海南省文昌市文城污水处理厂设计

　　摘要：海南省重点项目文昌市文城污水处理厂设计建设规模为6×104m3/d，采用循环活性污泥处理工艺（CAST）[1]对污水处理厂收纳的城市污水进行处理，该处理工艺具有布置紧凑，抗冲击能力强，较适本工程的水量水质特点。该工程的建设对改善文昌市生态环境，提高城市形象，保证可持续发展，具有重要意义。
　　关键词：污水处理；循环活性污泥法；生化处理
　　海南省文昌市文城污水处理厂设计建设规模为6×104m3/d，厂址位于海南省文城镇以东、红旗溪与文昌河交汇处，生化处理工艺采用循环活性污泥法，是海南省重点项目之一；近期处理规模3×104m3/d，采用循环活性污泥处理工艺处理污水处理厂收纳的市政污水，该工程于2008年建设2010年8月建成并投入试运行。该工程的建设对改善文昌市生态环境，提高城市形象，保证可持续发展，具有重要意义。
　　1.工程进水水质与处理工艺
　　文城污水处理厂所处理的废水主要为市政污水，包括居民生活污水、商业设施排水、公共设施排水、一定量的食品加工及其它排水。该污水主要以有机污染物为主，同时含有一定的难降解物质以及一定的氮、磷等物质。属于可生物降解污水。其中，工业废水约占30%，生活污水约占70%，在结合周边城镇污水处理厂的进水水质并综合考虑之后该厂进水水质如表1
　　文城污水处理厂进水水质表1
　　污染物 BOD5 COD SS TN NH3-N TP
　　进水水质<mg/L> 160 320 220 35 25 4
　　该污水处理厂进水水质可生化性较好，考虑到排放
　　要求，需要对进水中的有机物、氮、磷均要有一定的去除率，最终所选的处理工艺必须具有除磷脱氮的功效。经过对多种适用工艺的比选和论证，本着先进适用的原则，本工程采用循环式活性污泥法（CAST）[1]作为生化处理工艺；与其它处理工艺比较，该工艺以一组反应池整合了传统方法及其他改进方法中的调节池、初次沉淀池、曝气池及二次沉淀池，整体布置紧凑简单，占地少，无需复杂的管线传输，工艺路线简洁且更具有灵活性；在污水处理厂刚建成运行时，流量一般来说较设计值低，循环式活性污泥系统可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积，降低风压、减少风量，避免了不必要的电耗；循环式活性污泥法将生物选择理念与序批式活性污泥法有机的结合在一起，池中的易引起污泥膨胀的丝状菌因生物选择性和反应条件的不断循环变化而得到有效的抑制，并具有除磷脱氮功能；传统活性污泥法及氧化沟法泥水分离方式均采用动态沉淀的方式，泥水分离效果不易保证，而循环式活性污泥法在沉降和滗水阶段不进水，沉淀和排水完全在静态环境下进行，可确保良好的固液分离效果，不仅能够充分保证较高的出水水质，而且能充分地保留更多的活性污泥，为保证处理效果创造了有利的条件；采用了成熟稳定的自动化控制和先进的监测仪器和设备，降低了日常劳动强度；该工艺处理流程简单，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标及处理水量，通过改变运行周期等多个工艺运行参数使处理设施适应当前的进出水条件，保证出水达标，适应性很强；同时，该工艺在运行时序上类似于推流式，而在空间布置上又近似完全混合式，运行中既具有推流式反应推动力较大，去除（污染物）速度较快的特点，又兼有完全混合式抗冲击能力较强的特点，与以往的传统工艺相比存在着显著的优越性。其工艺流程见图1
　　2.主要处理构筑物[2]
　　（1）格栅及进水泵房。格栅井与进水泵集水井合建，格栅井内设两台回转式格栅除污机，每台格栅间隙16mm，宽度1300mm；格栅的启停由PLC根据栅前、后水位差自动控制，也可由现场人工就地控制。分离后的栅渣经提升收集后外运填埋。而鉴于城市发展对卫生安全及环境保护的要求，将格栅除污机建于室内，这样有利于进行臭气的收集处理。
　　进水泵集水井内设高效污水潜污泵4台，每台水泵流量840m3/h，扬程18m,可以根据水位控制水泵开停也可以使水泵按顺序轮换工作。同时，每台水泵可根据进水情况通过变频器实施变频，保持运行于高效点，达到节能降耗的目的。
　　（2）细格栅及旋流沉砂池。本工程细格栅间与旋流沉砂池合建，格栅间内设两台自清式格栅除污机，每台格栅间隙3mm，宽度1900mm，格栅倾角60°；细格栅由现场PLC根据格栅前后的水位差自动控制启停，经格栅分离出的栅渣由螺旋输送机输送至压榨机减容后装车外运。格栅间内的臭气经由收集装置排至除臭系统。
　　本工程设两座旋流式沉砂池，单座池径3650mm，池深4340mm，处理能力为1980m3/h。沉砂池日产砂量1.8m3，每座沉砂池各采用一台气提泵定期将池内沉砂排至砂水分离器，该气提泵分别配套一台罗茨鼓风机（风量1.83m3/min，升压0.06Mpa）；进入砂水分离器的沉砂经砂水分离后装车外运。
　　（3）循环式活性污泥反应池（CAST池）[2][3]。近期CAST池按3万m3/d规模设计，设一组CAST池，池内分4座反应池；预留一组4座CAST反应池位置作为远期发展之用；每座反应池的平面尺寸为69.3m×22m，最大水深5.0m，超高0.8m，单池有效容积为7623m3，每组反应池总有效容积30492m3。每座反应池分为生物选择区和主反应区，选择区的容积约占反应池总容积的10%~15%；反应池BOD5污泥负荷0.095kgBOD5/(kgMLSS•d)；池内混合液悬浮物质量浓度（MLSS）为4000mg/L；TN污泥负荷0.021kg/(kg•d)；TP污泥负荷0.002kg/(kg•d)；主反应区气水比为7.07。
　　循环式活性污泥(CAST)反应池的设计运转周期为4小时，其中进水曝气2小时,沉淀1小时,滗水1小时，每座反应池按时间顺序间歇运行，同组四座反应池轮流进出水，从整体看，进水和出水是连续的，见表2
　　CAST池运行工况表表2
　　时间
　　池号 1 2 3 4
　　1#
　　进水曝气 沉淀 滗水
　　3# 滗水
　　进水曝气 沉淀
　　2# 沉淀 滗水
　　进水曝气
　　4#
　　进水曝气 沉淀 滗水
　　进水曝气
　　但各池是间歇的，每相邻两座CAST池为一个生化处理系统（如1、2号池），同一时间只有不同系统的两池进水和曝气（如1、3号池），只有一个池在沉淀或滗水。
　　反应池在进水的同时进行曝气、回流污泥，设计回流比20%~30%；设回流污泥泵5台（其中1台库房备用），单泵流量140m3/h，扬程7.0m，配用电机功率为7.5kW；回流污泥泵将主反应区处于“饥饿”状态的活性污泥泵送至选择区，在污泥选择区通过设在其内的潜水搅拌机与来自旋流沉砂池的富含有机污染物的来水充分混合；潜水搅拌机共设9台，每座反应池的选择区内设2台，库房备用1台，搅拌机由设备厂商根据选择区水力流态的分析确定型号及布置位置，桨叶直径Ø520mm，电机功率3.0kw；
　　主反应区的曝气强度和曝气历时可根据进水水质及该反应区内的溶解氧进行调整，使主反应区的溶解氧值逐步达到2~3mg/L，致使反应池有机物降解、同步硝化反硝化、生物过量摄磷等生化反应处于最佳的环境中；
　　在完成曝气反应和静态沉淀后，反应池开始滗水和排泥；每座反应池设计最大滗水高度1.31m，平均滗水高度0.91m，设计最大滗水量1800m3/h，在每座反应池末端设一台一拖二式的摇臂滗水器，将泥水分离后的水滗出池外。
　　剩余污泥泵设置在反应池后端的泵井内，共4台，单泵流量75m3/h，扬程15m；正常工作时，每座反应池对应一台剩余污泥泵，相邻两座反应池的剩余污泥泵干式安装在同一座泵坑内，在其中一台水泵出现故障情况下可以通过切换装置实现互相备用；剩余污泥泵在滗水阶段的后期通过池内的多点吸泥管将剩余污泥抽送至污泥缓冲池，经提升至污泥脱水机脱水缩容外运。
　　每座反应池的主反应区设置膜片式微孔曝气器2959个，供气量大，氧转移率高，单个曝气器设计供气量1~3m3／h。
　　生化池的进水、曝气、回流、沉淀、滗水、排泥可在控制室内按时间顺序进行集中控制。进水水量、水质的波动可以根据进、出水水量、水质通过调整鼓风量、曝气时间、污泥回流比、排泥量及运行周期等运行参数来控制。
　　（4）鼓风机房。主要为循环式活性污泥反应池的曝气装置提供气源，为了空气管路布置顺畅，尽量减少空气管路的压降，鼓风机房考虑近远期分别设置，近期鼓风机房内设3台罗茨鼓风机，2用1备，其中一台工作的鼓风机交替为同组2座反应池供气；另一台工作的鼓风机交替为其余同组另2座反应池供气；备用的鼓风机可替代任一台发生故障的工作鼓风机。
　　每台鼓风机设计流量Q=75Nm3/min，设计升压P=58.8Kpa。鼓风机可根据设在循环式活性污泥反应池主反应区内的溶解氧的变化，通过变频调速自动调节供气量，实现在满足供气量要求下的节能降耗。
　　（5）紫外消毒渠。采用紫外消毒工艺，本工程近期设一座紫外消毒渠，远期再增设一座消毒渠。紫外消毒渠的设计流量为近期高日高时流量0.497m3/s。消毒渠长约5.60m，宽1.02m，水深1.3m。渠内设4个紫外消毒模块，消毒指标：粪大肠菌群数≤10000L-1，消毒渠旁共壁建一座超越渠，以便检修维护；消毒渠全部设备由自备的控制设备控制，运行操作简便，可无人长期管理。
　　（6）污泥处理系统。污泥处理单元的设备按近期规模配置，建筑尺寸按远期考虑。来自CAST池的剩余污泥在此进行浓缩脱水，使其体积降至最低以便于运输处置。剩余污泥产量近期处理规模573m3/d（含水率99.2%），设污泥缓冲池、污泥脱水间各一座；其中污泥缓冲池有效容积326m3，内设潜水搅拌机2台保证污泥均质。污泥脱水间内设有卧式螺旋沉降离心机2台(远期增设一台)，单机转鼓直径Ø520mm，及其配套螺旋输送机，污泥投配泵、污泥切割机，絮凝剂计量泵、冲洗水泵、自动絮凝剂制备装置。来自污泥缓冲池的污泥经污泥投配泵送至卧式螺旋沉降离心机进行脱水，为了保证脱水效果，脱水前的污泥按污泥干重的0.1%~0.4%的比例投加絮凝剂PAM，PAM配药浓度为0.5%。经脱水后的污泥泥饼由无轴螺旋输送机送至污泥堆场，定期装车外运至垃圾填埋场卫生填埋。
　　3.经济效益分析
　　由于设计期间，三材等建筑材料价格较高，该工程预算总投资约6359余万元，随着建材价格的调整，工程建设投资将会得到有效的控制；工程近期总用电负荷731kVA，单位水量能耗为0.288kWh/m3。污水处理的吨水能耗指标受很多因素影响，如进水情况，出水要求，处理工艺流程，工程所处的地理位置等。该污水处理厂能耗指标相比其它处理工艺略占优势，吨水能耗指标处于平均值。目前，文城污水处理厂已建成通水，并已投入试运行阶段，出水COD等污染物指标完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的一级B标准，即工程的设计排放标准；该工程的建成和运行，将改善文昌市的水环境质量，保护市民的健康，促进工农业、旅游业的发展；该污水处理厂的建成对保证海南省文昌市经济建设及环境治理都有深远的效益。
　　4.结语
　　（1）通过工程设计及实地考察，循环活性污泥法处理工艺将SBR技术和生物选择器加以有机结合，具有优异的抑制污泥膨胀能力，降低了运行管理的难度，适用当地的运行管理水平；循环活性污泥法处理工艺因采用非限制曝气方式，即边进水边曝气的曝气方式，抗冲击负荷能力强，其控制灵活，可根据实际进水水质进行调整，适应工程进水水质特点，保证了出水水质稳定。
　　（2）循环式活性污泥处理工艺相比传统活性污泥法具有工艺流程简洁、布置紧凑，处理构筑物较少，节约用地的优势，采用该处理工艺明显节省了工程建设投资；工程设计通过优化工艺路线，采用合理的控制方法，优选节能设备，在保证工程正常运行的前提下，降低了工程的运行成本。
　　参考文献
　　[2]上海市政工程设计研究总院主编．室外排水设计规范GB50014－2006[M]．北京，中国计划出版社，2006
　　[3]廖钧，杨庆，彭永臻．CAST工艺设计计算方法探讨[J]．给水排水．2011，37(4)：26