[摘要]黄河流域某污水处理厂近期设计规模为3万m3/d，污水处理工艺采用改良AAO+磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密滤池，具有占地少、投资省、调配灵活、运行稳定可靠的特点，运行期间出水各项指标可稳定达准Ⅳ类水标准。本工程总投资为12204万元，其中建安费为8549万元，直接运行成本为0.86元/m3。
[关键词]污水处理厂；改良AAO；加碳磁混凝；准IV类；再生水
1工程概况
随着城市建设的迅速发展和农村“厕所革命”的不断推进，县城伊河以东新建城区(简称“河东城区”)污水排放量也快速增加。河东城区仅建有1座工业污水处理厂，设规模2万m3/d，收水范围有限，且已满负荷运行。未经处理的生产生活污水直接排入伊河，对城区及下游地区水体环境和生态环境造成了破坏，同时严重限制了地区经济社会的可持续发展。根据县域总体规划，在河东城区新建污水处理厂1座，近期服务面积18.1km2，远期服务面积33.6km2，主要处理近15万人和50多家企事业单位的生产生活废水。其中工业废水占比约25%，以耐火材料、精工磨具、铝业废水等机械加工企业为主。本工程近期设计规模3万m3/d，远期设计规模6万m3/d，尾水排至伊河。本工程的建设将大大增强地区污水处理能力，改善地区水环境质量，促进可持续发展。
2设计进出水水质
新建污水处理厂进水以市政生活污水为主，另含耐火材料、精工磨具、铝业等废水，其水质特点同现状城区污水处理厂一致。城区污水处理厂实际进水水质分析，如表1所示。本工程设计进水水质参照现状城区污水处理厂实测水质，按90%概率取值，其中CODCr为320mg/L，BOD5为140mg/L，SS为180mg/L，氨氮为35mg/L，TN为45mg/L，TP为4.5mg/L。根据《洛阳市城市管理局关于污水处理厂出水水质提标情况调查摸底的通知》，本工程出水CODcr、氨氮、TP等三项指标执行《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中IV类标准，BOD5、SS、TN等其它指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级A标准。本工程设计进、出水水质，具体如表2所示。
3工艺方案
3.1工艺设计方案
针对本工程进水水质特征，确立了“先功能定位，后单元比选；先内部碳源，后外加碳源；先生物除磷，后化学除磷”的总体技术原则。在此基础上，采用预处理+二级生物处理＋深度处理的工艺路线，比选确定工艺方案。(1)预处理阶段采用粗格栅+提升泵房+细格栅+旋流沉砂池工艺；(2)二级生物处理阶段采用改良AAO＋二沉池工艺；(3)深度处理阶段采用磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密滤池工艺；(4)出水采用紫外消毒，并预留应急次氯酸钠投加；(5)本工程污泥脱水采用储泥池+带式浓缩脱水一体机方案，将污泥含水率降至80%以下，外运处置。
3.2工艺流程
本工程污水处理工艺采用改良AAO+二沉池+磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密滤池，污泥处理采用储泥池+带式浓缩脱水机，具体如图1所示。
3.3工艺特点分析
3.3.1生化系统
生化池采用改良AAO池型[1]。在厌氧池前端设置预缺氧池，在加强生物脱氮功能的同时，促进厌氧池的厌氧释磷，提高生物除磷去除率。采用多点进水方式，根据实际运行工况灵活调配厌氧段缺氧段进水比例，合理分配进水碳源，使反硝化作用和系统除磷效果同时能够得到有效保证。当反应池容积相同时，串联的反应池能比单一的完全混合反应池提供更高的处理效率，提供更大的处理容量。本工程好氧池中前段采用串联循环沟道，强化生化池处理效能。好氧池末端采用廊道式，生化池末端设置脱气区，混合液回流泵设置在脱气区，配套风机采用磁悬浮风机，大小搭配[2]，可根据实际运行工况精准调配气水比和控制好氧池末端溶解氧，减少混合液回流中溶解氧对缺氧池中的反硝化影响，强化生物脱氮功能。
3.3.2深度处理系统
深度处理系统采用磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密滤池组合工艺。磁混凝沉淀池负荷高、占地小、运行稳定，可有效保证出水TP达标。磁混凝沉淀池前段设置活性炭投加池[3]，通过应急投加粉末活性炭，可有效保证出水CODCr达标。设置转筒精密滤池超越管，根据实际运行工况超越转筒精密滤池，节省电耗，降低成本。
4主要建构筑物设计
本工程粗格栅及提升泵房、加药间、脱水机房、鼓风机房、转筒精密过滤器等建构筑物土建规模按远期实施，设备按近期安装，预处理、生化系统和深度处理系统等构筑物土建和设备均按近期规模实施，具体如表3所示。
4.1预处理系统
4.1.1粗格栅及提升泵房
本工程新建粗格栅及提升泵房1座，土建规模6万m3/d，设备规模3万m3/d，平面尺寸为13.9m×15.3m，钢砼结构，采用放坡开挖施工。主要设备有：(1)粗格栅采用三索式格栅除污机，栅隙20mm，数量2套，渠宽1.3m，渠深6.25m；(2)提升泵采用潜水离心泵，大小泵搭配，2大2小，各设1台变频，可实现不同进水流量下的高效运行。其中大泵参数为Q=900m3/h，H=12m，N=45kW，小泵参数为Q=440m3/h，H=12m，N=30kW。
4.1.2细格栅及旋流沉砂池
设计规模3万m3/d，1座2格，平面尺寸为17.6m×15.5m，钢砼结构。主要设备有：(1)细格栅采用回转式细格栅，栅隙5mm，数量2套，渠宽1.2m；(2)旋流沉砂池池径3.05m，数量2格。
4.2生化系统
4.2.1改良AAO池
设计规模3万m3/d，1座2格，单格平面尺寸为37.5m×64.1m，有效水深6.0m，钢砼结构。厌氧池前端设置预缺氧池，促进厌氧池充分释磷，提高生物除磷效率。进水采用多点方式，根据实际运行工况调配厌氧段缺氧段进水比例，合理分配进水碳源。好氧池中前段采用串联循环沟道、末端采用廊道式，可强化生化池处理效能，精准控制好氧池末端溶解氧。生化池末端设置脱气区，混合液回流泵设置在脱气区，可减少混合液回流中溶解氧对缺氧池中的反硝化影响[4]。生化池总水力停留时间(HRT)21.1h，其中预缺氧池HRT0.4h、厌氧池HRT1.8h、缺氧池HRT6.0h、好氧池HRT12.5h、脱气池HRT0.4h。生化池总污泥负荷为0.05kgBOD5/(kgMLSS•d)，混合液回流比为300%，污泥回流比为100%，污泥浓度为3500mg/L。主要设备有：(1)预缺氧安装立轴搅拌器2台，N=1.5kW；厌氧区安装低速潜水推进器4台，N=3.0kW；缺氧区安装低速潜水推进器8台，N=5.5kW；好氧区安装低速潜水推进器8台，N=7.5kW；脱气区安装高速潜水搅拌器2台，N=1.5kW；(2)脱气区安装内回流泵7台，6用1库备，Q=625m3/h，H=1.0m，N=5.5kW；(3)好氧区安装盘式微孔曝气器，3.5m3/(h•个)，2210个；(4)磁悬浮风机：数量3台，1小2大，大风机参数为Q=120Nm3/min，H=7.2m，N=220kW；小风机参数为Q=65Nm3/min，H=7.2m，N=105kW。
4.2.2二沉池
设计规模3万m3/d，1座2组，池径35m，有效水深3.5m，钢砼结构。峰值表面负荷为0.92m3/(m2•h)。主要设备有：周边传动吸泥机，数量2套，N=0.75kW。
4.2.3污泥泵房
设计规模3万m3/d，平面尺寸为8.0m×7.1m，钢砼结构。主要设备有：(1)混合液回流泵3台，2用1备，其中1台为变频，Q=650m3/h，H=4.5m，N=15kW；(2)剩余污泥泵2台，1用1备，Q=50m3/h，H=4.5m，N=2.2kW。
4.2.4鼓风机房
新建鼓风机房1座，土建按6万m3/d，设备按3万m3/d。主要设备有：磁悬浮风机，大小风机搭配，1大2小，大风机参数为Q=120Nm3/min，H=7.2m，N=220kW，小风机参数为Q=65Nm3/min，H=7.2m，N=105kW。
4.3深度处理系统
4.3.1磁混凝沉淀池
设计规模3万m3/d，1座分2格，平面尺寸为22.2m×18.2m，钢砼结构。磁混凝沉淀池前端设置活性炭混合池，应急投加粉末活性炭，有效保证出水CODCr达标[5]。活性炭混合池HRT15.2min，混凝池HRT2.8min，磁混池HRT2.8min，絮凝池HRT4.5min，沉淀池平均负荷12.08m3/(m2•h)，污泥回流比5%。活性炭采用湿式投加，磁粉采用人工干式投加，同时每格池单设磁粉回收系统1套，处理量30m3/h。污泥泵采用渣浆泵。剩余污泥通过高剪机打散磁粉污泥混合絮体，再通过水力旋流器初步分离磁粉和污泥，最后经过磁分离器将磁粉从污泥中分离出来返回混凝池，经过磁粉回收后的剩余污泥进入污泥脱水系统进一步处理。污泥回流泵前设置截污剪碎格栅机。主要设备有：(1)粉末活性炭投加装置，数量1套，规模30m3/h，料仓容积30m3；(2)活性炭投加池搅拌机，数量2台，叶轮直径1500mm，N=5.5kW；混凝搅拌机，数量2台，叶轮直径850mm，N=3.0kW；磁混凝搅拌机，叶轮直径850mm，N=3.0kW，变频；絮凝搅拌机，叶轮直径1800mm，N=4.0kW，变频；(3)中心传动刮泥机，数量2套，直径8.5m，N=0.37kW；(4)回流污泥泵，数量4台，2用2备，采用渣浆泵，Q=30m3/h，H=10m，N=4kW；(5)剩余污泥泵，数量2台，Q=15m3/h，H=10m，N=3kW；(6)磁粉投加器，数量2套，投加量1~100kg/h，N=1.5kW；(7)磁粉分离装置，数量2套，处理能力10~30m3/h，N=1.5kW。
4.3.2转筒精密过滤器
新建转筒精密过滤器1座分3格，土建规模按6万m3/d，设备按3万m3/d。主要设备有：(1)转筒精密过滤器，数量2套，直径1300mm，长度4010mm；(2)反冲洗泵，数量2套，Q=3.75m3/h，H=60m，N=5kW。
4.3.3加药间
新建加药间1座，土建按远期规模6万m3/d，设备按近期规模3万m3/d。主要设备有：(1)碳源投加装置1套，投加量12.5m3/h，配套有碳源储罐、调节罐、卸料泵、输送泵、机械式隔膜计量泵等；(2)PAC投加装置1套，投加量12.5m3/h，配套有PAC储罐、调节罐、卸料泵、输送泵、机械式隔膜计量泵等；(3)PAM投加装置1套，投加量1200L/h，配套有PAM制备投加系统、加药螺杆泵等；(4)应急加氯装置1套，投加量0~50L/h，配套有次氯酸钠储罐、卸料泵、机械式隔膜计量泵等。
4.4污泥处理系统
4.4.1贮泥池
新建贮泥池1座，平面尺寸为5m×5m。主要设备有：潜水搅拌器，数量1套，N=1.5kW。
4.4.2脱水机房
新建脱水机房1座，土建按远期规模6万m3/d，设备按近期规模3万m3/d。近期污泥产量为6.28tDS/d。主要设备有：(1)带式浓缩脱水一体机，数量2台，1用1备，带宽2m，处理能力170~420kgDS/h，工作时间16h；(2)阳离子PAM投加装置1套，Q=1000L/h；(3)进泥螺杆泵：数量2台，Q=50m3/h，H=30m，N=7.5kW；(4)反冲洗泵：数量2台，Q=20m3/h，H=55m，N=5.5kW。
5设计创新点
5.1污水处理工艺
本项目主要从CODCr、BOD5、SS、氨氮、TN、TP等指标污染因子的去除出发，同时结合县域现有污水处理厂设计运行情况，通过方案比选进行合理工艺设计，采用改良AAO+磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密过滤紫外消毒→达标排放处理工艺，保证了碳、氮、磷污染物及悬浮物的去除，可使出水稳定达标，节约用地，减少工程造价。
5.2出水再利用
黄河流域水资源较为匮乏，本工程出水执行准IV类标准，可满足部分工业、绿化、河湖景观、市政杂用和农灌等方面用水需求。出水作为再生水利用，既可以有效缓解水资源紧张问题，也可以减少污染物的排放量，降低黄河流域水体环境污染。
6投资及运行成本分析
本工程总投资为12204万元，其中工程费用为8549万元，工程其它费用为2386万元。根据工艺方案和实际运行情况，本工程直接运行成本为0.86元/m3(含电费、药剂费、水费及人工费等)。
7结论
本工程近期设计规模3万m3/d，污水处理工艺采用改良AAO+磁混凝沉淀池(预留活性炭投加)+转筒精密滤池，投资省，运行稳定可靠且可灵活调配，出水各项指标可稳定达准Ⅳ类水标准，同时尾水可以作为再生水加以利用。本工程的实施，削减了污染物排放总量，改善了当地水环境质量，有效缓解了当地水资源紧张问题，同时也为国内同类项目提供了参考。
作者：侯亚红 周灵俊 冯力 吴鹏 单位：北控水务集团有限公司