设计案例 | 东营市某污水处理厂一期工程设计与运行

01 项目概况

东营市某污水处理厂占地约7.67万m2，总规模为12.0万m³/d。其中一期规模为6.0万m³/d（均分两组），2011年开始建设，2013年底建成，因水量不足无法连续运行，通过完善管网到2015年10月水量增加到3.0万m³/d左右开始调试，2016年初正常运行；出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准。一期工程（包括部分与二期共用建构筑物）投资20 113.29万元，其中建筑安装15 629.90万元。合计电耗、药剂、污泥处置、人工等直接处理成本1.37元/m³污水。

1.1 设计进出水水质

该服务城区属于盐碱地区、采油区，河道距入海口比较近，河道水属于淡咸水，Cl^-浓度高，污水中Cl^-浓度较其他地区也偏高，为1 000~1 200 mg/L。其他设计进出水水质常规控制指标如表1所示。

1.2 工艺流程

污水处理工艺流程如图1所示。

现有生产建、构筑物情况：细格栅曝气沉砂池、AAO反应池、二沉池配水井（污泥回流及剩余污泥泵房）、二沉池、污泥浓缩池、中间提升泵房、高效沉淀池、V 型滤池、鼓风机房只按照一期工程6.0万m3/d规模设计；厂区总配水井、污泥脱水机房、加药间、紫外消毒池土建按远期总规模12.0万m3/d设计，其中设备只按照一期工程6.0万m3/d规模配置。

02 主要处理单元

2.1 细格栅及曝气沉砂池

细格栅间设有宽1 800 mm的回转式细格栅除污机2台，曝气沉砂池与细格栅合建，共1座，平面尺寸14 m×41 m，设计规模为6万m3/d，1座2池，每池可独立运行。单池平面尺寸26.0 m×4.8 m，有效水深为3.45 m，最大停留时间约为6 min，曝气沉砂池顶部设有桁车泵吸式吸砂机。

2.2 多模式AAO生化池

AAO生化池在充氧气条件下，并在生物反应池中营造厌氧、缺氧、好氧环境，利用生物反应池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以达到净化水质的目的。AAO生化池设计规模为6万m³/d，1座2池，单池平面净尺寸为54.5 m×80 m，有效水深为6.0 m；总停留时间为18.93 h，厌氧区停留时间为1.5 h，缺氧区停留时间为4.56 h，缺氧/好氧段（过渡段）停留时间为1.48 h，好氧区停留时间为11.33 h；污泥负荷0.089 kg BOD5/（kg MLSS∙d），MLSS夏季3 g/L，冬季5 g/L，污泥产率0.45 kg DS/（kg BOD5），剩余污泥量为5 T/d，剩余污泥浓度为10 g/L，剩余污泥流量为1 250m³/d，好氧池至缺氧池混合液回流100%~400%，缺氧池至厌氧池混合液回流为50%~100%，污泥回流为50%~200%。AAO生化池根据不同闸板阀的开启，可实现传统AAO、分点进水倒置AAO、UCT、预缺氧+AAO四种运行模式。

2.3 二沉池及配水井

二沉池设计规模为6万m³/d，分2座，采用中心进水周边出水的辐流式，二沉池用于对生化池出水进行泥水分离。池子直径为48 m，平均时表面负荷：0.69m³/（m2·h），高峰时表面负荷：0.90m³/(m2·h)。

二沉池配水井设计规模为6万m³/d，1座，配水井与回流污泥泵房及剩余污泥泵房合建，将生化池的出水均分配给两座二沉池，将二沉池的浓缩污泥回流提升至生化池，并将剩余污泥提升至污泥浓缩池。内设污泥回流泵（潜水轴流泵）4台，可全开、变频，单台流量为1 250m³/h，扬程为5.0 m，电机功率为30 kW；剩余污泥泵（潜水离心泵）3台，2用1备，单台流量为180m³/h，扬程为15 m，电机功率为11 kW。

2.4 中间提升泵房

中间提升泵房将二沉池出水提升至高效沉淀池，也可超越至V型滤池或超越至紫外线消毒池。设计规模6万m³/d，共1座，平面尺寸为11.8 m×1.8 m，池深为6.3 m，集水池最小容积为161.92m³，∶内设提升泵（潜水离心泵）4台，3用1备，1台变频，单台流量为1 085m³/h，扬程为8 m，电机功率为30 kW。

2.5 高效沉淀池

高效沉淀池将二沉池出水混凝沉淀，去除易于沉降的无机悬浮颗粒、部分颗粒性BOD5同时除磷。设计规模为6万m3/d，1座2池，平面尺寸为24.3 m×429.65 m，池深为8 m，混合区停留时间为180 s，絮凝区停留时间为6 min，沉淀区颗粒沉降速度M0=0.35 mm/s，斜管沉淀区高峰表面负荷取14.3m3/（m2·h），污泥回流量按10％计，即回流比1∶1。

2.6 V型滤池

V型滤池将高效沉淀池出水进行过滤，确保出水SS达标。本工程V型滤池与反冲洗泵房与鼓风机房合建。V型滤池设计规模为6.0万m³/d，1座6格，双排布置，单格尺寸：9.6 m×6 m ，滤速：8.4 m/h，小水冲强度：8m³/（m2·h），大水冲强度：16m³/（㎡·h），气冲强度：53m³/（㎡·h）。一期每格滤池反冲洗产生的废水量约为149.4m³。

2.7 紫外线消毒池

紫外线消毒池设计规模12万m³/d，1座2格，平面净尺寸为10 m×4.5 m，每格渠宽为2.5 m，渠深0.8 m，一期出水接至西侧渠道，渠道内设置紫外线灯，对V型滤池出水消毒。一期安装1组模块，功率为55 kW，每组模块有23个模块，每个模块有8根灯管，共184根灯管。

2.8 鼓风机房及加药间

一期鼓风机房与一期变配电中心合建，设计规模为6.0万m³/d，平面尺寸48 m×12 m。鼓风机采用磁悬浮离心风机，数量4台，3用1备，单台流量为105m³/min，扬程为7 m，电机功率为150 kW。

综合加药间土建按12万m³/d规模设计，设备安装规模6万m³/d，综合加药间内设除磷剂及PAM投加系统，投加点位于一期高效沉淀池。除磷采用复合除磷剂，为商品液体，内含铝盐和铁盐的混合物。投加量为90 mg/L。房间内设除磷剂储罐1个，有效容积约15m³。PAM投加量为1 mg/L，PAM制备浓度2‰，投加浓度0.1‰。

2.9 污泥浓缩池

污泥浓缩池设计规模6万m³/d，1座2池，面尺寸为29.4 m×4 m，有效水深4.0 m，将剩余污泥重力浓缩脱水，污泥含水率从99.6%降至97.5%。污泥浓缩池的设计总泥量为1 760m³/d，固体负荷为30 kg/（㎡·d），单座池长为13 m，停留时间为18 h。

2.10 污泥脱水间

污泥脱水间土建按12万m3/d规模设计，设备安装规模6万m3/d，平面尺寸42 m×12 m，将浓缩后的污泥加药后脱水，污泥含水率从97.5%降至75%~80%，脱水后的污泥进入污泥料仓存放，由污泥运输车外运。目前日均干泥量约为38m³。设离心脱水机2台（1用1备），处理能力：40~55m³/h；污泥切割机2台（1用1备），处理能力：60m3/h；污泥进料泵（凸轮泵）2台（1用1备），设备规格：Q=60m³/h，H=30 m；絮凝剂制备装置1套，设备规格：Q=60m³/h，H=30 m；加药泵（螺杆泵）2套（1用1备），设备规格：Q=0~2m³/h，H=30 m，在线稀释装置2套（1用1备）包括稀释流量计、电磁阀等与加药泵配套；清洗水泵2套（1用1备），设备规格：Q=10~15m³/h，H=30 m。

03 实际运行分析

3.1 实际进水量分析

该污水处理厂一期工程进水量增长变化如图2所示。

该污水处理厂2013年底建成，水量不足无法单组运行；2015年政府在汇水区域实施污水管网完善建设，到10月水量增加到3.0万m³/d左右，2016年后水量呈现逐渐上升趋势，2018年雨季接近6.0万m³/d；同年度夏季水量明显大于其它季节，说明部分雨水与河道水进入污水系统。

3.2 Cl^-浓度变化分析

该污水处理厂一期工程Cl-浓度变化如图3所示。

可行性研究和设计阶段通过调研、检测等途径，已知污水中Cl-浓度会比其它城市要偏高约为1 200 mg/L左右，但是实际运行中非采暖季Cl-浓度为1 200~2000 mg/L，采暖季Cl^-浓度为4 000~5 000 mg/L，个别时段超过6 000 mg/L。

3.3 实际进出水水质分析

该污水处理厂一期工程自2015年12月到2018年12月每天进出水COD_Cr、BOD₅、NH3-N、TN、SS、TP常规控制指标如图4所示，实际进出水特征值分析如表2所示。

由表2、图4可知，实际进水水质与设计进水水质比较，BOD5浓度偏离较大，比设计值低的较多；CODCr浓度偏离较小，比预测略低，NH3-N、TN、SS、TP与设计值基本吻合。处理后出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准，其中BOD5、NH3-N浓度远优于出水标准。

04 设计与运行总结

4.1 设计与实际水量水质偏差

（1）因为管网建设滞后，实际进水水量比预测水量小，污水处理厂建成2年后才达到预测水量。

（2）服务的老城区内，雨污分流不彻底，污水管及合流管道接排入河道或截污主干管，河道水再通过截流泵站提升至该污水处理厂，使部分河道水和汛期部分雨水进入污水处理厂，增加污水量，稀释进水水质。

（3）该区域生活污水大部分经过化粪池后进入市政污水管网，据统计化粪池会消耗40%以上的碳源，污水经污水管网的长距离运输消耗15%以上的碳源，合计损失碳源约55%以上。

（4）该片区污水管线老化、污水检查井大多为砖砌，破损及渗漏严重，地下水位较高，致使地下水进入污水处理厂，增加污水量；同时该区域属于高盐碱地区域，高浓度氯离子的地下水渗入污水管网，以致污水处理厂进水氯离子含量较高，非采暖季为1 000~2 000 mg/L。

（5）该区域采暖季相当量的深井地源热泵的尾水排入污水管网，氯离子含量急剧增高达到为4 000~5 000 mg/L，个别时段超过突破6 000 mg/L左右。

因此污水管网要与污水处理厂同步建设，而且还需雨污分流、清浊分流，控制污水管网漏损率，才能充分发挥污水处理厂的效能。

4.2 进水BOD5偏低，碳源不足

针对进水BOD5值低，碳源不足，按照设计进水TN＝50 mg/L、出水TN＝15 mg/L、BOD5＝90 mg/L（85％保证率）、B/N≥6（保证充分反硝化）进行计算，按照常规投加浓度25％乙酸钠，日投加量为32m3/d,市场价1100元/m3，合计35200元/d。实际运行自2017年11月起，在生化池缺氧段投加复合补碳剂（当地化工企业生产的一种单糖与二糖复合的副产品）替代乙酸钠，日投加量约13.5m3，市场价1550元/m3，合计20925元/d；比投加乙酸钠节约41％的费用。运行效果良好，出水TN全部达标。下一步还需在雨污分流、修复老旧管线、内碳源开发利用等方面做工作，降低管网漏损率，提高进水BOD₅值，减少碳源损耗及碳源投加量，以降低运行成本。

4.3 高浓度Cl-的影响

针对进水高浓度氯离子对活性污泥微生物活性的负面影响较大的情况，活性污泥培养阶段充分利用原污水管道中土著微生物较好耐盐性的特点，接种少量活性污泥，以闷曝培养耐盐性微生物为主，闷曝过程为每天进水4 h、闷曝4 h、沉淀2 h、排空一半上清液，连续进行20多d，活性污泥培养成功，污泥浓度达到设计要求3 g/L，然后进行长达3个月采暖季高浓度氯离子连续进水连续出水驯化调试，并将污泥浓度提高到5 g/L，使活性污泥中的微生物彻底适应高浓度氯离子环境，各项出水控制指标正常达标，效果良好。采暖季结束后将污泥浓度降到3 g/L运行，各项出水控制指标也正常达标。

4.4 AAO生化池运行

（1）在活性污泥培养驯化成功后，现场对生化系统进行了较长时间四种模式运行尝试探索。在进水BOD5偏低却未投加碳源的情况下，UCT模式除TN略好于其它模式，其他指标不如传统 AAO模式，但其内回流量大，电耗较高；预缺氧+AAO模式和分点进水倒置AAO模式未表现出明显优势，最终选用传统AAO模式运行。

（2）在投加碳源后，为进一步强化反硝化脱氮效果，将生化池过渡段改成缺氧池运行，使缺氧池的HRT由4.5 h延长到6.0 h，实际运行效果良好。

（3）非冬季MLSS浓度3 g/L，鼓风机风量80~105m3/min；冬季低温运行时，提高外回流和内回流比，提高MLSS浓度5 g/L，同时因氯离子浓度大幅度增高，使氧的转移效率降低，因此风量增加到200~210m3/min。

（4）进水BOD5值低，生化池好氧池末端溶解氧浓度偏高，混合液回流至缺氧池不利于反硝化脱氮，采取减少生化池末端曝气量，下一步需增设搅拌器避免污泥沉积。

05 结语

该污水处理厂采用“预处理+多模式AAO生化+中间提升+深度处理+消毒”工艺，在2015年底至2018年12月实际运行期间通过完善管网增加水量、投加碳源、培养驯化微生物适应高浓度氯离子环境、选用增加缺氧池HRT的传统AAO模式运行、冬季提高污泥浓度运行等措施，处理后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准。下一步需进一步实施雨污分流、清浊分流，完善污水管网，提高进水底物浓度，同时进一步完善生产设施，改善出水水质。