羅萬申 　聶福勝
(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610081 )

　　摘要 深圳市南山污水廠是該市污水排海工程的重要組成部分，也是深圳市排水規(guī)劃中最大的一座污水處理廠，根據(jù)環(huán)境珠江口海域環(huán)境要求，其出水指標(biāo)要達(dá)到較高的除磷脫氮標(biāo)準(zhǔn)。本文簡(jiǎn)要介紹了該污水廠的工程概況、原污水水質(zhì)及處理目標(biāo)、工藝方案的選擇、主要理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　關(guān)鍵詞 污水處理廠；除磷脫氮；MUCT工藝；Trans-Flo二沉池；設(shè)計(jì)

1 工程背景及概況

　　深圳市污水排海工程是將福田區(qū)皇崗路以西的城市污水，通過污水管道系統(tǒng)輸送至南山污水處理廠，經(jīng)一級(jí)（沉淀）處理后，用水泵加壓送到媽灣的工作井、進(jìn)入海洋放流管經(jīng)擴(kuò)散器排至珠江口伶汀洋海域。污水排海工程已于1997年正式投入運(yùn)行，對(duì)減輕珠江口海域的水質(zhì)污染發(fā)揮了積極的作用，而深圳市南山污水處理廠則是污水排海工程的重要組成部分。
　　深圳市污水排海工程實(shí)施十多年來，南山地區(qū)的污水水質(zhì)和受納海域的環(huán)境都發(fā)生了較大的變化。為了針對(duì)珠江口海域水環(huán)境現(xiàn)狀和深圳市污水的水質(zhì)情況，進(jìn)一步核實(shí)受納海域的環(huán)境容量、排海工程對(duì)珠江口污染負(fù)荷的實(shí)際貢獻(xiàn)率及其允許排放量，深圳市給排水工程建設(shè)指揮部于1998年委托有關(guān)單位做了《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報(bào)告》，從環(huán)保角度對(duì)排海工程的建設(shè)、運(yùn)行和污染控制提出建設(shè)性意見。該報(bào)告提出了污染物排放總量控制的概念，要求隨著排海污水量的增加，排海工程應(yīng)逐步增加對(duì)污水的處理程度，也就是說，南山污水處理廠要逐步實(shí)施除磷脫氮工程。
　　為此，中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)了南山污水處理廠的除磷脫氮工程及中水利用工程的設(shè)計(jì)工作。南山污水處理廠除磷脫氮工程總規(guī)模為73.6萬m³/d ，包括中水利用及污泥處置在內(nèi)的設(shè)計(jì)用地總面積為34.30 ha。

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

2.1 原污水水質(zhì)
　　根據(jù)《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報(bào)告》進(jìn)行的大量調(diào)查、統(tǒng)計(jì)資料，南山污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)廠污水水質(zhì)為：
　　BOD₅　　　　　　　　　　　　　　 150 mg/L
　　COD_Cr　　　　　　　　　　　　　　300 mg/L
　　SS　　　　　　　　　　　　　　　 150 mg/L
　　無機(jī)氮（以NH₃-N為主）　 　　　 　40 mg/L
　　活性磷酸鹽　　　　　　　　　　　　3.5 mg/L
2.2 處理后污水水質(zhì)指標(biāo)
　　依據(jù)《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報(bào)告》要求，為確保不致引起控制范圍外的海域水質(zhì)降級(jí)，排海工程的主要污染物要實(shí)行總量控制：
　　COD_Mn　　　　　　　　　　　　　　≤74 t/d
　　活性磷酸鹽　　　　　　　　　　　　≤1.12 t/d
　　無機(jī)氮　　　　　　　　　　　　　　≤7.48 t/d
　　大腸菌群　　　　　　　　　　　　　≤3.19´10¹⁵個(gè)/d
　　按照排海工程的總規(guī)模（也就是南山污水處理廠的規(guī)模）為73.6萬m³/d進(jìn)行折算計(jì)算，處理后污水應(yīng)達(dá)到的排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 南山污水處理廠排放控制指標(biāo) 污染物種類 污染物控制總量 污水排放濃度 COD_Mn 74.00（t/d） 100.54（mg/L） 活性磷酸鹽 1.12（t/d） 1.52（mg/L） 無機(jī)氮 7.48（t/d） 10.16（mg/L） 大腸菌群 3.19×10¹⁵（個(gè)/d） 4.34×10⁶（個(gè)/L）

3 工藝方案

3.1 污水處理工藝方案
　　根據(jù)南山污水處理廠進(jìn)廠污水水質(zhì)和處理后污水排放指標(biāo)，南山污水廠污水處理廠的重點(diǎn)處理項(xiàng)目為無機(jī)氮（以NH₃-N為主）和活性磷酸鹽兩項(xiàng)。重點(diǎn)處理項(xiàng)目要求的去除率見表2。

表2 重點(diǎn)處理項(xiàng)目要求的去除率 污染物種類 進(jìn)水濃度
(mg/L) 出水濃度
(mg/L) 去除量
(mg/L) 去除率
(%) 無機(jī)氮
（以NH₃-N計(jì)） 40.0 10.0 30.0 75.0 活性磷酸鹽 3.5 1.5 2.0 57.1

　　由此可見，南山污水處理廠的處理程度應(yīng)該全面滿足對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽去除的要求，相比之下去除無機(jī)氮的要求更嚴(yán)。
　　因此，在綜合考慮國(guó)家現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策對(duì)污水處理工藝的限制、環(huán)境要求達(dá)到的污染物去除率、運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性、工程的分期建設(shè)、污泥處置等因素后，南山污水處理廠宜采用強(qiáng)化二級(jí)處理工藝。在工程設(shè)計(jì)中主要研究了具有生物除磷脫氮功能的MUCT、Step Feeding和A/A/O等工藝后，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，決定采用具有生物除磷脫氮功能的MUCT工藝。
　　MUCT工藝示意圖見圖1。

　　南山污水處理廠采用的MUCT工藝與常規(guī)的MUCT工藝的區(qū)別在于：
　　（1）厭氧區(qū)和缺氧區(qū)表分成多格，采用串聯(lián)的完全混合單元，以期獲得較高的效率。
　　（2）原污水不是全部進(jìn)入?yún)捬醭兀歉鶕?jù)除磷和脫氮的實(shí)際需要，使得原污水中的碳源一部分進(jìn)入?yún)捬醭赜糜诔住⒘硪徊糠诌M(jìn)入缺氧池用于脫氮。
　　（3）可以在不同的季節(jié)，也可以根據(jù)不同的進(jìn)水碳氮比，將一個(gè)或二個(gè)缺氧單元轉(zhuǎn)換為好氧單元（即將圖1中的Ax3和/或Ax4單元轉(zhuǎn)化為好氧單元Ae），即使是在冬季也能保證硝化效果，以便達(dá)到令人滿意的脫氮目的。
　　MUCT工藝，在分期建設(shè)和運(yùn)轉(zhuǎn)管理方面更具有如下的靈活性：
　　（1）對(duì)于不同的進(jìn)水水質(zhì)，MUCT可以調(diào)節(jié)分配至厭氧段和缺氧段的進(jìn)水比例，以便同時(shí)為生物除磷和生物脫氮提供最優(yōu)的碳源。
　　（2）在不同季節(jié)，可以對(duì)缺氧區(qū)和好氧區(qū)的比例進(jìn)行季節(jié)性的調(diào)整，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)管理方面的靈活性。
　　（3）污泥回流采用的是二級(jí)回流，回流污泥在第一個(gè)缺氧單元內(nèi)就消耗掉了溶解氧和硝態(tài)氮，再將污泥回流至厭氧段，就能做到硝態(tài)氧的零回流，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，從而可以減小厭氧池的容積、提高生物除磷效果。
　　（4）根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況，也可以直接將活性污泥回流至厭氧段，此時(shí)可以省掉第二級(jí)回流、節(jié)省能耗，使MUCT按A/A/O方式運(yùn)行，甚至污泥二級(jí)回流設(shè)施可以緩建。
　　（5）不再像UCT工藝那樣需要根據(jù)進(jìn)水TKN/COD比值對(duì)回流硝酸鹽量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
3.2 污泥處理方案
　　南山污水處理廠除磷脫氮工程實(shí)施后，剩余污泥產(chǎn)量將比單純的一級(jí)處理有所增加，利用現(xiàn)有污泥脫水間，采用更換或增加污泥脫水設(shè)備的方法已無法滿足污泥處理要求。現(xiàn)階段的污泥處理工藝仍然采用生污泥直接脫水的方式，僅為今后的污泥處置與綜合利用工藝提供預(yù)留場(chǎng)地，但是現(xiàn)有污泥處理方案必須能夠適應(yīng)今后可能出現(xiàn)的污泥處置方式。因此污泥處理設(shè)計(jì)的總體思路是，在污泥消化或其他污泥處置工藝實(shí)施之前，污泥處理采用直接脫水的方式；當(dāng)污泥消化或其他污泥處置措施實(shí)施時(shí)，為了減少待處置污泥的體積，將一步化污泥機(jī)械脫水處理改為污泥機(jī)械濃縮和機(jī)械脫水分段進(jìn)行的方式運(yùn)行，即一部分仍然作為污泥脫水機(jī)使用，而將另一部分污泥脫水機(jī)改為污泥濃縮機(jī)使用（必要時(shí)增加部分新的機(jī)械），這樣就可以滿足近遠(yuǎn)期工程的不同需要。
　　南山污水處理廠的污水處理及污泥處理工藝流程見圖2。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

　　南山污水處理廠分二套系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，第一套系統(tǒng)規(guī)模為35.2萬m³/d，目前已建成一級(jí)處理部分，第二套系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模為38.4萬m³/d，包括一級(jí)處理在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)都需要建設(shè)。下面主要介紹第二套系統(tǒng)主要構(gòu)筑物——MUCT生化池、Tans-Flo二沉池和污泥處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)。
4.1 MUCT生化池
　　MUCT生化池設(shè)計(jì)規(guī)模為38.4萬m³/d，峰值系數(shù)采用1.2，共設(shè)2組，每組分2座。單座尺寸L×B×H=99.65m×104.80m×7.20m，有效水深6.50m。
　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
　　·停留時(shí)間t=8.27 h（其中厭氧段t₁=1.11 h，缺氧段t₂=2.34 h，好氧段t₃=4.82 h）
　　·污泥負(fù)荷F_w=0.135 kgBOD₅/kgMLSS·d
　　·混合液濃度N_w=3～3.5 gMLSS/L
　　·污泥泥齡：夏季θ=10 d，冬季θ=15 d
　　·一級(jí)污泥回流比：RAS1=77%、二級(jí)污泥回流比：RAS2=105%
　　·曝氣池混合液回流比：R₃＝250%
　　·最大需氣總量：Q_max=2070 m³/min、最大氣水比：7.8:1
　　MUCT生化池包括厭氧段、缺氧段和好氧段。每座池分為完全混合的2格厭氧單元和4格缺氧單元以及推流式好氧單元。通過變頻調(diào)速泵來調(diào)整各段混合液及污泥的回流比以適應(yīng)各種水質(zhì)條件下對(duì)除磷、脫氮的處理效率的要求。同時(shí)在最后兩格缺氧單元布置了曝氣管以增強(qiáng)曝氣池硝化功能的靈活性，在推流式曝氣池按需氧量分布情況布置曝器。
4.2 二沉池
　　經(jīng)過對(duì)矩形池與圓形池的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，矩形沉淀池具有池子個(gè)數(shù)少、日常的運(yùn)轉(zhuǎn)管理方便，水頭損失小（0.65 m）、可以降低污水處理的能耗，布置緊湊、占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的矩形沉淀池存在著出水堰上負(fù)荷較大、指型槽會(huì)妨礙機(jī)械刮泥等不利因素，因此采用Trans-Flo這種新型平流式矩形二沉池。
　　Trans-Flo矩形二沉池的進(jìn)水槽和出水槽均設(shè)在沿著沉淀池長(zhǎng)度方向的同一側(cè)，其工作原理類似于周進(jìn)周出圓形二沉池，能夠較好地解決矩形沉淀池的出水堰上負(fù)荷較大的問題，并且這種池型可以采用較大的表面負(fù)荷。
　　二沉池設(shè)計(jì)規(guī)模為38.4萬m³/d，峰值系數(shù)K_Z=1.3，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷q=1.00 m³/m²·h。
　　二沉池共2組，每組9格，單格寬度11.00 m，沉淀區(qū)長(zhǎng)度為81.00 m。有效水深3.60 m，總深4.00 m。單組沉淀池平面尺寸為88.05´102.26 m。刮泥采用鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)，排泥采用穿孔管排泥，在污泥回流比R=0.77的情況下，排泥濃度為0.6～0.8%。
4.3 紫外線（UV）消毒系統(tǒng)
　　污水廠出水采用紫外線消毒技術(shù)，處理水量為38.4萬m³/d，峰值系數(shù)為1.3。
　　紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)按二級(jí)生物處理出水考慮，設(shè)計(jì)最不利懸浮物濃度為20 mg/L，紫外線設(shè)計(jì)穿透率為60%。消毒后出水指標(biāo)按照《污水海洋處置工程污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GWKB 4-2000）中規(guī)定的糞類大腸菌群的排放濃度限值為20個(gè)/mL進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　紫外線消毒設(shè)備采用引進(jìn)設(shè)備，帶燈管外套自動(dòng)清洗系統(tǒng)。
4.4污泥濃縮脫水間
　　除磷脫氮工程實(shí)施后，污水廠最終規(guī)模將達(dá)到73.6萬m³/d，總剩余污泥量為100000 kgDS/d（100 tDS/d）。
　　濃縮脫水間內(nèi)設(shè)臥螺式離心濃縮脫水機(jī)（Q=85 m³/h，N=110+30kW）8臺(tái)，近期（38.4萬m³/d規(guī)模）安裝4臺(tái)，對(duì)污泥進(jìn)行一步化直接濃縮脫水，出泥含固率≥22%。上述8臺(tái)污泥脫水機(jī)在現(xiàn)階段按一步化直接濃縮脫水的方式運(yùn)行，為適應(yīng)今后進(jìn)行污泥穩(wěn)定處理或污泥處置的需要，到時(shí)也可改成濃縮與脫水二段式運(yùn)行。
　　根據(jù)深圳市現(xiàn)有污水廠的管理運(yùn)行方式，夜間或暴雨時(shí)不便外運(yùn)污泥，若以傳統(tǒng)泥棚的方式解決污泥存儲(chǔ)問題，不但會(huì)造成二次污染而且還會(huì)增加工作量。因此，本設(shè)計(jì)采用儲(chǔ)泥罐系統(tǒng)。共設(shè)輸泥泵及儲(chǔ)泥罐4套，近期安裝2套，單罐儲(chǔ)量200 m³。

5 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　（1）在整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過程中，始終貫穿技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、運(yùn)行管理方便的思想。既要做好大系統(tǒng)，又要處理好每一個(gè)構(gòu)筑物的細(xì)節(jié)，可操作性強(qiáng)。
　　（2）采用了以MUCT生化單元為主體的除磷脫氮工藝。該工藝對(duì)污水水質(zhì)（碳氮比）的變化適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)行管理靈活，既可按MUCT方式運(yùn)行，也可以A/A/O工藝和改良A/A/O工藝運(yùn)行。
　　（3）在大型污水廠中首次采用Trans-Flo式的矩形平流式沉淀池，其原理類似于周邊進(jìn)水周邊出水的圓形沉淀池，但矩形池具有池子個(gè)數(shù)少、運(yùn)轉(zhuǎn)管理點(diǎn)少、水頭損失小（0.65 m）、布置緊湊、占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)。
　　（4）污泥處理方式靈活，近遠(yuǎn)期結(jié)合好。在污泥存儲(chǔ)方面采用了儲(chǔ)泥罐系統(tǒng)新技術(shù)。
　　（5）本工程在出廠水消毒方面做了積極的探索，在國(guó)內(nèi)大型污水廠中率先采用UV消毒系統(tǒng)。

第一作者 羅萬申，男，中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究院總工程師，教授級(jí)高級(jí)工程師。
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