格柵間與提升泵房合建，平面尺寸為18 m×24 m。設(shè)計粗格柵渠道2條，每條渠道內(nèi)安裝回轉(zhuǎn)式格柵1 臺，設(shè)備寬度為1.8 m，柵條間隙為20 mm。集水井內(nèi)安裝提升泵4臺，2 用2 備，單泵流量1 000 m3/h，揚程13 m。

（2）細(xì)格柵間與旋流沉砂池。細(xì)格柵間與旋流沉砂池組合建設(shè)，尺寸L×B×H=18 m×18 m×10 m，雙層框架結(jié)構(gòu)。一、二期工程細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式格柵，大量漂浮物翻過格柵頂部后不能落入接料口，導(dǎo)致出水漏渣率高。本工程設(shè)計細(xì)格柵渠道2 條，每條渠道安裝階梯式格柵1 臺，設(shè)備寬度為2.0 m，柵條間隙為3.0 mm。旋流沉砂池尺寸為D3.05 m×1.1 m，水力停留時間為38.3 s。

（3）生化池。新建多模式A2/O 生化池1 座，分為2 組，尺寸L×B×H=80.3 m×73.5 m×8.0 m，設(shè)計停留時間為17.4 h，其中好氧區(qū)停留時間為10.8 h。生化池設(shè)計污泥負(fù)荷為0.066 kg/（kg·d）（以BOD5計），污泥齡為16 d。設(shè)計污泥回流比為50%～100%，內(nèi)回流比為150%～300%。

（4）二沉池及污泥回流池。二沉池采用周邊進水、周邊出水的圓形輻流式沉淀池，共2 座。單座池體直徑為40 m，總池深5.2 m，設(shè)計表面負(fù)荷為1.14 m3/（m2·h）。

新建污泥回流池1 座，半地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，池體直徑14.8 m。污泥回流池配套安裝污泥回流泵3 臺，2 用1備，單泵流量為765 m3/h，揚程為5 m；剩余污泥泵2臺，1 用1 備，單泵流量為50 m3/h，揚程為15 m。

（5）高密度沉淀池。新建高密度沉淀池2 座，每座平面尺寸為27.2 m×12.4 m。高密度沉淀池混合區(qū)水力停留時間為2.5 min，設(shè)計PAC 投加濃度為10～15 mg/L；絮凝反應(yīng)區(qū)水力停留時間為10 min，設(shè)計PAM 投加量為1 mg/L；沉淀區(qū)為斜管沉淀池，共計安裝乙丙共聚蜂窩填料230 m3。

（6）連續(xù)流砂過濾。過濾設(shè)備采用56 套連續(xù)流砂過濾器，每套設(shè)備砂床高度為2 000 mm，過濾面積為6 m2，峰值流量過濾速度為9.22 m/h。過濾介質(zhì)采用表面飽滿、含硅量高的天然石英砂，粒徑為1.2～2.0 mm，性能參數(shù)符合《水處理用濾料》（GJ/T 432—2005）相關(guān)要求。

（7）接觸消毒池。新建接觸消毒池1 座，尺寸L×B×H=60 m×12 m×4.0 m，設(shè)計水力停留時間30 min，設(shè)計有效氯投加量為10 mg/L。配套PE 儲藥罐2 套；隔膜計量泵2臺，1用1備，單泵流量為1 000 L/h，揚程50 m，可手動調(diào)節(jié)沖程。

（8）配套建筑。鼓風(fēng)機房：選用3 臺空氣懸浮鼓風(fēng)機，2 用1 備，變頻運行。單臺風(fēng)量為125 Nm3/h，風(fēng)壓為78.4 kPa，配套電機功率為187 kW。加藥間：除磷劑選用PAC，投加點分別為生化池末端和高密度沉淀池混合區(qū)，設(shè)計最大投加量為72 kg/h。助凝劑選用PAM，配置三腔絮凝裝置1 套，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，最大投加量為2 708.3 L/h。碳源選用乙酸鈉，投加點設(shè)置在生化池缺氧段，設(shè)計最大投加量為91.25 kg/h。污泥脫水間：選用3 臺臥式螺旋沉降離心機，2 用1 備，每天運行16 h。單臺處理能力為50 m3/h，進泥含水率99%以上，出泥含水率低于80%。

3 運行效果

污水處理廠擴建工程于2019 年11 月份開始通水試運行，2 個月后運行趨于穩(wěn)定。2020 年系統(tǒng)平均進水量為4.65×104m3/d，最大進水量為5.96×104m3/d，2020 年全年實際進、出水水質(zhì)見表2。

表2 實際進、出水水質(zhì)Table 2 Actual influent and effluent quality mg/L

由表2 可知，進水各項指標(biāo)波動劇烈，COD、SS經(jīng)常超出設(shè)計水質(zhì)，進水總磷濃度也偶有超標(biāo)情況；同時8—9 月份的進水濃度明顯低于其他月份，呈現(xiàn)出季節(jié)性變化。該廠出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項指標(biāo)均能達到或優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A 標(biāo)準(zhǔn)，運行數(shù)據(jù)顯示設(shè)計工藝對水質(zhì)變化具有良好的適應(yīng)性。

4 經(jīng)濟效益分析

本工程總投資約1.26億元，其中工程費用約1.10億元，噸水基建投資為2 200元。廠區(qū)占地47 200 m2，噸水用地指標(biāo)約為0.94 m2/（m3·d），符合《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318—2017）相關(guān)要求。處理量折算后單位總成本為0.875元/m3，單位經(jīng)營成本為0.534元/m3，運行電耗約為0.30 kW·h/m3，工程運行費用及能耗較低。

5 結(jié)論

道義污水處理廠進水水質(zhì)、水量波動大，季節(jié)性變化明顯，并混有部分工業(yè)廢水，采用運行模式單一的傳統(tǒng)生化工藝存在一定的風(fēng)險性。擴建工程采用多模式A2/O 工藝，運行模式能夠根據(jù)進水條件進行適時切換；同時新增高密度沉淀池+連續(xù)流砂過濾池作為深度處理單元，確保出水水質(zhì)滿足設(shè)計要求。運行實踐表明，本工程耐沖擊負(fù)荷能力強，脫氮除磷效果穩(wěn)定，出水各項指標(biāo)均能達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。