百万吨级污水处理厂设计探讨——以郑州新区污水处理厂工程为例

2.7脱色工艺流程

根据规划，郑州新区污水处理厂有20万m3/d出水用于补充河道景观用水、道路绿化和热电厂冷却用水等，为提高景观用水品质并确保余氯指标，需进行再生水脱色及余氯补充。再生水脱色工艺流程如图4所示。

3 工程设计

3.1污水处理系统设计

3.1.1粗格栅及进水泵房

粗格栅及进水泵房共1座，进水泵房内设水泵8台(6用2备，2台变频)，Q=5 870 m3/h，H=20.4 m(19.2～21.7 m)。

3.1.2细格栅及曝气沉砂池

细格栅及曝气沉砂池2座，和粗格栅及进水泵房用渠道连接。平面尺寸为57.4 m×51.8 m。细格栅采用鼓型格栅除污机12台(b=6  mm)，沉砂池停留时间为8 min。

3.1.3初沉池

初沉池共8座，直径为40 m，表面水力负荷为3.5 m3/(m2˙h)，有效水深为4 m，池顶加玻璃钢除臭罩。

3.1.4生物反应池

生物反应池共2座8池，采用回转式氧化沟池型，耐冲击能力强。设计停留时间为21 h(前置缺氧段及厌氧段HRT为1 h，缺氧段HRT为8  h，好氧区HRT为11 h)，内回流比为300%，外回流比为100%，有效水深为6 m，气水比为7.5∶1。

3.1.5二沉池

二沉池共16座，采用周进周出二沉池，直径为50 m，表面水力负荷为1.12 m3/(m2˙h)，有效水深为4.5 m。

3.1.6高效沉淀池

高效沉淀池共2座6池，采用加砂高效沉淀池工艺，上升流速为31～43.7 m/h，PAM加药量为0.8～1.2 mg/L，PAC加药量为150  mg/L。

3.1.7中间提升泵房及V型滤池

V型滤池共2座4池，单格有效过滤面积为97.65 m2，设计滤速为9 m/h，强制滤速为9.48 m/h。

3.1.8紫外线消毒池

紫外线消毒池1座2池，有效紫外剂量≥25 mJ/cm2，每池设紫外线消毒渠2条，渠道宽度为2 900 mm，有效水深为1 090  mm，采用斜插式紫外线消毒系统，总灯管数量为672支，总配电功率为460 kW。

3.1.9鼓风机房

鼓风机房1座，设置9台单机高速离心鼓风机，其中7台(5用2备)风量为565 Nm3/min，风压为7 m，电机功率为910  kW;2台(常用)风量为283 Nm3/min，风压为7 m，电机功率为470 kW，为适应夏季高温运行环境，采用水冷却方式，屋顶设置冷却塔。

3.2污泥处理系统设计

3.2.1污泥浓缩系统

(1)污泥浓缩池。污泥浓缩池2座，直径为25 m，有效水深为4 m，有效停留时间为4 h，浓缩池主要目的为浓缩剩余污泥至含水率98%。

(2)污泥均质池及浓缩机房。污泥均质池及浓缩机房1座，将初沉污泥和重力浓缩后剩余污泥进一步浓缩至含水率95%，设置浓缩机5台(4用1备)，单台处理能力Q≥200  m3/h。

3.2.2污泥消化池系统

污泥消化池采用柱形结构，共6座，单池容积为12 700 m3，直径为25 m，垂直高度为32.6 m，地面以上高度为27.4  m，地面以下埋深为5.1 m，污泥消化时间为20 d，消化温度为37 ℃，污泥气产量为42 000 m3/d，采用多层浆叶搅拌器，电机功率为15  kW，保证污泥搅拌均匀。

3.2.3污泥气利用系统

污泥气利用系统包括1座污泥气增压风机房，设置锅炉增压风机3套(流量为750 Nm3/h，风压为35 kPa);火炬增压风机2套(流量为1 500  Nm3/h，风压为15 kPa);2座污泥气储柜(体积为5 000 m3，运行压力为8~10 mbar，1 bar=0.1  MPa);1座脱硫系统，包括粗过滤器2套，生物脱硫系统2套，干式脱硫塔2套，污泥气中H2S设计浓度为5 000 mg/Nm3，脱硫后H2S设计浓度为50  mg/Nm3;1座锅炉房，包括2台消化热水锅炉，3台干化导热油锅炉。

3.2.4污泥脱水系统

污泥脱水机房1座，设置脱水机4台(3用1备)，单台流量为100～150 m3/h。

3.2.5污泥干化系统

污泥干化车间1座，采用浆叶式干燥机，能源采用污泥气，并配置天然气供应系统作为备用能源。设置3条污泥干化线，单条干化线处理能力为100～120  t/d(含水率76%～80%)，出泥含固率为70%(进一步干化可至90%含固率)，蒸发量为2 976～3 241 kg/h。

系统稳定运行后，污泥消化产生的污泥气用于污泥干化，污泥干化的余热经能量回收装置回收用于污泥消化，实现污泥干化的能量平衡，不需要外加热源。

3.2.6污泥水处理系统

设置污泥水处理系统，对污泥处理过程中产生的浓缩池上清液、浓缩滤液、脱水滤液、消化池上清液进行除磷脱氮处理，包括除磷反应器1座，加入氧化镁后，与磷酸盐和氨形成鸟粪石沉淀，鸟粪石颗粒从水中被去除作为一种肥料用于农业生产;脱氮反应器1座，采用厌氧氨氧化工艺，实现氨氮的去除。

3.3再生水脱色系统设计

再生水采用臭氧进行脱色，臭氧制备间与加药间合建，臭氧投加量为5 mg/L，设置臭氧制备系统2套;臭氧接触池1座，停留时间为15  min(高峰流量)。

3.4总平面布置

郑州新区污水处理厂总平面布置分为4个区：由西向东依次为：污泥处理区和预处理区、生物处理区、深度处理处理区，厂前区位于厂区东南角，并预留二期用地，总平面布置如图5所示。

4 工程设计特点

4.1高标准全达标设计理念

郑州新区污水处理厂出水标准优于GB  18918-2002一级A标准，并采取脱色处理，能做到清澈见底，可有效补充河道水资源，对改善郑州市水体环境有很大贡献。

污水处理采用回转式氧化沟池型的前置缺氧段改良A2/O工艺、深度处理采用加砂高效沉淀池，保证稳定达标;污泥处理采用消化、干化、焚烧工艺，充分利用能源和资源;预处理区、泥区加盖除臭，强化除臭系统设计，做到环境友好;选用低噪声、震动小的设备，车间设置隔音门，内墙贴吸音材料。灵活多样的工艺手段，确保新区污水处理厂水、泥、气、声处理均达到较高标准。

4.2紧凑型集约化人性布置

预处理构筑物、生物处理构筑物、深度处理构筑物、污泥处理构筑物等进行了集约布置，近远期构筑物合理布局，为进一步发展创造良好的条件。

厂区中间巡视主通道宽度设置为9 m，每座反应池设置电瓶车通道上池，便于日常巡检及维修养护。

厂前区各个功能单体通过合理的布局，以及连廊的联系，有机的组合在一起，同时也通过这些空间的围合和分隔，划分出了大小不同景观区域，体现“自然、洁净、生态、安全”的设计理念。

4.3资源化回收型能源利用

一期工程污泥处理采用中温厌氧消化、热干工艺，污泥消化产生的污泥气用于污泥干化，污泥干化的余热经能量回收装置回收用于污泥消化，实现污泥干化的能量平衡，不需要外加热源，节约天然气25  000 m3/d。

为减少厌氧消化污泥水对污水处理的冲击，采用厌氧氨氧化和鸟粪石磷回收技术，对污泥水进行处理，实现磷资源的回收。

采用生物脱硫技术，将污泥气中的H2S还原为单质硫，回收利用。

4.4智慧化创新型技术集成

采用智能曝气系统，比常规控制方式节能10%～15%，每年可节约电耗455～683万kW˙h;厂前区预留光伏发电设备设置区域，装机容量达到150～200  kW;采用水源热泵系统，对厂前区建筑物、泥区控制室等进行集中供暖、制冷，节约电耗。

5 结语

郑州市新区污水处理厂工程是我国为数不多的百万吨级污水处理厂，且集污水处理、再生水回用、污泥处理为一体的综合污水处理工程。一期工程投入运行以来，实际出水水质优于设计标准，且运行稳定，高品质的再生水作为河道补充水，营造良好的生态效果;污泥中能源、资源得以回收利用;处理过程中产生的新的污染源得到有效控制;精细化的设计和运行管理，将郑州新区污水处理厂建成高效集约、低碳的资源节约型环境友好型现代污水处理工程。