深圳市南山污水处理厂除磷脱氮工艺设计

聂福胜，罗万申
(中国市政工程西南设计研究院， 四川成都 610081)

　　摘　要：介绍了深圳市南山污水厂的工程概况、污水水质及处理目标、工艺方案的选择、各处理构筑物的主要设计参数、设备选型以及控制方式，同时还介绍了该厂中水处理工艺设计方面的内容和全厂工艺设计的一些特点。
　　关键词：污水处理厂；除磷脱氮；MUCT工艺；Trans-Flo二沉池；设计
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0053-03

1 工程背景及概况

　　深圳市污水排海工程实施十多年来，该市的污水水质和珠江口海域的环境都发生了较大的变化。为核实受纳海域的环境容量、排海工程对珠江口污染负荷的实际贡献率及其允许排放量，深圳市给排水工程建设指挥部于1998年委托有关单位做了《深圳市污水排海工程环境影响回顾分析报告》(以下简称《报告》)，该报告提出了污染物排放总量控制的概念，要求随着排海污水量的增加应逐步增强对污水的处理程度，也就是说作为排海工程重要组成部分的南山污水处理厂要逐步实施除磷脱氮工艺。为此，中国市政工程西南设计研究院承担了该厂的除磷脱氮工程及中水利用工程的设计工作，其除磷脱氮工程总规模为73.6×10⁴m³ /d，中水利用工程规模为10×10⁴m³/d，设计用地总面积为34.30hm²。

2 基础资料

2.1 原水水质
　　南山污水处理厂进水BOD₅为150mg/L，COD为300mg/L，SS为150mg/L ，无机氮(以NH₃-N为主)为40mg/L，活性磷酸盐为3.5 mg/L。
2.2 处理后水质
　　《报告》要求严格控制污染物排放总量以确保污水排海不致引起控制范围外的水质降级。为此，主要污染物指标控制总量(按73.6×10⁴m³/d的总规模计算)应为CODMn≤74t/d，活性磷酸盐≤1.12t/d，无机氮≤7.48t/d，大肠菌群≤3.19×10¹⁵个/d。上述指标相应的排放标准为100.54mg/L、1.52mg/L、10.16mg/L、4.34×10⁶个/L。

3 工艺方案

3.1 污水处理
　　南山污水处理厂处理的重点为无机氮(以NH₃-N为主)和活性磷酸盐，其去除要求见表1。

表1 无机氮、 活性磷酸盐去除 污染物种类 进水浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率(%) 无机氮(以NH₃-N计) 40.0 10.0 75.0 活性磷酸盐 3.5 1.5 57.1

　　在综合考虑国家现行产业技术政策对污水处理工艺的限制、环境要求达到的污染物去除率、运转经济性、工程的分期建设、污泥处置等因素后认为南山污水处理厂宜采用强化二级处理工艺。在工程设计中主要研究了具有生物除磷脱氮功能的MUCT工艺和A/A/O工艺，经过技术经济比较后决定采用MUCT工艺。在分期建设和运转管理方面MUCT工艺具有如下的灵活性：
　　①MUCT可调节分配至厌氧段和缺氧段的进水比例，以便为同时生物除磷脱氮提供最优的碳源；
　　②MUCT可根据进水碳氮比将一个或二个缺氧单元转换为好氧单元，即使是在冬季也能得到令人满意的脱氮效果；
　　③污泥回流采用二级回流，回流污泥在第一个缺氧单元内就消耗掉了溶解氧和硝态氮，这使得回流至厌氧段的污泥中硝态氧为零，保证了厌氧池的厌氧状态，从而可以减小厌氧池的容积、提高生物除磷效果；
　　④根据实际水质情况也可直接将活性污泥回流至厌氧段使MUCT按A/A/O方式运行，此时可以省掉第一级回流、节省能耗；
　　⑤不需根据进水TKN/COD值对回流硝酸盐量进行实时控制。
3.2 污泥处理
　　南山污水处理厂现阶段的污泥处理仍采用直接脱水的方式，仅为今后的污泥处置与综合利用预留场地，但是现有污泥处理方案必须能够适应今后可能出现的污泥处置方式。因此，污泥处理设计的总体思路是：在污泥消化或其他污泥处置工艺实施之前污泥处理采用直接脱水的方式；当污泥消化或其他污泥处置措施实施时，为了减少待处置污泥的体积将一步化污泥机械脱水处理改为污泥机械浓缩和机械脱水分段处理，即一部分仍然作为污泥脱水机使用，而将另一部分污泥脱水机改为污泥浓缩机使用(必要时增加部分新的机械)。这样，就可以满足近、远期工程的不同需要。
　　整个污水及污泥的处理流程见图1。

3.3 中水利用
3.3.1 中水利用的紧迫性
　　南山污水处理厂附近的南山电厂和妈湾电厂因为冷却水需要量大、成本高，迫切希望南山污水处理厂提供中水作为冷却水。为缓解城市供水的压力、充分利用现有水资源，决定兴建中 水利用工程。
3.3.2 水质、用户及水压要求
　　中水源水为南山厂内城市二级污水处理出水。根据调查，中水预期用户主要为南山热电股份有限公司、月亮湾燃机电厂，部分用于厂内自用和城市生活杂用。因此，中水设计出水水质指标须满足《生活杂用水水质标准》以及《城市污水回用设计规范》中“再生水用作冷却用水的建议水质标准”，在不过多地增加建设投资和运行成本的基础上尽量满足电厂冷却用水的水质要求。中水设计出水主要参数为：浊度≤5NTU，COD≤50mg/L，BOD₅≤10mg/L，氯化物≤300mg/L，pH=6.5～8.5，总固体≤1000mg/L，游离余氯≥0.2mg/L。中水加压泵房出水水压按照不同用户对水压的要求分压供水。
3.3.3 工艺流程
　　经二级生化处理的污水由中水提升泵(设于紫外线消毒池内)加压送至中水处理系统，中水处理工艺为混凝—沉淀—过滤，滤池采用气水反冲洗。?

4 主要构筑物设计

　　南山污水处理厂分二套系统进行建设，第一套系统规模为35.2×10⁴m³/d(已建成一级处理部分)，第二套系统的建设规模为38.4×10⁴m³/d。笔者主要介绍第二套系统主要构筑物的设计。
4.1 2#提升泵房
　　2#提升泵房设计规模为38.4×10⁴m³/d，峰值系数为1.3。土建一次建成，设备可分批安装。泵房为圆形(粗格栅间与提升泵房合建)钢筋混凝土结构，直径为18.00m，地下部分深为9.30m，地上部分高为9.00m。粗格栅采用2台钢绳牵引式格栅除污机，栅槽宽度为2.50m，栅条间隙为20mm，由格栅前后液位差或时间控制粗格栅的启停。提升泵采用潜污泵(5用1备)，单台最大流量为1.156m³/s，扬程为122kPa，配套电机功率为170kW，由液位自动控制水泵的运行。
4.2 细格栅井
　　细格栅设计规模为38.4×10⁴m³/d，峰值系数为1.3。格栅井每格槽宽为2.65m，槽深为2.10m，内设回转式格栅除污机2台，格栅间隙为6mm；螺旋格栅机2台，格栅机直径2.60m，格栅间隙为9mm。
4.3 比氏沉砂池
　　共4座70A型比氏沉砂池，每座直径为6.1 m。
4.4 MUCT生化池
　　MUCT生化池设计规模为38.4×10⁴m³/d，峰值系数采用1.2，共设2组，每组分2座。单组尺寸L×B×H=99.65m×104.80m×7.20m，有效水深为6.50m。其主要设计参数为：
　　停留时间为8.27h(厌氧段、缺氧段、好氧段分别为1.11、2.34、4.82h)，污泥负荷为0.135kgBOD₅/(kgMLSS·d)，混合液浓度为3～3.5gMLSS/L，夏、冬季的污泥泥龄分别为10、15d，一级污泥回流比为77%，二级污泥回流比为105%，曝气池混合液回流比为250%，最大需气总量为2070m³/min，最大气水比为7.8∶1。
　　MUCT生化池通过变频调速泵来调整各段混合液及污泥的回流比以适应各种水质条件下对除磷、脱氮的要求。同时，在最后两格缺氧单元布置了曝气管以增强曝气池硝化功能的灵活性，在推流式曝气池按需氧量分布情况布置曝气器。MUCT工艺见图2。

4.5 二沉池
　　二沉池设计规模为38.4×10⁴m³/d，峰值系数为1.3，设计表面负荷为1.00m³/(m²·h)，采用Trans?Flo式平流矩形二沉池。该池进水和出水均在沿池长方向的同一侧布置，其原理类似于周进周出圆形沉淀池，能够较好地解决矩形沉淀池的出水堰负荷较大的问题，并且可以采用较大的表面负荷。
　　二沉池共2组，每组9格，单格宽度为11.00m，沉淀区长度为81.00m，有效水深为3.60m，总深为4.00m，单组沉淀池平面尺寸为88.05m×102.26m，采用链式刮泥机刮泥、穿孔管排泥，在污泥回流比为0.77的情况下排泥浓度为0.6%～0.8%。
4.6 紫外线消毒系统
　　消毒系统设计进水水质按二级生物处理出水考虑，设计最不利悬浮物浓度为20mg/L，紫外线设计穿透率为60%，消毒后出水指标按照《污水海洋处置工程污染控制标准》(GWKB4-2000)中规定的粪类大肠菌群的排放浓度限值(20个/mL)进行设计。紫外线消毒设备采用带灯管外套自动清洗系统。
4.7 鼓风机房
　　鼓风机房设计风量为30.50～34.50m³/s，内设5台(4用1备)鼓风机，单台风量为13986～31080m³/h，风压为0.178MPa(绝对压力)，配套电机功率为800kW。送风量可据MUCT生化池中DO值通过调节鼓风机进口导叶片角度自行调节。
4.8 污泥浓缩脱水间
　　除磷脱氮工程实施后污水厂最终规模将达到73.6×10⁴m³/d，总剩余污泥量为10×10⁴ kgDS/d。浓缩脱水间内设卧螺式离心浓缩脱水机［Q=85m³/h，N=(110+30) kW］8台(近期安装4台)现阶段按一步化直接浓缩脱水方式运行，将来也可改成浓缩与脱水二段式运行。污泥经一步化直接浓缩脱水后出泥含固率≥22%。
　　此外还采用了储泥罐系统，共设输泥泵及储泥罐4套(近期安装2套)，单罐储量200m³。?

5 结论

　　① 在整个设计过程中始终贯穿技术先进、安全可靠、运行管理方便的思想。既要做好大系统，又要处理好每一个构筑物的细节，工艺可操作性强。
　　② 采用了以MUCT生化单元为主体的除磷脱氮工艺，该工艺对污水水质(碳氮比)的变化适应能力强，运行管理灵活，既可按MUCT方式运行，也可以A/A/O工艺和改良A/A/O工艺运行。
　　③ 在大型污水厂中首次采用TransFlo式的矩形平流式沉淀池，该池具有池子个数少、运转管理点少、水头损失小(6.3 kPa)、布置紧凑、占地面积较小等优点。
　　④ 污泥处理近远期相结合，处理方式灵活，在污泥存储方面采用了储泥罐系统新技术。
　　⑤ 在出厂水消毒方面做了积极的探索，在国内大型污水厂中率先采用UV消毒系统。

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　　收稿日期：2002-05-09