劉向榮   簡德武

(中國市政工程中南設計研究院)

　　摘要： 洛陽市澗西污水處理廠設計采用A²/o生物處理系統(tǒng)處理城市污水，較常規(guī)水處理工藝，本工藝流程不設初沉池，生產污泥采用機械濃縮脫水一體化處理，工藝流程簡單，生產管理方便。主要處理構筑物有：旋流沉砂池﹑A²/o生物池﹑鼓風機房﹑污泥泵房﹑終沉池及污泥濃縮脫水車間。本污水廠構筑物設計及設備選型先進合理，其主體生物處理構筑物采用了高效低耗的鼓風微孔曝氣循環(huán)流式A²/o生物池，污泥脫水車間設計了國內第一座帶有室內污泥倉儲間的現代化污泥處理車間，使得整個污水處理廠運行經濟合理﹑工作環(huán)境優(yōu)美，堪稱現代化的污水處理廠。文章簡要地介紹了洛陽市澗西污水處理廠的設計。

　　1. 前言

　　河南省洛陽市地處中原，市區(qū)屬黃河水系，主要河流有洛河、伊河，分別由西南流經洛陽至偃師匯合于黑石關入黃河。洛河將洛陽市分為南北兩大塊，建成區(qū)主要位于洛河北側。洛陽市澗西污水處理廠位于市區(qū)洛河北側，緊靠洛河北大堤，處理廠污水主要來自澗西區(qū)城市污水，污水廠總規(guī)模30萬m³/d，一期建設規(guī)模20萬m³/d，處理廠總占地256畝，一期建設項目總投資（包括廠外污水截流干管）38776萬元人民幣，其中利用加拿大政府貸款1030萬美元。處理廠主要設備及自控儀表從國外進口，余下設備選用國產優(yōu)質產品。該污水處理廠自2000年12月竣工投產運行以來，處理效果穩(wěn)定，水處理單位能耗較低，出水水質達到國家一級排放標準，受到國內有關部門及專家的一致好評，取得了良好的社會效益和經濟效益。本文簡要地介紹了該污水廠的設計。

　　2. 污水廠設計

　　本工程設計所追求的目標是：技術先進、處理效果穩(wěn)定、管理經驗成熟、工程投資經濟、運行費用低、環(huán)境效果理想。

　　2.1 處理工藝

　　污水、污泥處理工藝的選擇，取決于處理廠進、出水水質指標、污水廠規(guī)模、污泥處置方法及當地氣象條件、工程地質條件及工程環(huán)境等諸多因素。根據本污水處理廠進、出水水質要求（見表2-1）及工程的具體情況，處理廠工藝流程如下（見圖2-1）：

污水廠進、出水設計水質                  表2-1

圖2-1  工藝流程示意圖

　　在上述工藝流程中，污水處理工藝選用了具有同步脫氮除磷功能的二級生物處理系統(tǒng)（A²/O生物處理系統(tǒng)），該生物處理系統(tǒng)要求進入生物池的原水含有一定量的碳源，通常要求BOD₅/TP>20，BOD₅/TN >4.0，由于本污水廠進廠水設計水質指標BOD₅/TP =122，BOD₅/TN=4.4（注：NH₃-N/TN=0.7），滿足生物除磷對碳源的要求，基本滿足生物脫氮對碳源的要求。若在上述水處理工藝流程中設置初次沉淀池，假設BOD₅經初次沉淀池的去除率為25%，則進入生物池的BOD₅/TN=3.3<4.0，就不能滿足生物脫氮對碳源的要求，故本處理系統(tǒng)不設初次沉淀池，既可以保持生物池較高的碳含量，以利于脫氮除磷，又可以減少工程投資、降低水處理運行費用。

　　在上述污水處理工藝流程中，生物處理系統(tǒng)采用前置反硝化方式脫氮，由于生物硝化系統(tǒng)屬于低負荷工藝，污泥可得到充分的好氧穩(wěn)定，因而污泥處理不設污泥消化系統(tǒng)。為確保除磷效果，污泥處理采用機械濃縮、脫水一體化處理。

　　2.2 主要生產構筑物設計

　　2.2.1 粗格柵間及原水提升泵房

　　粗格柵間與原水提升泵房合建，總平面尺寸：25.2m×14m。格柵間內設3臺國產旋轉式固液分離機（柵隙寬25mm），1臺國產帶式輸渣機，固液分離機根據格柵前后水位差自動控制機械耙渣。原水提升泵房內設5臺進口潛污泵，3臺CP3531.805型，流量3125m³/h，揚程14.8m，電機功率160kw，2臺CP3400.735型，流量2083m³/h，揚程14.8m，電機功率125kw。水泵根據集水井水位自動開停運行。

　　本污水廠原水進廠管道須穿越約30米寬的澗河，過去的污水管道采用重力倒虹吸方式跨河。由于城市污水管道系統(tǒng)形成時間較久，構成復雜，維護管理困難，該管道已淤塞，至本工程設計時，該管道已無法使用，為了確保進廠污水管道的暢通無阻，設計將原水提升泵房建于污水廠外跨澗河管段上游，距污水廠約420米，原水采用2根壓力倒虹吸管過河。該管道投產運行至今，狀況良好，確保了城市污水安全進廠，為污水廠的正常運行創(chuàng)造了良好的條件。

　　依據周邊的地理條件、環(huán)境條件、北方的氣候條件及規(guī)劃要求，粗格柵間及原水提升泵房露天設置于地面以下，設計上將固液分離機及輸渣機均設于地面以下，以避免部分截留柵渣在室外“隨風飄蕩”，造成二次污染，柵渣由螺旋壓榨機送至地面外運處置。泵房投產運行至今，整個生產環(huán)境十分理想，未給周邊環(huán)境造成任何不良影響。

　　2.2.2 細格柵及沉砂池

　　細格柵：一期20萬m³/d規(guī)模分兩組設置,每組設2道進口機械弧形細格柵(旋轉角90度)及1道人工應急格柵（國產），渠寬1.6m，柵隙寬12mm，最大過柵流速0.8m/s。格柵運行根據格柵前后水位差自動控制。柵渣由設于平臺面以下的國產無軸螺旋輸送器輸出外運處置。

　　沉砂池按其結構型式主要分為四種：一、平流式；二、豎流式；三、曝氣式；四、渦流式。上述四種沉砂池中，平流式矩形沉砂池應用最為廣泛，它具有構造簡單、處理效果好的優(yōu)點。豎流沉砂池應用較少，因污水由中心管進入池后自下而上流動，無機物顆粒借重力沉于池底，處理效果一般較差。曝氣沉砂池是在池的一側通入空氣，使污水沿池旋轉前進，從而產生與主流垂直的橫向恒速環(huán)流。曝氣沉砂池可通過調節(jié)曝氣量，控制污水的旋流速度，使除砂效果較穩(wěn)定，受流量變化的影響較小，其應用亦較多，但該池對污水有預曝氣作用，在原水有除磷脫氮等處理要求時，該池的應用受到了限制。渦流沉砂池是利用水力渦流，使泥砂和有機物分開，以達到除砂目的。該池型具有基建、運行費用低和除砂效果好等優(yōu)點，在北美國家廣泛應用，近年來，在我國亦開始應用。

　　由于本污水處理廠處理污水有脫氮、除磷的要求，設計采用渦流沉砂池，分兩組設四池，單池直徑4.2m，池深5.3m。沉砂池采用氣提排砂，在排砂之前有一氣洗過程，使得排出的砂含有機物較少，以利于污水的后續(xù)生物處理及泥砂的處置。四座沉砂池排出的泥砂經2臺國產的砂水分離器處理后，泥砂外運處置。沉砂池投產運行至今，除砂效果穩(wěn)定，確保了后續(xù)生物處理系統(tǒng)的正常運行。

　　2.2.3 A²/O生物池

　　A²/O生物處理系統(tǒng)可同步除磷脫氮，該工藝已廣泛地應用于城市污水處理，該系統(tǒng)技術先進、成熟，脫氮除磷效果較好，國外許多污水處理廠已成功地應用了該系統(tǒng)，在我國，隨著人們對造成水體富營養(yǎng)化主要因素的認識和對水環(huán)境質量要求的提高，亦有為數不少的城市污水處理廠采用了該生物處理系統(tǒng)，部分已投入運行，部分在建或擬建。

　　根據A²/O生物處理系統(tǒng)運行原理，生物池須有大量的混合液回流，一般為2～4倍的水處理量。通常在二級污水處理廠中，污水生物處理能耗約占全廠總能耗的50～60%，而A²/O生物處理系統(tǒng)的水處理能耗又較常規(guī)污水二級生物處理為高，為了最大限度地降低污水處理能耗，使污水廠“建得起、用得起”，本設計充分優(yōu)化了其能耗設計。設計結合循環(huán)流式生物池的特點，省去了混合液回流，以降低水處理能耗，該A²/O生物池采用了類似氧化溝循環(huán)流式水力特征的生物池池型，同時在該池體中獨辟厭氧區(qū)除磷及設置前置反硝化區(qū)脫氮等有別于常規(guī)氧化溝的池體結構，充氧方式采用高效的鼓風微孔曝氣，智能化的控制管理，充分提高了氧的利用率，在確保常規(guī)二級生物處理效果的同時，經濟有效地去除了氮磷。本系統(tǒng)較常規(guī)A²/O生物處理系統(tǒng)減少能耗0.045kwh/m³.水，

　　本廠A²/O生物池分兩組四座，污泥負荷0.12kgBOD₅/kgMLSS.d，污泥濃度4g/l，單池平面尺寸：91.15m×32.91m，池深7.0m，有效水深6.0m，每池分三區(qū)：厭氧區(qū)、缺氧區(qū)及好氧區(qū)，厭氧區(qū)設2臺進口潛水攪拌機，缺氧區(qū)設3臺進口潛水攪拌機，用于混合液的攪拌及推流，使池中污泥處于懸浮狀態(tài)，不致產生淤積，單臺攪拌機功率5.2kw。好氧區(qū)設有5594個進口微孔膜式曝氣器，曝氣器直徑為229mm，曝氣量為0.85～5m³/h.個。每池設有2根進氣總管用于輸送空氣，每一總管設有1個進口電動空氣調節(jié)蝶閥，用于調節(jié)供氧量。

　　該池投產運行以來，取得了良好的污水處理效果，污水廠出水滿足國家一級排放標準。由于其獨特的池體結構及智能化的鼓風充氧系統(tǒng)，最大限度地降低了污水處理能耗，污水處理平均能耗約為0.22kwh/m³.水，污水處理廠達到了經濟運行的建設目的。

　　2.2.5 終沉池

　　   沉淀池主要有平流式和輻流式兩種類型，考慮到圓形池受力合理﹑吸泥機制作方便﹑運行可靠和維修工作量少等特點，大中型污水處理廠終沉池大都采用輻流式沉淀池配以機械排泥設備，其沉淀效果好，排泥通暢，運行穩(wěn)定可靠。輻流式沉淀池有中心進水﹑周邊出水和周邊進水﹑周邊出水兩種形式。周邊進水﹑周邊出水的輻流式沉淀池具有表面負荷高的優(yōu)點，但進水配水孔的施工難度大，很難達到設計要求，因此，本終沉池采用中心進水﹑周邊出水的圓形輻流式沉淀池，一期分兩組八池，單池直徑45m，池深4.4m。根據國內現有沉淀池排泥設備的運行情況，國產沉淀池吸泥機制造質量基本已達國際水平，本著經濟合理地利用國外政府貸款的原則，每一終沉池配國產周邊傳動刮吸泥機1臺。另每組四池設有一直徑為14.2m的配水配泥井以均勻配水。

　　2.2.6 污泥泵房

　　   根據污泥泵房的功能：一是將終沉池的沉淀污泥回流至生物池，一是將剩余污泥提升至污泥處理系統(tǒng)，本著統(tǒng)籌安排﹑經濟合理的原則，設計將回流污泥泵房和剩余污泥泵房合建于一體。

　　   一期設污泥泵房兩座，單座平面尺寸：16.7X8.12m，池深4m，每池設有5臺CP3300-181-LT型潛水排污泵用于提升回流污泥，水泵流量1042m³/h，揚程7.7m，功率37Kw，2臺CP3120-180-MT型潛水排污泵用于抽升剩余污泥，水泵流量66.24m³/h，揚程10.3m，功率3.1Kw。

　　2.2.7 鼓風機房

　　鼓風機房土建部分按30萬m³/d總規(guī)模一次建成，近期設備按20萬m³/d 裝機?？紤]到鼓風機為污水處理廠的主要用電設備，本鼓風機房與全廠的變配電間合建，平面尺寸：58.98m×27.44m。機房內設4臺進口單級離心鼓風機，型號為KA22S-GL225，電機功率500kw。該機帶有可調節(jié)擴散器，風量調節(jié)范圍為額定流量的45～100%，風機控制系統(tǒng)可根據生物池溶解氧含量自動調節(jié)單機的送風量及機組開啟臺數，實現了生物池充氧系統(tǒng)的智能化控制管理，使整個生物處理系統(tǒng)得以經濟正常的運行。該風機有整機體積小、能耗低、效率高、噪聲小等特點，隨機配有進、出口空氣消音器，進口配有空氣過濾器。風機房內尚設有1臺國產10噸電動單梁起重機用于設備的安裝及維護。

　　該鼓風機房投產運行以來，確保了污水處理核心---A²/O生物池的正常運行，為生物處理提供了經濟、安全的保障。

　　2.2.8 污泥濃縮、脫水車間

　　本污泥濃縮、脫水車間為國內第一座帶有室內污泥倉儲間的現代化污泥處理車間，車間采用簡潔、大方的工業(yè)建筑造型，分兩層設置，平面尺寸：49.17m×26.775m（包括室內儲泥間），車間上層為主要生產車間，設置5臺進口NX4565型離心濃縮脫水機（單臺處理量35m³/h，電機功率55kw）、2套進口高分子絮凝劑制備系統(tǒng)、5臺ANBP6.2型投藥泵及其脫水機控制系統(tǒng)，車間下層為輔助生產車間，設有5臺ABM40I-1型污泥切碎機及5臺AE1E1000型污泥進料泵，車間上層底板下設有2臺進口螺旋輸渣機，1臺水平設置，以收集脫水污泥，1臺傾斜設置，以將脫水污泥輸送入車間端頭設置的室內污泥倉儲間內的4口儲泥斗，泥斗下層為運泥車信道。

　　根據本廠的污水處理工藝流程，污泥處理在國內率先采用了機械濃縮脫水一體化處理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由于采用機械一體化處理，縮短了污泥處理的停留時間，由于采用高效的離心脫水機，不僅減少了高分子絮凝劑用量，而且提高了污泥含固率，降低了污泥的含水率，減小了污泥體積，不僅有利于污泥的后續(xù)處置，而且避免了磷的二次污染，有效地提高了磷的去除率，降低了污泥處理費用。

　　本車間脫水污泥由螺旋輸渣機送入儲泥斗，運泥車停放于儲泥斗下層直接裝泥外運處置，泥斗卸料由設于泥斗下層的電動刀閘閥開啟控制，運輸工人僅需按動電鈕即可裝車外運，無需繁重的體力勞動，大大提高了勞動生產率。

　　通常污泥處理區(qū)在整個污水處理廠中是最為“臟、亂、臭”的一區(qū)，在本設計中，由于采用了現代化的處理及轉輸手段、合理的車間布局、精巧的結構型式，使得污泥的處理及轉輸全過程均處于一種“全封閉”狀態(tài)，生產車間沒有污泥散發(fā)的臭味，沒有四處橫行的蚊蠅，工作環(huán)境十分理想，徹底改變了傳統(tǒng)污泥脫水車間的環(huán)境面貌，堪稱現代化的污泥處理車間，該車間已成為污水廠又一美的景點。車間投產運行以來，取得了良好的生產效果和社會環(huán)境效應，吸引了國內眾多的參觀者，受到專家的一致好評，目前國內已有數座污泥脫水車間擬參照該車間進行改建。

　　2.3 污水廠總平面布置

　　污水廠總平面布置主要根據各主要構（建）筑物的功能、流程要求、當地氣象條件及周邊環(huán)境規(guī)劃要求將全廠分為三大區(qū)域，一為污水處理區(qū)，包括所有的污水處理構（建）筑物，該區(qū)為污水廠的主體部分；二為污泥處理區(qū)，僅有污泥濃縮脫水車間，占地較小，該區(qū)與污水處理區(qū)為生產區(qū)；三為輔助生產區(qū)，主體建筑為綜合樓，為全廠的行政及生產管理中心，包括行政管理辦公室、中心控制室、化驗室、機修間、倉庫、車庫及食堂。在廠區(qū)平面布置上（見圖2-2），考慮到廠區(qū)西南兩側均為規(guī)劃中的水上娛樂場，東南側緊鄰濱河大道休閑區(qū)，且濱河大道地勢較廠區(qū)地面高出3m左右，從游人視覺效果及環(huán)境效果考慮，設計將污水處理區(qū)的各構筑物由高至低、由污至清的流程從西北向東南方向布置，污泥處理區(qū)緊鄰污水處理區(qū)的北端，從而使工廠內可能產生嗅味的構（建）筑物集中于廠區(qū)北端，遠離游人，達到較為理想的環(huán)境效果。由于進廠城市規(guī)劃道路高出廠區(qū)地面2～3m，考慮到景觀效果及輔助生產區(qū)管理指揮中心的職能，接合遠期預留用地，將輔助生產區(qū)靠近一期生產區(qū)，布置在一期生產區(qū)的南側，鄰近廠區(qū)入口，該區(qū)通過周邊道路及綠化與生產區(qū)相隔相連，使整個處理廠布置緊湊，分區(qū)明確，管理方便，環(huán)境優(yōu)美。

圖2-2    污水廠總平面布置圖

　　3. 結束語

　　洛陽市澗西污水處理廠的設計采用了結構合理的處理構、建筑物型式及先進的水處理設備，其粗格柵間及原水提升泵房的構造型式特別適宜于室外風力較大地區(qū)經濟合理的設置，渦流沉砂池良好的除砂效果亦有著廣泛的應用前景，鼓風微孔曝氣循環(huán)流式A²/O生物池以其運行能耗低、處理效果好的優(yōu)點可廣泛應用于污水處理廠，而其設計獨特的現代化污泥處理車間有著優(yōu)良的勞動生產環(huán)境和高效低耗的處理效果，大大提高了勞動生產率，其合理的布局和精巧的結構型式值得大力推廣應用。澗西污水處理廠的建成投產已取得了良好的生產運行效果，達到了投資經濟合理、運行費用低的工程建設目的，為治理水環(huán)境、保護人類賴以生存的自然環(huán)境發(fā)揮了巨大的、積極的作用，并且已取得了明顯的社會經濟效益。