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1、工程概況

某鎮(zhèn)區(qū)污水處理廠目前已完成三期工程建設(shè)，污水處理能力為15×104m3/d，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)》（GB18918—2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)與廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)中較嚴(yán)者。該鎮(zhèn)區(qū)面積85.09km2，常住總?cè)丝?9.05萬人，目前已形成以牛仔服裝、汽車、摩托車及其零部件為主的三大支柱產(chǎn)業(yè)，并初步形成產(chǎn)業(yè)聚集和組團(tuán)發(fā)展。隨著區(qū)域內(nèi)人口的增多和大型企業(yè)的引進(jìn)，現(xiàn)有污水處理能力已飽和，本次啟動污水處理廠四期擴(kuò)建工程，設(shè)計規(guī)模5×104m3/d，出水主要指標(biāo)COD、BOD5、NH3-N、TP執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)與廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)中較嚴(yán)者。

設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

該污水處理廠四期擴(kuò)建工程于2019年8月完成主體竣工驗收，并完成通水及聯(lián)動試車。目前污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定，污水處理達(dá)標(biāo)率100%。

2、工藝選擇

2.1 強(qiáng)化預(yù)處理工藝

本項目的服務(wù)對象包括富士康等工業(yè)企業(yè)，企業(yè)事故排放會造成沖擊負(fù)荷以及有毒有害物質(zhì)的超標(biāo)排放，對污水廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較大影響。對于沖擊性負(fù)荷或者有毒有害物質(zhì)，通常在預(yù)處理端設(shè)置強(qiáng)化處理工藝。本工程結(jié)合實際進(jìn)水水質(zhì)，分別對水解酸化和混凝初沉兩種強(qiáng)化預(yù)處理工藝進(jìn)行比較。

水解酸化在中高濃度的工業(yè)廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)常作為厭氧工藝的前處理工藝，起到預(yù)酸化作用，提高厭氧反應(yīng)器的處理效率。但在市政污水領(lǐng)域，水解酸化工藝很少使用，主要原因是水解酸化屬于生化處理，需要消耗有機(jī)物，中高濃度的工業(yè)廢水含有足夠的碳源，不存在碳源不足問題。市政污水通常BOD5濃度不高，碳源不足，如果采用水解酸化將加劇碳源不足，使得后續(xù)反硝化脫氮需要補(bǔ)充更多碳源，增加資源消耗。

混凝初沉池是集混凝反應(yīng)與沉淀于一體的污水處理構(gòu)筑物，可在混凝劑的作用下，使污水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，將沖擊負(fù)荷中的部分SS和有毒有害物質(zhì)分離，既能高效降低SS、色度等水質(zhì)指標(biāo)，又能去除多種有毒有害污染物。

考慮到水解酸化的局限性，本工程采用混凝初沉作為強(qiáng)化預(yù)處理工藝，以便更有效地應(yīng)對沖擊性負(fù)荷或者有毒有害物質(zhì)，更好地保護(hù)后續(xù)生化處理系統(tǒng)。

2、二級生物處理

結(jié)合本項目的實際情況，以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸趨嚴(yán)的大背景，污水處理的主體工藝需要滿足以下原則：

①脫氮除磷性能優(yōu)越，尤其是脫氮性能無法通過化學(xué)方式彌補(bǔ)，生化系統(tǒng)自身的脫氮效率極為重要；

②系統(tǒng)脫氮性能有較大提升潛力，滿足未來可能的更高TN排放標(biāo)準(zhǔn)；

③本項目為PPP項目，投資、運(yùn)行費(fèi)用需適中；

④機(jī)械設(shè)備少，運(yùn)行簡單，維護(hù)需求少。

立項階段對改良A2O、改良Bardenpho工藝及廣東地區(qū)常用的A/A/O微曝氧化溝工藝進(jìn)行了比選，三種工藝處理效果都可達(dá)標(biāo)，但從目前的的研究和實際應(yīng)用來看，在同等條件下改良Bardenpho工藝系統(tǒng)反硝化更徹底，其出水氨氮和硝酸鹽氮的濃度要明顯低于改良A2O和A/A/O微曝氧化溝工藝，其較高的脫氮效率更容易滿足未來更高的TN排放標(biāo)準(zhǔn)，對碳源利用效率高，節(jié)約碳源投加量，混合液內(nèi)回流比較低，節(jié)約了回流電耗，運(yùn)行費(fèi)用更低，運(yùn)行簡單，易維護(hù)。因此，推薦采用改良Bardenpho工藝。

2.3三級深度處理

污水廠的二級處理出水濁度低，屬于低濁水，水中雜質(zhì)濃度低，微粒尺寸小且顆粒分布均勻，不利于顆粒碰撞絮凝，常規(guī)混凝沉淀的絮凝反應(yīng)慢，生成的絮凝體（礬花）粒徑小、松散、質(zhì)量小，不易沉降。

考慮到二級處理出水的水質(zhì)特點(diǎn)，選用上升流速較大、占地面積小、綜合投資省、運(yùn)行穩(wěn)定的粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池作為集約三級深度處理工藝，在保證處理效果滿足要求的前提下，縮短處理流程。

2.4 人工濕地

本項目尾水作為河道的生態(tài)補(bǔ)給水，為了穩(wěn)定出水水質(zhì)，減少污水廠出水對受納水體的負(fù)面影響，末端采用人工濕地穩(wěn)定處理工藝。

各種類型人工濕地在建設(shè)投資成本、占地面積、運(yùn)行管理、景觀效果、單位面積日處理水量、凈化效果等方面存在一定差異，為達(dá)到相近處理能力，比較如下：

①投資建設(shè)成本，垂直潛流人工濕地>水平潛流人工濕地>表面流人工濕地；②占地面積，表面流人工濕地>潛流人工濕地；

③運(yùn)行管理，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

④人工痕跡，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

⑤單位面積日處理水量，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

⑥凈化效果，潛流人工濕地>表面流人工濕地。

實際應(yīng)用中應(yīng)因地制宜選擇適宜的人工濕地或幾種人工濕地的組合。對于本工程，采用垂直潛流人工濕地更為適宜，其原因在于：①單獨(dú)使用表面流濕地所需要的土地面積將非常大，不符合土地利用現(xiàn)狀和功能規(guī)劃；②垂直潛流人工濕地占地面積較小、污染物去除效果好、衛(wèi)生環(huán)境好，符合本工程高標(biāo)準(zhǔn)出水的水質(zhì)要求。

2.5 工藝流程

污水、污泥處理工藝流程見圖1。

3、核心單元設(shè)計

3.1 混凝初沉池

混凝初沉池用于應(yīng)急處理，去除污水中超標(biāo)SS、重金屬等，正常狀態(tài)可超越。

設(shè)混凝初沉池1座，設(shè)計規(guī)模5×104m3/d，變化系數(shù)1.39，內(nèi)分2組。混合3min，絮凝15min，表面負(fù)荷7.95m3（/m2·h），構(gòu)筑物尺寸（L×B×H）=29.20m×25.25m×6.90m。主要設(shè)備：混合攪拌器2臺，槳葉直徑1.2m，N=11kW；絮凝攪拌器2臺，葉輪直徑2.5m，N=7.5kW；刮泥機(jī)2臺，D=13m，N=0.37kW；剩余污泥泵2臺，Q=52m3/h，H=50kPa，N=3kW；備用污泥泵2臺，Q=52m3/h，H=50kPa，N=3kW；回流污泥泵2臺，Q=21~52m3/h，H=50kPa，N=3kW；斜板填料安裝面積262m2，斜板斜長1.2m，管內(nèi)徑80mm，安裝角度60°。

3.2 改良Bardenpho生化池

改良Bardenpho生化池由預(yù)缺氧、厭氧、缺氧、好氧、后缺氧、后好氧等部分組成。預(yù)缺氧段：反硝化去除回流污泥中的硝態(tài)氮，增強(qiáng)除磷效果；厭氧段：生物除磷；缺氧段：利用污水中的碳源將好氧段處理后的硝態(tài)氮還原成氮?dú)猓瓿擅摰?，同時，BOD5下降；好氧段：氧化有機(jī)物，硝化；后缺氧段：利用內(nèi)源呼吸的內(nèi)碳源或者外加碳源，進(jìn)一步進(jìn)行反硝化反應(yīng)；后好氧段：確保生物池出水有機(jī)物的控制。

設(shè)改良Bardenpho生化池2座，單座設(shè)計規(guī)模2.5×104m3/d，變化系數(shù)為1.39，污泥負(fù)荷為0.073kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥濃度為3500mg/L，污泥齡為16d，總停留時間為16.3h，其中預(yù)缺氧0.5h、厭氧1.5h、缺氧5.5h、好氧6.0h、后缺氧2.0h、后好氧0.8h，內(nèi)回流比100%～300%，氣水比5.5∶1，有效水深7m，構(gòu)筑物尺寸（L×B×H）=56.20m×45.50m×8.00m。

主要設(shè)備：雙曲面攪拌器2臺，D=2.5m，N=4.0kW，安裝于預(yù)缺氧段；低速潛水推流器2臺，D=2.1m，N=5.5kW，安裝于厭氧段；低速潛水推流器4臺，D=2.5m，N=7.5kW，安裝于缺氧段；低速潛水推流器2臺，D=1.8m，N=5.5kW，安裝于后缺氧段；高速潛水?dāng)嚢杵?臺，D=0.64m，N=7.5kW，安裝于后好氧段；微孔曝氣器2938個，D=0.3m，Q=4m3（/個·h）。

3.3 粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池

粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池由粉末活性炭接觸吸附池、混凝反應(yīng)池、加砂絮凝池、沉淀池等組成，用于進(jìn)一步強(qiáng)化去除COD、SS、TP。

設(shè)粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池1座，設(shè)計規(guī)模5×104m3/d，變化系數(shù)1.39，內(nèi)分兩組。粉末活性炭吸附接觸池停留時間17min，混凝反應(yīng)池停留時間3min，加砂絮凝池停留時間7.5min，沉淀池表面負(fù)荷33.8m3（/m2·h），粉末活性炭投加量30mg/L，微砂投加量分別為2mg/L（不投加粉末活性炭時）、5mg/L（投加粉末活性炭時）。

3.4 垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地用于進(jìn)一步去除污染物，穩(wěn)定出水水質(zhì)，保證生態(tài)補(bǔ)水的安全，同時兼顧景觀效果。遵循生態(tài)自然凈化、經(jīng)濟(jì)合理、低維護(hù)、避免生物入侵的原則。

垂直潛流濕地總占地面積14791.3m2，其中有效種植面積12511m2，設(shè)計水力負(fù)荷3.9m3（/m2·d），濕地床層深1.2m，填料平均孔隙率0.4，水力停留時間0.15d。潛流濕地水生植物種植類型以凈化能力強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)的蘆葦、香蒲為主，觀賞性植物再力花、美人蕉為輔。人工濕地共分16個濕地單元，每個單元設(shè)計處理水量3125m3/d。

配水系統(tǒng)：潛流濕地共劃分為16個單元，并聯(lián)運(yùn)行，通過主配水渠連接，主配水渠總長321.75m，凈寬2.0m，渠深2.1m，有效水深1.6m。每個單元面積800m2，采用管道系統(tǒng)配水，為了減小單元格前后配水孔水頭差，采用枝狀配水系統(tǒng)，設(shè)主配水管、次配水管和穿孔配水管，主配水管DN300，次配水管DN200，穿孔配水管DN80，因配水管暴露于空氣中，為降低管道老化速率，延長管道使用壽命，采用PE管，穿孔配水管間距3.0m，孔徑15mm，開孔間距200mm，孔口朝下，交錯布置。

集水系統(tǒng)：16個濕地單元通過集水渠連接，集水渠總長321.75m，凈寬1.2m，渠深1.8m，每個單元采用枝狀管道系統(tǒng)，設(shè)主收水管和穿孔集水管，主收水管DN300，穿孔集水管DN100，穿孔集水管與穿孔配水管垂直交錯布置。集水管采用PE管，穿孔集水管間距3.0m，孔徑20mm，開孔間距200mm，孔口朝下，交錯布置。

濾床系統(tǒng)：本工程位于華南地區(qū)，年平均氣溫較高，濕地床層按1.2m設(shè)計，共分3層，由上到下依次為種植層、過渡層和承托層，各層厚度分別為0.4、0.5和0.3m。種植層填料粒徑8～15mm、過渡層填料粒徑20～35mm、承托層填料粒徑35～60mm，填料的選擇因地制宜，碎石填料便宜且來源廣泛，為提高潛流濕地填料對污染因子的去除效果，在上層碎石填料中增加一定比例的沸石填料，上層填料中碎石與沸石比例按體積比2∶1進(jìn)行混合，中層填料中碎石與陶粒的比例按體積比1∶3進(jìn)行混合，底層填料作為承托層選用來源廣泛的碎石。

抗?jié)B設(shè)計：底部采用土工膜進(jìn)行防滲，土工膜為非織造復(fù)合土工膜，厚度不小于1.5mm，幅寬不小于6.5m。

4、工程驗收及運(yùn)行效果

本工程于2019年8月底完成調(diào)試，竣工環(huán)保驗收合格，至今已運(yùn)行1年多，污水處理監(jiān)測結(jié)果如表2所示?？梢?，出水穩(wěn)定、可靠，各項指標(biāo)都明顯優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其中人工濕地出水的COD、BOD5、NH3-N、TP已達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，人工濕地對COD、BOD5、NH3-N、TP的去除率分別為50.2%、46%、53.3%和46.7%。

表2是在未使用混凝初沉池及粉末活性炭的情況下的運(yùn)行效果，本工程設(shè)置的混凝初沉池及投加粉末活性炭均作為事故進(jìn)水時應(yīng)急處理的備用措施，實際正常運(yùn)行并未使用。

5、經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資3.1億元，工程費(fèi)用2.58億元，其中污水廠2.12億元（含20×104m3/d污水處理產(chǎn)生的污泥的脫水干化，污泥干化含水率≤40%），人工濕地0.46億元，污水處理成本2.36元/m3，運(yùn)行成本1.84元/m3，電耗0.49kW·h/m3。

藥劑使用量：混凝初沉池投加液體商品PAC溶液（含Al2O310%），投加量為45mg/L（應(yīng)急投加），PAM投加量為0.5～1mg/L（應(yīng)急投加）；粉末活性炭吸附加砂澄清池投加液體商品PAC溶液（含Al2O310%），投加量為58～138mg/L，PAM投加量為0.5～1mg/L，粉末活性炭投加量30mg/L（應(yīng)急投加），微砂投加量分別為2mg/L（不投加粉末活性炭時）、5mg/L（投加粉末活性炭時）。

6、結(jié)論

工程實踐表明，采用曝氣沉砂+混凝初沉+改良Bardenpho+粉末活性炭吸附加砂混凝澄清+紫外消毒+人工濕地處理生活污水，具有良好的處理效果，能夠有效應(yīng)對水質(zhì)波動，穩(wěn)定出水水質(zhì)。