低能耗水解酸化/生物濾池污水處理工藝的設計及運行
杭州灣新區(qū)污水處理廠位于浙江省寧波市慈溪杭州灣新區(qū)，設計總規(guī)模為8×104m3／d？紤]到當時杭州灣新區(qū)發(fā)展規(guī)劃不確定性較大，計劃分四期進行設計、建設。其中一期設計規(guī)模為1×104m3／d，于2003年建成并投入運行；二期工程規(guī)模為1×104m3／d，于2006年建成并投入運行；三期工程規(guī)模為2×104m3／d，于2007年建成并投入運行。污水廠目前規(guī)模為4×104m3／d。
污水廠占地為11．3 hm2，其中濕地系統(tǒng)占地為8 hm2，其余為建筑物、構筑物及景觀河道等用地。一、二、三期工程共投資5300萬元。
本工程采用水解酸化／生物濾池工藝，并增加濕地系統(tǒng)進行深度處理，運行效果良好。污泥處理采用廂式壓濾機，不加藥，利于污泥處置。
1 設計進、出水水質
設計進、出水水質如表1所示。
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污水廠進水主要是杭州灣新區(qū)工業(yè)廢水及生活污水，以化學纖維、機械制造、塑料制品等工業(yè)廢水為主，污水廠尾水排入九塘江。設計出水水質主要指標執(zhí)行《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中的一級標準。
2 設計工藝流程
設計工藝流程見圖1。
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污水自格柵及進水泵房由提升泵輸送至水解酸化池，然后自流至生物濾池的旋轉布水器，經過生物濾池好氧處理后，自流進入生物溝，再進入沉淀池。沉淀池出水流入填料塘、穩(wěn)定塘、景觀河道，最后排入九塘江。
①格柵及進水泵房
格柵與進水泵房合建。格柵井設回轉式機械格柵2套，每套格柵寬為0．8 m，柵片間隙為10 mm，安裝角度為75°。兩套機械格柵配備1套螺旋輸送壓榨一體機。輸送壓榨一體機直徑為300mm，長度為4 m，功率為2．2 kW。進水泵房設潛水排污泵5臺(3用2備)。潛污泵流量為720 m3／h，揚程為160 kPa，功率為55 kW。格柵間和進水泵房內設有除臭設施，采用化學和生物兩級除臭，臭氣分解后自然排放。
②水解酸化池
設水解酸化池2座，每座4格。單座尺寸為35．8 m×20 m×8 m，有效水深為7．5 m，有效容積為4 950 m3，水力停留時間為6 h。
水解酸化池底部共96個Ø50 mm的布水孔、12個Ø100mm排泥孔，上升流速為1．2 m／h。池內中上部設有彈性立體填料。填料高度為3．0 m，填料體積為1980 m3。出水采用梯形溢流堰，共32條溢流支槽，溢流堰總長為300 m，堰口負荷為2．8 m3／(m&S226;h)。
水解酸化池上部設4個臭氣收集棚，每個棚內設有2套BIO生物除臭設備，臭氣分解后自然排放。
③生物濾池
鋼筋混凝土結構。一期工程2座生物濾池，尺寸為Ø22 m×4 m，超高為0．5 m。配2套Ø21．5 m旋轉布水器。二期工程增加1座生物濾池，尺寸為Ø31 m×4 m，超高為0．5 m。配1套Ø30．5 m旋轉布水器。三期工程增加2座生物濾池，尺寸為Ø31m×4 m，超高為0．5 m。配2套Ø30．5 m旋轉布水器。
生物濾池總有效面積為3 000 m2，表面負荷為13 m3／(m2&S226;d)。采用Ø50 mm高分子球形填料、30～50 mm煤渣填料和Ø8 mm高分子多面體填料構成組合填料，按級配安裝，填料總高度為1．8 m，填料體積為5 400 m3。從未有堵塞情況發(fā)生。
溢流堰總長度為235 m，堰口負荷為4．2 m3／(m&S226;h)。生物濾池底部通風高度為0．6 m，供氧充分，平均出水溶解氧濃度在5 m／L以上。
生物濾池外墻采用紅色、青色毛石裝飾，周圍采用堆土坡，種植喬木、灌木等，既防止濾池蠅滋生和臭味向外擴散，又使廠區(qū)看起來更加美觀。
濾池蠅的生長周期隨溫度的升高而縮短，在環(huán)境干濕交替情況下發(fā)生頻繁，對環(huán)境衛(wèi)生危害較大。工程中采用的控制措施有：在旋轉布水器支管末端開孔布水，使生物濾池內壁一直處于濕潤狀態(tài)，可減少濾池蠅的生長；平面布置上遠離建筑物，避免或減少濾池蠅對生活區(qū)域的影響；創(chuàng)造有利的自然環(huán)境，充分利用生態(tài)平衡。如較高的喬木和竹子利于蜘蛛結網，周圍的環(huán)河利于蜻蜒等生長，還吸引成群的飛鳥盤旋在生物濾池和濕地周圍，捕食各種飛蟲。
運行證明上述措施取得了較好效果，不僅省卻了殺蟲劑、藥劑等運行費用，避免出水受到藥劑的污染，還可以美化、凈化廠區(qū)，消除濾池蠅的環(huán)境衛(wèi)生隱患，一舉多得。
④生物溝(接觸氧化)
一期工程建有生物溝l座，砌石結構，有效容積為2 400 m3，水力停留時間為2．9 h。容積負荷為0．3 kgBOD5／(m3&S226;d)，設計污泥濃度為2 000 mg／L，有機負荷為0．15 kgBOD5／(kgVSS&S226;d)。池中設置填料，填料體積為1200 m3。底部設有EPDM膜片管式曝氣器，共1600套。
最初設計是考慮新區(qū)工業(yè)廢水成分復雜，所以增加生物溝以進一步去除有機污染物。但運行發(fā)現(xiàn)生物溝去除有機污染物的效率很低，只是脫落的生物膜在此延時曝氣，污泥自身消化后可降低剩余污泥量。因此，二期工程保留了生物溝，但沒有擴容。曝氣量為20 m3／min，設2臺羅茨鼓風機，視實際行情況可單臺供氣，也可2臺供氣。單臺風機參數(shù)：風量為20 m3／min，升壓為40 kPa，功率為1l kW。
⑤沉淀池
輻流式沉淀池2座，中心進水周邊出水，鋼混結構。尺寸為Ø30 m×4．5 m，超高為0．5 m，有效面積為700 m2，表面負荷為1．2 m3／(m2&S226;h)。水力停留時間為3．3 h。溢流堰總長為173 m，堰口負荷為4．8 m3／(m&S226;h)。設2臺半橋式中心傳動刮吸泥機，連續(xù)排泥。
⑥填料塘
平面尺寸為145 m×65 m，平均水深為2 m。采用高分子彈性立體填料，利用木樁、毛竹、尼龍繩進行綁扎，填料長度為1．5 m，直徑為150 mm，呈梅花形布置。填料塘設有布水渠，內鋪4根Ø400 mm波紋管，保證配水相對均勻。出水區(qū)采用曲折出水以增加水的流動距離，減少短流的發(fā)生。出水區(qū)末端設出水堰、涵洞、4根Ø400mm波紋管，與竹林、荷花池相連。
⑦穩(wěn)定塘
穩(wěn)定塘采用好氧塘方式，包括竹林、荷花池、動植物塘及景觀河道。竹林尺寸為200 m×25 m，水深為0．6 m，共2處。荷花池尺寸為200 m×40 m，水深為0．6 m，共2處。竹林與荷花池交錯布置。
動植物塘內常年有青、草、鰱、鳙等魚類及河蝦生長，也有浮萍、水葫蘆、黃菖蒲、菱角等浮水、挺水、潛水植物。河面上還有水榭回廊、木亭、小船，岸旁有水柳、黃楊和帶有圖案的石子小路，彰顯自然。
⑧污泥處理
包括回流污泥泵站、污泥緩沖池和污泥脫水機房。
回流污泥泵站：容納吸泥機排出的污泥，利用潛污泵使污泥回流至生物溝，并將剩余污泥回流至水解酸化池。鋼混結構，尺寸為10 m×3 m×3．0 m，超高為0．5 m，有效容積為75 m3。頂部混凝土蓋板，內置2臺潛污泵，流量為800 m3／h。
污泥緩沖池：容納水解酸化池排出的剩余污泥，利用潛污泵將剩余污泥輸送到污泥脫水機中。
污泥脫水機房：磚混結構，尺寸為15 m×10 m，高為5 m。分為污泥脫水間、加藥間、藥品倉庫、值班室、電控室、空壓機房等。污泥脫水間：安裝2臺廂式壓濾機，過濾面積為120 m2，容積為2．1 m3，單臺工作周期為5 h／次，每天工作10～15 h，泥餅含水率為70％左右，泥餅產量約10 m3／d。加藥間：設計加藥系統(tǒng)1套，用于投加粉狀陽離子聚丙烯酰胺(PAM)，但根據廂式壓濾機的實際使用情況，目前不需投加任何絮凝劑。
根據對泥餅的化驗結果，未檢出重金屬及其他有害物質，故一期、二期污泥處置采用土壤改良方案，將脫水泥餅用于遠期備用地土壤改造(該廠土地為灘涂重鹽堿地)。由于土地容積有限，三期污泥外運填埋。
3 設計特點
①針對杭州灣新區(qū)規(guī)劃不確定性較大、水量水質預測不準的情況，靈活采用水解酸化—生物濾池組合工藝，分期設計、建設，克服了一般工業(yè)區(qū)、開發(fā)區(qū)的污水廠建成后“吃不飽”或因水質變化大而不能正常運行的缺點。
②利用水解酸化池抗沖擊能力強、可提高污水的可生化性、污泥產量低的特點，降低了對進水水質的要求。污水廠剩余污泥均由水解酸化池排出，剩余污泥含固率達2％以上，而且經過水解酸化池消化后污泥沒有臭味。好氧剩余污泥回流至水解酸化池進行不完全消化，既提高了水解池出水的B／C值，又能對剩余污泥進行減量化、無害化處理。
③污泥脫水采用國產廂式壓濾機，不用投加任何絮凝劑，污泥含水率在73％左右，大大減少了污泥處理的藥劑成本和運輸成本。因地制宜，利用泥餅進行灘涂鹽堿地土壤改良，無需占用土地或運輸至垃圾場進行填埋，而且未經加藥的泥餅對土壤改良見效快，增加了土壤的透水性，并防止土壤表面板結達到了資源化利用的目的。
④采用濕地系統(tǒng)進行深度處理，尾水中BOD5、氨氮、總磷指標遠遠優(yōu)于排放標準，對九塘江水質起到了明顯的改善作用。廠區(qū)自然景觀優(yōu)美、和諧。
⑤生物濾池周圍采用堆坡，種植喬木、灌木等進行綠化，防止濾池蠅滋生和臭味擴散，不僅除臭效果好，而且風景如畫。
4 運行效果
該污水廠2009年平均進、出水水質見表2？梢，雖然進水COD、BOD5不高，但平均B／C值僅0．26，可生化性較差，而實際運行仍能保證出水水質總體穩(wěn)定并優(yōu)于設計值。
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一、二、三期工程建成投產以來，運行正常，出水水質完全達到或優(yōu)于設計要求。污泥脫水設施運行正常，泥餅平均含水率為73％左右。總出水經濕地系統(tǒng)、景觀環(huán)河流人九塘江，出水口采用跌水瀑布。
5 設計、運行管理經驗
5．1設計經驗
①提升泵的選擇
通過最初兩年的運行，發(fā)現(xiàn)進水泵房設計運行液位較低，潛污泵選型偏大，造成潛污泵啟動頻繁，工作效率低。二期擴建時，對潛污泵重新選型，并適當提高運行液位，減少水泵啟停頻率，使水泵處于最佳工況點工作，降低了控制柜電氣元件的損耗和潛污泵的電耗。
②水解酸化池的除臭和防腐
水解酸化池臭氣較大，為防止臭氣擴散，設計臭氣收集棚，建于水解酸化池頂部。收集棚內部設有臭氣收集系統(tǒng)、進口BIO生物除臭設備，并設有維修工作時使用的通風系統(tǒng)。
運行一年后發(fā)現(xiàn)，液位線及以上池體表面腐蝕較重，環(huán)氧煤瀝青噴涂防腐層遭到破壞，即使再采取防腐措施，基面處理也比較困難。因此，從施工難度和成本上考慮，建議池體上部用耐酸水泥澆筑，或鋪設耐酸板(樹脂或水玻璃勾縫)對液位以上部位進行防腐處理。
③濕地系統(tǒng)的意義
濕地系統(tǒng)能進一步去除沉淀池出水的氮、磷等污染物，尤其對出水懸浮物的去除最為顯著。
5．2生產運行中的優(yōu)化調整
該廠工藝運行管理較為簡單，用電設備少，污泥脫水不添加任何藥劑。工程中優(yōu)化運行參數(shù)，降低運行費用。電耗僅約0．1 kW&S226;h／m3，加上人工費、污泥處置費等，整個污水處理直接費用約為0．15元／m3。
①提升泵房液位的調整 經過調查和實踐，在不影響收集管網正常排水的情況下，將進水泵房運行液位由設計的–7．3 m提高到–4．8 m，節(jié)省揚程25 kPa，節(jié)省電耗約15％。
②生物溝的作用 由于生物濾池出水溶解氧含量高，所以生物溝僅需一臺鼓風機工作，主要是防止污泥沉淀，并使污泥自身氧化掉一部分，以減少污泥產量。
6 結論
杭州灣新區(qū)污水處理廠的工藝選擇合理，非常適合處理開發(fā)區(qū)的以化纖廢水為主的綜合工業(yè)廢水，廢水中氨氮、總磷濃度較低，無需強化脫氮除磷工藝，故投資成本較低，運行費用極低。每年根據新區(qū)納管企業(yè)和污水廠實際的進水水質、水量等數(shù)據進行分析總結，有針對性地分多期進行擴建，既不會因盲目規(guī)劃、提前建設造成污水廠吃不飽、設施閑置等，也不會因水量增長趨勢判斷不明、延誤建設造成的大量污水超越排放。在工藝設計、設施設備選擇及運行管理方面進行了優(yōu)化，既確保污水達標排放，又節(jié)省了投資、運行費用。
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