王維斌 王秀朵 張大群 張述超 付桂芳
（天津市市政工程設計研究院）

1 工程概述

1.1處理規模

　　 撫順三寶屯污水處理廠是撫順市城市污水治理工程的重要組成部分，是實施遼渾太流域治理的優先進行的項目之一，處理規模為：粗格柵、進水泵房平均設計流量50萬m³/d，峰值流量為110 萬m³/d；細格柵、沉砂池峰值流量為55萬m³/d，平均流量為25萬m³/d；二級處理、泥處理的處理規模為25萬m³/d。
　　工程總占地14.5公頃。概算工程總投資2.59億元。
1.2進出水水質及處理程度見下表

項 目進水濃度(mg/L)出水指標(mg/L)去除率(%) BOD₅1902586.8 COD_cr45010077.8 SS2042587.7 NH₃-N301550

1.3工藝流程簡介
1.3.1污水廠工藝流程圖如下

1.3.2污水流程簡述
　　原污水由廠外進水方涵（雙孔2600×2000）進入廠區的粗格柵井，經粗格柵進入進水泵房，進水泵房峰值設計流量為110萬噸/天（雨季）。經過進水泵房提升后，55萬噸/天的污水進入兩組沉砂池及計量槽，其余部分進行第一次超越。經過沉砂池處理后的污水，進入配水閘井，在此進行第二次超越及配水到反應池，25萬噸/天的污水量通過三條d1200鋼筋砼管進入設于廠區中部的三組DAT-IAT池，進行二級處理，其余部分通過廠內超越方涵排到廠外（第二次超越）。SBR池出水進入接觸池進行消毒處理，消毒后的污水排到廠外的李石河。
　　另外為了節省自來水用量，降低運行費用，加氯用水采用處理后的二級出水，同時在水射器的進水管上串聯了兩組Y型過濾器，以防止管道堵塞。
1.3.3污泥流程簡述
　　全廠共設三組SBR池，每組三組池。每組的池子間歇排泥，每池排1小時，交替進行，這樣對于每組池排泥是連續的。SBR池的剩余污泥由潛水排污泵提升，經管道流入污泥濃縮池。污泥濃縮后，由剩余污泥泵房中的螺桿泵抽升到脫水機房的混合池，然后進入離心脫水機進行脫水，脫水后的泥餅運到污水廠附近的垃圾填埋場進行衛生填埋。

2 DAT-IAT反應池

　　本處理廠采用先進的DAT-IAT工藝。全廠共設9座DAT-DAT反應池，在控制上，三座一組。每座反應池的平面尺寸為83.7m×40.7m，鋼筋混凝土結構。水深5.11～6.0m，超高0.5m。由一個DAT和一個IAT串聯組成,DAT連續進水，連續曝氣(也可間歇曝氣)；IAT也是連續進水，但間歇曝氣。清水和剩余活性污泥均由IAT排出。
2.1 DAT-IAT主要反應過程
　　反應過程一般分為五個階段：
　　進水階段：與傳統的SBR工藝不同的是，污水連續進入DAT-IAT系統。連續進水使進水的控制大大簡化，也減少了管路及進水電動閥門的費用，這是SBR工藝是否適用于大型污水廠的首要條件。
　　反應階段：一般來講在DAT中連續曝氣，池中水流呈完全混合流態，絕大部分有機物在這個池中降解。經DAT處理后的混合液通過兩池間的雙隔墻導流系統連續不斷進入IAT，IAT間歇曝氣進一步去除有機物，使處理出水達到排放標準，同時控制曝氣時間和溶解氧濃度，可獲得良好的脫氮效果。
　　沉淀階段：沉淀階段只發生在IAT。當IAT停止曝氣后，活性污泥絮體靜態沉淀與上清液分離。DAT-IAT工藝采用獨特的雙隔墻導流系統，有效地防止了污水自DAT流入IAT時，出現水力短流或擾動已沉淀的污泥層，因而具有良好的沉淀效果。
　　排水階段：排水階段只發生在IAT，當池水位上升到設計最高水位時，沉淀階段結束，設置在IAT末端的潷水器開動，將上清液緩慢地排出池外，當池水位降到設計最低水位停止潷水。
　　待機階段：在IAT池潷水后完成了一個運行周期，兩周期間的間歇時間就是待機階段。該階段可視污水的性質和處理要求決定其長短或取消。富余的時間可增加其它階段。
2.2主要設計參數
　　每座池設計水量2.78萬m³/d，校核流量3.61萬m³/d。
　　污泥負荷：Fw=0.085kgBOD₅/kgMLSS·d；
　　平均污泥濃度：Nw=4.3g/l；
　　剩余污泥含水率99.4%；
　　IAT池向DAT池回流活性污泥混合液最大回流比為200%。
　　SBR反應池設計水力停留時間HRT=16.59hr;
　　設計污泥泥齡SRT=20d。
　　全廠每天產剩余污泥總量DS=31T；
　　時序控制：
　　DAT連續進水、連續曝氣（可調整），回流時間<2h；
　　IAT池設計連續進水，曝氣1h、沉淀1h、潷水≤1h;
2.3主要設備
　　潷水器：在每組池的IAT端部設2組旋轉式潷水器，每組潷水器由2個堰長L=8.5m的旋轉式潷水器組成，每池每周期設計排水量3472m³。單組潷水器潷水量Q＝1736m³/h，潷水器設計堰口負荷Q=28.5l／s·m，設計潷水深度0.9m，潷水器潷水深度可在0.5～1.5m范圍內調整。
　　曝氣器：每座DAT池采用宜興高塍玻璃鋼化工廠生產直徑192mm橡膠膜式微孔曝氣器2880個，單只供氣量按大于2.2m³/h。每座IAT池采用德國進口GVA橡膠膜式微孔曝氣器1326個，直徑300mm，單只供氣量按大于6.9m³/h。
　　回流污泥泵：為保持DAT池內足夠的混合液濃度，需從IAT池將混合液回流到DAT，對于全池平均MLSS=4.3g/l；IAT池MLSS約5g/l，DAT池約3.3g/l，最大污泥回流比200%。在IAT兩側墻處設兩套回流污泥泵，單臺泵流量Q=385l/s，揚程H=2.0m。回流污泥管在DAT池四角布置，末端設噴管，加強混合攪拌效果。
　　剩余污泥泵：每周期排剩余污泥一次，排泥濃度約為6g/l，每周期每池排剩余污泥量72m³，設計排泥時間為1h，每池設流量Q=75m³/hr，揚程H=10m，剩余污泥泵一臺。

3 其它構筑物設計

3.1進水粗格柵井
　　污水廠進水為雙孔2600×2200方涵，在進廠處設置了粗格柵井，粗格柵間隙為100mm，以去除體積較大的懸浮垃圾、木塊等雜物。粗格柵井上設罩棚，柵渣用皮帶輸送機輸送到污渣斗內。
3.2進水泵房
　　進水泵房的峰值設計流量為110萬m³/d，選用10臺（9用1備）飛力潛水泵，單泵流量：Q＝5062m³/h、揚程：H＝12.0m、配套電機功率：N＝215kW。為防止水泵倒灌、方便維修，在每臺泵出水管上安裝有止回閥和手、電兩用閘閥。在進水處設6臺寬度2米的回轉式固液分離機，安裝角度75°、格柵間隙25mm。為便于集水池放空清淤及設備的檢修，將集水池分為兩格。
　　旱季時五臺泵運行，雨季時啟動其它水泵。55萬m³/d的進入污水一級處理構筑物，其余污水近期直接排放。
3.3沉砂池
　　共設兩個系列，每個系列設兩座鐘式沉砂池，沉砂池直徑為5800m的園型，下部為砂斗，每池處理能力為：Q＝1750L/s。兩臺沉砂池共用一臺砂水分離機，處理能力為100m³砂水混合液/h或1.5噸砂／h。沉砂池中的沉砂經氣提后，輸送至砂水分離機。在沉砂池的出水渠道上設巴氏計量槽計量污水量，喉寬為1.75m。
　　在沉砂池進水渠上設置了細格柵，細格柵選擇德國琥珀公司生產的自清洗細柵過濾器，該設備由篩筐、螺旋輸送器、壓縮器組成。細柵過濾器傾斜放置于渠道上，污水從前面流入篩筐，狹窄的柵格之間的空隙，懸浮和漂浮物以及纖維和硬毛被擋住，由粑齒將柵渣收集起來并投入中央柵渣槽，轉動的螺旋輸送器將柵渣送入壓縮容器脫水壓緊(脫水含固量可達30～40%DS)，實現了懸浮物、固體顆粒的去除、提升、擠壓、脫水、排除一次完成。整個設備為全封閉結構、無異味、自動化水平高。每個系例設2臺細格柵：直徑：2400mm、過濾水深：1400mm、柵條凈距：10mm。
　　在細格柵上設操作間，并設置采暖設施。
3.4加氯間及氯庫
　　按季節性加氯考慮，出水設在線余氯分析儀實時監測出水余氯量，并輸出0-20mA的信號到分控站，并以此控制加氯量。設計加氯量為7.0mg/L（PPM），選用美國CAPITAL公司的真空加氯機2臺(1用1備)，加氯能力為75kg/h，同時配套提供全套的管路系統。在加氯正壓區設置了氯氣報警器，報警信號可在值班室及總控室顯示，同時還發出音響報警，為防止意外事故發生，設置一套1000公斤級的漏氯吸收裝置。所有設備均在分控站PLC的控制下自動運行。
　　加氯點設在污水處理廠的接觸池的進水口處，為保證加氯用水射器的背壓，設置離心加壓泵兩臺，Q＝50m³/h，H＝40m。為節省自來水源，加氯背壓水采用處理后的出水，同時增設了必要的防堵塞措施。
3.5接觸池
　　接觸池設計接觸時間為30分鐘，接觸池分為兩格，由閘門控制，必要時可通過閘門控制超越其中一座。每格尺寸L＝40m；B＝20m，有效水深4m。為防止短流每池設6個廊道。為了測量二級出水流量，在出水堰上設置了超聲波明渠流量計。為了減少堰上水頭，出水堰做為折線形，超聲波明渠流量計的計算模型采用了先進了自校正模型。基本原理是：在原明渠矩形薄壁堰的公式的基礎上，引入一個校正系數，該系數可根據巴式計量槽的計量結果進行自動校正（在不進行第二次超時，二者應相等）。這樣可減小接觸池的池深及整個流程的水頭損失。
3.6鼓風機房
　　鼓風機房用四臺可調導葉片的單級高速離心風機，三用一備，鼓風機單臺設計流量Q＝24000m³/h，設計風壓P＝0.7bar，配套電機功率630kW。鼓風機采用水冷方式，冷卻系統主要設備：逆流式玻璃鋼冷卻塔一套，流量為Q＝86m³/h，安裝在室外屋頂上；冷卻循環水泵Q＝50m³/h，H=60m兩臺，一用一備。
　　為減小鼓風機的噪音，每臺風機進出風管及放空管均設隔音罩，另外出風管設置于地下管廊中，進一步降低噪音。為了保證微孔曝氣器的正常工作，在進風廊道的四個進風口處設置了四臺自動卷繞式空氣過濾器，該設備對于大于1μm的灰塵除塵效率為70％；對大于5μm灰塵，除塵效率大于80％；對大于8μm灰塵去除效率大于96％。
3.7濃縮池
　　設兩座輻流式濃縮池，上口直徑22m，池邊有效水深4.3m，超高0.3m，池底坡度15%。池內設一臺帶攪動柵的中心傳動刮泥機，并帶工作橋。為便于清通維修，進泥管采用上部進泥，每池進泥管上設手、電動閘閥一個，可控制兩池進泥狀態。
3.8剩余污泥泵房
　　設一座半地下式剩余污泥泵房，安裝兩臺螺桿泵直接從濃縮池內抽吸污泥，并送至脫水機房的混合池。螺桿泵的主要設計參數為：流量：Q＝55m³/h、揚程：H＝10m。
3.9脫水機房
　　脫水機房由污泥混合池、脫水機房及泥餅堆放間合建而成。污泥混合池平面尺寸為7.5m×2.5m，有效水深3.5m。為了避免剩余污泥在混合貯池內沉淀，設有飛力潛水攪拌機一臺。
　　脫水間平面尺寸為18.74m×12m，分上下兩層，底層安裝制藥液裝置一套，最大制備能力10kg/hr聚合物粉末，藥液濃度0.5%，投藥泵3臺(2用1備)，選用計量泵，Q=0.5～1.5m³/hr，H=20m。另外設螺桿泵三臺（兩用一備），從混合池抽吸污泥到脫水機。脫水機安裝在二層，設脫水機3臺(兩用一備，與螺桿泵和投藥泵一一對應)，處理能力為30m³/hr，脫水后污泥通過安裝在二層樓板下的無軸螺旋輸送機，輸送至污泥堆放間，運到污水廠附近的垃圾填埋場進行衛生填埋。上述所有設備在分控站PLC的控制下自動運行。
　　污泥堆放間與脫水機房合建，污泥堆放間與脫水機房合建。為防止冬季泥餅凍結，堆放間內考慮采暖。

4 附屬建筑物經濟指標

　　全廠設綜合樓、浴室等附屬房間，主要經濟指標見下表：

序號編號名　　 稱建 筑 面 積備注 1301綜合樓2200 2302浴室250 3303鍋爐房255計算熱負荷：1.1MW 4304餐廳306 5305車庫380 6306倉庫390 7307機修車間444 8308門衛28

5 電氣設計

5.1變配電系統設計
　　全廠共設三座變電站，63KV變電所一座，10KV變電所兩座。
　　廠內設63kV變電所一座，采用單電源供電，由撫順市電力部門提供一路63kV電源，變電所內設單臺主變，變壓器容量為6300kVA。
　　全廠負荷最集中的構筑物是鼓風機房和進水泵房。由于總圖平面布置的限制，鼓風機房與進水泵房距離較遠。在設計中進行了經濟、技術方面的比較，確定設10kV變電站兩座。在廠區中部，鼓風機房附近設一座主變、配電站，安裝兩臺630kVA變壓器，供污水廠除進水泵房以外的所有低壓設備電力及照明用電（鼓風機為高壓電機，由10KV電源直接供電）。在進水泵房南側設一座分變配電站，安裝兩臺1600kVA變壓器，供10臺230kW進水泵用電。
5.2負荷計算及無功補償
　　本工程的負荷計算，設備采用需求系數法，照明及生活用電按單位面積用電量計算。得結果如下：有功功率P_js=4195kW、無功功率Q_js=3146kVar、總功率S_js=4642kVar。選用6300KVA變壓器一臺，變壓器負載率為74％。
　　為提高電網功率因數，節省能源，在兩座10KV變配電站的高、低母線側分別設無功功率補償裝置，10KV側補償容量為4×200 KVAR。0.4 KV側補償容量分別為2×400KVAR，2×180 KVAR，經補償后，功率因素可達0.95以上。

6 自控設計

6.1控制系統
　　全廠自控采用集散型控制系統，三級構成：第一級—就地控制(即MCC控制)；第二級—現場控制站(即PLC控制)；第三級—中央控制室(即操作站)。中央控制室設于廠前區綜合樓內，負責監控全廠污水處理過程中各工藝參數的變化情況，設備工作狀態和運行管理。
　　根據污水處理過程各個分區的功能不同，在本污水處理廠生產區內共設置五個現場控制站。第一分控站(PLC1)主要負責的構筑物為：粗格柵、進水泵房、變配電系統；(2)第二分控站(PLC2)主要負責的構筑物為：細格柵、沉砂池、計量槽；第三分控站(PLC3)主要負責的構筑物為：鼓風機房、SBR反應池；第四分控站(PLC4)主要負責的構筑物為加氯系統；第五分控站主要負責的構筑物為：濃縮池、脫水機房。
　　為使污水廠管理者及時獲得更直觀的現場情況，全廠設置了閉路電視監視系統，配備全天候攝像機4臺，固定式攝像機6臺。分別安裝在變電站、脫水機房、鼓風機房等處。
6.2主要設備的控制簡述
　　（1）格柵：正常情況下，由PLC控制定時開停，當格柵前后的液位差大于設定值時，則連續運行，直至液位差達到正常值一定時間后，恢復定時運行狀態。
　　（2）螺旋輸送機或皮帶機：與服務設備（格柵、分砂機或脫水機等）聯動運行。提前開啟，滯后關閉。
　　（3）污水泵：主要靠水位來確定水泵的運行。多臺泵應按先開先停、后開后停、輪流倒車原則進行控制。
　　（4）鐘式沉砂池及配套設備：按設定的時間程序控制順序閉環運行。
　　（5）DAT-IAT池：由兩套編制的時間程序閉環運行，分別為正常程序和應急程序。溶解氧控制由根據設定的溶解氧濃度，調節空氣管上的電動蝶閥開度。
　　（6）鼓風機及配套設備：在分控站PLC控制下全自動運行。PLC根據壓力表輸出的4-20MA的信號調節進風導葉片，必要時調整鼓風機的開啟臺數，保持總出氣管上壓力恒定。
　　（7）加氯機及配套設備：在分控站PLC控制下全自動運行。加氯機由余氯分析儀測得的0-20MA的信號調節加氯量。
　　（8）脫水機及配套設備：在分控站PLC控制下全自動運行。

7 設計特點及經驗總結

7.1采用先進的處理工藝DAT—IAT工藝
　　本處理廠采用先進的DAT-IAT工藝。該工藝由一個DAT池和一個IAT池串聯組成,DAT連續進水，連續曝氣(也可間歇曝氣)，IAT也是連續進水，但間歇曝氣，處理后的清水和剩余活性污泥均由IAT排出。由于這種工藝進水是連續的，所以克服了很多間歇進水SBR工藝的不利因素，特別適合于大型污水處理廠。另外該工藝獨特的雙隔墻設計，有效的防止了水力短流和對沉淀污泥的擾動。是大型污水處理廠設計中值得推廣的一種工藝。再有，通過對各階段時間的調整和對溶解氧的控制，該工藝可獲得良好的脫氮效果。
7.2工藝管線的施做
　　為了施工和安裝方便，污水處理廠工藝管線（包括污水和污泥）一般都采用鑄鐵管，有時也用鋼管。本工程由于處理規模較大，工藝管線較粗，若采用鑄鐵管費用太高。經比較確定采用預應力混凝土管，以節省投資。在管道轉彎及三通處，采用轉換接頭及標準件進行連接，而不是混凝土壓力井的方式，降低了工程造價，方便了安裝施工。但要注意的是，采用這種辦法鋼管件的防腐處理一定要嚴格。
7.3輸配水方面
　　一座污水處理廠，特別是大型污水處理廠設計中，工藝選擇和總圖布置固然重要，但輸配水方面的精心設計，往往會大幅度降低總投資。在撫順污水處理廠充分考慮這個問題，在很多方面做了細致周到的考慮，為國家節省了大筆的建設費用。現舉例說明之：
　　（1）如前所述，污水廠做了兩次超越。第一次超越目前僅是雨季時出現，但由于不遠的將來，污水廠將實施二期工程，目前泵站水泵設計已充分考慮了到二期污水處理所需要的揚程，僅就超越而言，這個揚程明顯是富余了。于是在設計超越砼方涵充分利用揚程，采用較小的斷面尺寸，以節省土建投資。
　　（2）對于全廠三組9座SBR的配水，設計中往往采用配水井，這需要設專門的構筑物另外水頭損失較大。由于DAT-IAT工藝對水量水質沖擊適應性較強的特性及污水量在一天內變化不均勻現實情況，所以在設計中采用了分流閘井和管道配水結合的方式：在配水閘井內通過調節閘門的開啟高度，控制到各組反應池污水量，到各座DAT-IAT池的配水采用類似大阻力配水系統的原理，即通過一條較粗的干管及到三座DAT—IAT池的較細支管實現配水的目的。這樣既保證了配水的均勻性，以節省了工程投資。
　　（3）對于接觸池超越問題，也進行了獨特的設計。一般污水處理廠的消毒接觸池是季節性加氯，如果在不加氯或檢修時，往往需要超越接觸池。一般的設計是采用超越管道及閘井的辦法，這樣對于大型污水處理廠，往往因增設管線及土建配套需增加較多的投資。在本次設計中，采用了將兩座接觸池合建的方式，由于接觸池較大，直接合建會給土建設計增加很多難度，本工程采用雙池通過聯通管聯接的方式，用閘門進行切換。這樣既減少了土建難度，節省了管道及專門的閘門井，也解決了接觸池的超越問題。
7.4加氯方面的節水
　　在加氯方面我們也做了獨特的設計。在污水處理廠的加氯工藝中，很多都是用自來水做為加氯用水（在沒有中水的情況下），實際上每小時幾十噸甚至上百噸的自來水做為加氯水射器背壓水流入污水中，無疑是巨大的浪費。為此本工程與加氯供貨商進行認真充分的研究，決定用處理后的污水做為代替自來水，并采取了必要的防止水射器堵塞的措施。值得指出的是，由于采用了這一方案，余氯分析儀也可設在加氯間而不必在出水處另設房間。
7.5嚴寒地區必要的措施
　　因地處東北地區，冬季氣候寒冷，在設計中充分考慮這一因素。采取了必要的工程措施：
　　（1）在管線綜合時，盡量使怕凍的管道設在冰凍線以下，其它管線不應都因此增加埋深。
　　（2）處理構筑物在進行經濟比較后，適當增加埋深，防止冬季熱量散失過快，影響處理效果。
　　（3）在很多處理構筑物上增設了上部建筑，并按巡視要求進行采暖設計。
　　（4）對某些構筑物及管道增設必要的保溫措施
7.6全自動的控制
　　全廠自控采用集散型控制系統，共分三級：第一級—就地控制(即MCC控制)；第二級—現場控制站(即PLC控制)；第三級—中央控制室(即操作站)。廠內所有設備及主要處理過程均為自動控制運行。另外，還設置了閉路監視系統，監視全廠各重要部分的運行情況。使撫順三寶屯污水廠成為一座工藝先進、自動化程度很高的現代化工廠。