1、工程概況

南京某污水處理廠總設(shè)計規(guī)模20×104m3/d，占地約10.59hm2，污水廠服務(wù)范圍內(nèi)用地性質(zhì)主要是居住、商業(yè)及科研用地。其中一期工程設(shè)計規(guī)模10×104m3/d，于2008年啟動，采用旋流沉砂池+改良A2O+混凝沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池工藝，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)后排入石頭河。隨著2015年江北新區(qū)國家級高新區(qū)的設(shè)立，區(qū)域經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了發(fā)展的快車道，人口、商業(yè)的集聚和大量高新科技企業(yè)的引進(jìn)，使現(xiàn)有污水處理能力達(dá)到飽和，為此啟動擴(kuò)建工程，設(shè)計規(guī)模10×104m3/d，廠址為現(xiàn)狀污水廠廠區(qū)一期工程東側(cè)的規(guī)劃預(yù)留地，用地面積約3.4hm2，尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)，擴(kuò)建完成后污水廠的總規(guī)模達(dá)到20×104m3/d。

2、設(shè)計水質(zhì)

本工程設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

目前江蘇省除了沿太湖地區(qū)頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32/1027—2018）外，其他地區(qū)仍然執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)市環(huán)保局關(guān)于鼓勵建設(shè)單位在一級A基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高污水處理廠處理標(biāo)準(zhǔn)，減少尾水污染物排放總量要求的回復(fù)，考慮到石頭河為長江的匯入支流，為響應(yīng)長江大保護(hù)的需要，本次擴(kuò)建工程出水采用一級A標(biāo)準(zhǔn)，同時在工藝設(shè)計上充分考慮具備出水水質(zhì)再提升的能力。

3、工藝選擇

結(jié)合本項目實際情況，以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸趨嚴(yán)的大背景，污水處理的主體工藝需要滿足以下原則：①脫氮除磷性能優(yōu)越，尤其是脫氮性能無法通過化學(xué)方式彌補(bǔ)，生化系統(tǒng)自身的脫氮效率極為重要；②系統(tǒng)脫氮性能有較大提升潛力，滿足未來可能更高的TN排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 預(yù)處理工藝

一期工程采用旋流沉砂池，氣提排砂，從實際使用情況看，沉砂及排砂效果不理想，提砂管易阻塞，導(dǎo)致沉砂池檢修頻繁，沉砂效果不理想對后續(xù)生化池的運(yùn)行也產(chǎn)生了不利影響。張春艷等對旋流沉砂池和曝氣沉砂池除砂效果的對比研究表明，旋流沉砂池所去除砂渣中，無機(jī)砂粒的粒徑主要集中在0.15mm以上，所占比例為96.02%，而曝氣沉砂池所去除砂渣中，無機(jī)砂粒的粒徑主要集中在0.096mm以上，所占比例為99.16%，曝氣沉砂池對粒徑為0.1mm左右和0.055mm左右無機(jī)砂粒的去除率高于旋流沉砂池。石艷玲等對曝氣沉砂池的運(yùn)行效果評估表明，曝氣沉砂池具有良好的除砂、洗砂和除油功能，對后續(xù)處理工藝的影響很小，其出水到達(dá)生物池入口時溶解氧在0.2mg/L以下，對厭氧段影響甚小，曝氣對有機(jī)物的去除也十分有限，不會減少污水中的碳源。柯浪文等有關(guān)曝氣沉砂池的預(yù)處理效果對COD去除效果的影響研究也表明，其可以有效去除黏附在砂粒上的有機(jī)污染物，不會破壞后續(xù)的厭缺氧環(huán)境。因此，與旋流沉砂池相比，曝氣沉砂池可以較好地分離污水中的有機(jī)物和無機(jī)物，排砂中的有機(jī)物含量低，可減少進(jìn)水中的碳源損失，在污水廠預(yù)處理中應(yīng)用廣泛。

綜上，本次擴(kuò)建工程采用曝氣沉砂池，總設(shè)計規(guī)模20×104m3/d，Kz=1.30，曝氣沉砂池后設(shè)置配水井，分別向一期和擴(kuò)建工程配水，原一期10×104m3/d細(xì)格柵及旋流沉砂池經(jīng)檢修后作為備用保留。

3.2 二級處理工藝

根據(jù)相關(guān)研究，在A2O工藝好氧池后增加一級缺氧反應(yīng)，可以使反硝化更加徹底，同時為了防止反硝化影響污泥在沉淀池的沉降，在后缺氧池后再增加一級好氧池，形成A2O-A/O工藝。羅景陽等研究發(fā)現(xiàn)，改良型A2O工藝中的預(yù)缺氧池有助于功能細(xì)菌的富集和代謝活性的增強(qiáng)，能大幅提高生化系統(tǒng)的硝化和反硝化速率。王舜和等在對多級AO與多模式A2O工藝在污水廠的應(yīng)用對比研究中發(fā)現(xiàn)，多模式A2O工藝對COD、磷的去除效果占優(yōu)，多級AO工藝脫氮效果占優(yōu)。

一期工程二級處理采用改良A2O工藝，出水效果比較穩(wěn)定�？紤]到為了應(yīng)對不同的進(jìn)水水質(zhì)，滿足不同條件下污染物的去除需求，并具備進(jìn)一步提升二級出水水質(zhì)的能力，本次擴(kuò)建工程二級處理采用多模式A2O工藝，其可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求，靈活調(diào)整運(yùn)行模式為改良A2O工藝、改良A2O-AO多級工藝。

3.3 深度處理工藝

杜創(chuàng)、李采芳等對反硝化深床濾池在污水廠提標(biāo)中的應(yīng)用效果研究表明，反硝化濾池能夠進(jìn)一步提高出水水質(zhì)。反硝化濾池分為上向流和下向流，上向流以反硝化曝氣生物濾池為代表，下向流以反硝化深床濾池、連續(xù)砂反硝化濾池為代表，考慮到本次反硝化濾池處在整個工藝流程的最后位置，兼具過濾作用，其出水經(jīng)消毒后即排放，同時，考慮到各類反硝化濾池進(jìn)水配水對碳源利用的影響，選擇下向流V型反硝化濾池，其主要針對硝酸鹽氮進(jìn)行生物脫氮，對殘留的懸浮物進(jìn)行截留，同時具有反硝化脫氮、除磷及去除懸浮物的功能，構(gòu)造如圖1所示。

一期工程深度處理工藝采用混凝沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池，主要去除TP和SS，其工藝自身不具備水質(zhì)再提升的能力。因此，本次擴(kuò)建工程深度處理需統(tǒng)籌兼顧一期工程的水質(zhì)再提升�？紤]到V型反硝化濾池的出水TN可以控制在5mg/L，分流一期5×104m3/d，使擴(kuò)建工程的V型反硝化濾池處理規(guī)模設(shè)計至15×104m3/d，其高質(zhì)量的出水與一期纖維轉(zhuǎn)盤濾池5×104m3/d出水混合后再排放，可控制TN在10mg/L以下，且滿足后期出水水質(zhì)進(jìn)一步提升的需求。

3.4 除臭工藝

考慮到高新區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，污水廠周邊一定范圍內(nèi)有大型居住社區(qū)，對空氣質(zhì)量有較高期望和要求，因此，本工程參考相關(guān)研究采用“全過程”除臭+生物濾池除臭組合工藝，通過全過程源頭治理，加上生物濾池除臭重點強(qiáng)化治理，進(jìn)一步優(yōu)化廠區(qū)空氣環(huán)境。

3.5 工藝流程

最終確定的污水處理工藝流程見圖2。

4、核心單元設(shè)計

4.1 細(xì)格柵及曝氣沉砂池

設(shè)細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座，設(shè)計規(guī)模20×104m3/d，Kz=1.30。設(shè)3道轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵，每道格柵寬Ø2.6m，柵條間隙6mm，柵前水深1.2m，細(xì)格柵平面尺寸10.8m×9.50m，高度為1.70m。配備中壓沖洗水泵4臺（3用1備），Q=9.1m3/h，H=700kPa，N=3kW；無軸螺旋輸送機(jī)1臺，Q=6m3/h，L=11m，N=3kW。曝氣沉砂池1座，2組，水平流速0.1m/s，水力停留時間4.2min，平面尺寸31.2m×9.50m，池深5.5m。配備橋式吸砂機(jī)2臺，單臺L=3.8m，N=0.55kW；排砂潛污泵2臺，Q=20~35m3/h，H=70kPa，N=2.2kW；砂水分離器1臺，Q=27~35L/s，N=0.75kW；電動調(diào)節(jié)堰門2臺，單臺B×H=3900mm×500mm，N=1.1kW，手電兩用，不銹鋼；羅茨風(fēng)機(jī)2臺（1用1備），Q=20~40m3/min，H=40kPa，N=37kW。

4.2 多模式A2O生化池

設(shè)多模式A2O生化池2座，單座設(shè)計規(guī)模5×104m3/d，分為預(yù)缺氧區(qū)（預(yù)選擇區(qū)）、厭氧區(qū)（厭氧/缺氧過渡區(qū)）、缺氧區(qū)、（缺氧/好氧過渡區(qū)）好氧區(qū)、好氧區(qū)/后缺氧區(qū)轉(zhuǎn)換區(qū)、后好氧區(qū)，其中預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)上方進(jìn)行混凝土封蓋，同時在混凝土頂板上方設(shè)置了30cm的綠化種植層。單座總平面尺寸75.1m×78.6m，有效水深7m，總水力停留時間19h，其中預(yù)缺氧0.5h、厭氧1.5h、缺氧5.55h、好氧10.05h、后缺氧0.7h、后好氧0.7h；混合液濃度4gMLSS/L，BOD5污泥負(fù)荷0.048kgBOD5（/kgMLSS·d）；總氮負(fù)荷0.02kgTN/（kgMLSS·d）；總磷負(fù)荷0.018kgTP/（kgMLSS·d）；污泥回流比50%～100%，混合液內(nèi)回流比200%～300%；實際污泥產(chǎn)率0.80kgDS/kgBOD5，氣水比（6~8.64）∶1，污泥齡13.5d。在預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、后缺氧區(qū)共設(shè)置23臺雙曲面攪拌器，D=2500mm，N=5.5kW，n=34r/min；混合液內(nèi)回流泵4臺（3用1備），Q=2083.3m3/h，H=10kPa，N=11kW；板條式微孔曝氣器（好氧區(qū)）380套；精確曝氣系統(tǒng)1套，配套10臺菱形電動調(diào)節(jié)閥、流量計及控制儀表。

4.3 二沉池

設(shè)二沉池4座，單座設(shè)計規(guī)模2.5×104m3/d，采用周進(jìn)周出輻流式沉淀池，池徑40m，水力負(fù)荷0.83m3（/m2·h），最大水力負(fù)荷1.08m3（/m2·h），有效水深4.0m，停留時間4.0h。配中心傳動單管吸泥機(jī)4套，單套Ø40m，N=0.75kW，含工作橋及配套出水三角堰（不銹鋼）、浮渣擋板（不銹鋼）、擋水裙板（不銹鋼）、配水孔管擋板、排渣堰門。

4.4 高效沉淀池

設(shè)高效沉淀池2座，單座5×104m3/d，由機(jī)械混合池、機(jī)械反應(yīng)池、斜板沉淀池組成，PAC投加量為60～100mg/L，PAM投加量為0.5～1mg/L。單座平面尺寸32m×24m，其中混合反應(yīng)池停留時間2.3min，內(nèi)置混合攪拌機(jī)1臺，D=1.8m，N=4.0kW，配變頻控制，攪拌均勻度>90%；機(jī)械反應(yīng)采用3級絮凝；斜板沉淀池清水區(qū)上升流速1.3mm/s，設(shè)置1臺中心傳動刮泥機(jī)，D=21m，N=1.1kW；污泥回流泵2臺（1用1備），Q=80m3/h，H=10kPa，N=1.6kW，變頻。

4.5 中間提升泵房及V型反硝化濾池

設(shè)中間提升泵房1座，設(shè)計規(guī)模15×104m3/d，尺寸為37.88m×8.15m×8.09m，與V型反硝化濾池合建，調(diào)蓄時間15min。主要設(shè)備：潛污軸流泵5臺（3用2備），Q=2708m3/h，H=38kPa，N=55kW，變頻；快速混合攪拌器2臺，N=7.5kW，不銹鋼材質(zhì)，用于投加碳源，碳源為乙酸鈉原液（濃度20%），投加量50mg/L。

設(shè)V型反硝化濾池1座，設(shè)計規(guī)模15×104m3/d，總平面尺寸57.3m×42.38m，共設(shè)8格，單格過濾面積116.2m2，正常濾速6.72m/h，強(qiáng)制濾速7.68m/h，最高時濾速8.74m/h，采用恒水位過濾，反沖洗周期約16h，反硝化容積負(fù)荷0.896kgN/（m3·d）。采用黏土燒結(jié)球形陶粒濾料，濾料顆粒密度1.4~1.9g/cm3，有效粒徑2.5mm，不均勻系數(shù)≤1.50，濾料厚度1.80m；承托層采用級配礫石，18mm×25mm礫石厚200mm，9mm×18mm礫石厚100mm；采用氣水聯(lián)合反沖洗，氣沖洗強(qiáng)度100m3（/m2·h），水沖洗強(qiáng)度20m3（/m2·h），單獨(dú)氣沖時間約2min，氣水聯(lián)合反沖洗時間約8~14min，單獨(dú)水沖洗時間約6~10min。設(shè)廢水池1座，池容826m3，疊于反洗風(fēng)機(jī)房下方，內(nèi)置廢水排污泵2臺（1用1備），Q=530m3/h，H=130kPa，N=30kW；潛水?dāng)嚢杵?/span>2臺，N=4kW。清水池1座，池容468m3，內(nèi)置反沖洗水泵3臺（2用1備），Q=1162m3/h，H=90kPa，N=45kW。反沖洗風(fēng)機(jī)房1座，位于廢水池上方，內(nèi)設(shè)羅茨風(fēng)機(jī)3臺（2用1備），Q=5810m3/h，P=65kPa，N=160kW。中間提升泵房及V型反硝化濾池的平面布置如圖3所示。

4.6 除臭系統(tǒng)

“全過程”除臭由微生物培養(yǎng)系統(tǒng)和除臭污泥投加系統(tǒng)構(gòu)成，在一期及擴(kuò)建工程的生化池缺氧區(qū)各設(shè)置40臺培養(yǎng)箱，并配套空氣管路，通過生物池上的供氣管為培養(yǎng)箱供氣，培養(yǎng)箱規(guī)格Ø1200mm×2000mm，材質(zhì)為碳鋼熱浸鋅防腐，單臺培養(yǎng)箱供氣量3~7m3/h；除臭污泥投加泵分別設(shè)置于一期及擴(kuò)建污泥回流泵房內(nèi)，將回流污泥回流至進(jìn)水泵房前端，各配置2臺（1用1備），1臺變頻，Q＝250m3/h，H=100kPa，N=18.5kW。

擴(kuò)建工程共設(shè)1套生物濾池除臭系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理細(xì)格柵及曝氣沉砂池和生化池預(yù)缺氧、厭氧、缺氧區(qū)的臭氣。細(xì)格柵及曝氣沉砂池采用不銹鋼骨架+鋼化玻璃除臭罩進(jìn)行密封，面積227m2。生化池預(yù)缺氧、厭氧、缺氧區(qū)直接采用混凝土加蓋密封進(jìn)行臭氣收集，密封范圍4600m2，除臭風(fēng)量27000m3/h。濾池尺寸為10.5m×8m×3.3m，濾料深1.8m，設(shè)計接觸時間≥20s。配套風(fēng)機(jī)Q=27000m3/h，N=45kW，P=3.5kPa；循環(huán)噴淋水泵2臺（1用1備），Q=60m3/h，H=200kPa，N=7.5kW；增濕水泵1臺，Q=30m3/h，H=200kPa，N=4kW。

一期工程生化池為敞開式設(shè)計，本次在預(yù)缺氧、厭氧、缺氧區(qū)采用玻璃鋼弧形蓋板進(jìn)行密封收集臭氣。一期工程生化池共設(shè)2套生物濾池除臭系統(tǒng)：一套用于處理一期一組生化池的預(yù)缺氧、厭氧、缺氧區(qū)及一期污泥回流泵房的臭氣，濾池Q=20000m3/h，尺寸為10.3m×6m×3.3m，濾料深1.8m，設(shè)計接觸時間≥20s，配套風(fēng)機(jī)Q=20000m3/h，N=30kW，P=3kPa；循環(huán)噴淋水泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=200kPa，N=5.5kW；增濕水泵1臺，Q=20m3/h，H=200kPa，N=3kW。另一套用于處理一期另一組生化池的預(yù)缺氧、厭氧、缺氧區(qū)的臭氣，濾池Q=18000m3/h，尺寸9.3m×6m×3.3m，濾料深1.8m，設(shè)計接觸時間≥20s，配套風(fēng)機(jī)Q=18000m3/h，N=30kW，P=3kPa；循環(huán)噴淋水泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=200kPa，N=5.5kW；增濕水泵1臺，Q=20m3/h，H=200kPa，N=3kW。

5、設(shè)計特點

①多模式A2O生化池。

多模式A2O生化池能夠根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)變化及出水水質(zhì)要求，靈活調(diào)整運(yùn)行模式，可以兼顧強(qiáng)化脫氮除磷及除碳要求：針對目前進(jìn)水BOD5濃度低、C/N比約2.35的現(xiàn)狀，在碳源不足、進(jìn)水TN高的情況下，為了降低外加碳源消耗，實現(xiàn)低碳運(yùn)行，通過多點進(jìn)水，強(qiáng)化二級脫氮，按改良A2O-A/O方式運(yùn)行；在進(jìn)水水質(zhì)達(dá)到或超過設(shè)計水質(zhì)的情況下，為降低能耗，按改良A2O方式運(yùn)行。

②V型反硝化濾池。

a.采用生物陶粒濾料，有效粒徑為2.5mm，比表面積大，可獲得更高的生物濃度及更大的滯留能力，延長過濾周期。V型反硝化濾池的生產(chǎn)運(yùn)行表明，其具有良好的反硝化去除TN能力，反硝化所需的C/N比平均為4.25，TN去除率達(dá)到了70%，同時適量的碳源投加不會增加出水COD。b.濾池主體結(jié)構(gòu)與V型濾池相同，進(jìn)水采用V型槽淹沒配水，克服了常規(guī)深床濾池進(jìn)水配水跌水造成碳源無效消耗的問題，可實現(xiàn)低碳運(yùn)行。c.V型濾池在水處理中應(yīng)用廣泛且成熟，大大縮短了運(yùn)行人員的適應(yīng)期，有利于工程應(yīng)用的大面積推廣。

③“全過程”除臭+生物濾池除臭組合工藝。

采用臭氣源頭系統(tǒng)治理加上局部重點強(qiáng)化除臭組合工藝，能夠大大減少池面除臭加蓋面積，除臭效果良好。對污水處理廠廠界上風(fēng)向10m范圍內(nèi)及下風(fēng)向周界外10m范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量監(jiān)控點的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，氨的濃度范圍在0.01～0.05mg/m3、硫化氫的濃度范圍在未檢出～0.001mg/m3、臭氣濃度<10，均滿足并優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）及《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554—1993）中污水處理廠廠界廢氣二級標(biāo)準(zhǔn)。

6、運(yùn)行效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本工程于2019年10月底完成調(diào)試和竣工環(huán)保驗收，至今已運(yùn)行2年多，污水處理監(jiān)測結(jié)果見表2�？梢�，出水各項指標(biāo)都達(dá)到并優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)，除TN外，其余指標(biāo)已達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。同時，因二級生物處理效果較好，目前深度處理V型反硝化濾池僅起過濾作用。

項目總投資39896.14萬元，其中工程費(fèi)用34993.72萬元，單位運(yùn)行總成本1.44元/m3，單位經(jīng)營成本1.06元/m3。實際運(yùn)行中次氯酸鈉藥耗為0.037kg/m3、聚合氯化鋁PAC藥耗為0.040kg/m3、電耗為0.28～0.30kW·h/m3。

7、結(jié)論

本工程污水處理采用曝氣沉砂池+多模式A2O+高效沉淀+V型反硝化濾池+次氯酸鈉消毒工藝，處理效果良好。該工藝可滿足當(dāng)前出水水質(zhì)要求，而且具備水質(zhì)進(jìn)一步提升的潛力，可用于污水廠新建、擴(kuò)建及改擴(kuò)建工程中。（來源：南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司）