仲航，刘学锋，苏东霞
（北京北排水务设计研究院有限公司，北京 100068）
近年来，随着我国城市化水平的快速发展及工业化水平的不断提高，生产及生活活动产生的污水量不断加大，给城镇水环境带来了巨大的压力。作为城镇水环境的最后一道防线，污水处理厂的改扩建工程逐年增多。目前，城镇污水处理厂的生物处理工艺主要有A2/O、MBR、氧化沟等工艺〔1〕，在水厂新建或改扩建工程中，需结合场址地形、工艺效能、运行管理、基建投资等方面进行工艺比选。笔者以北京某镇污水厂扩建工程为例，介绍了污水处理的工艺比选、设计参数及投资情况，为小型应急污水站的工程化设计及应用提供参考。
1.1 项目背景
北京某镇中心区污水处理厂于2008年完成建设，采用深池曝气工艺，设计规模1×104m3/d。因该污水处理厂工艺落后导致负荷率较低，自2021年8月起停运进行提标改造。其流域范围内的污水由现况两座临时污水处理站承接处理，在高峰时期会出现超负荷运行状况。随着该镇一系列医院、学校等项目的陆续建成投运，污水量将会有较大幅度增长。
其中一座临时处理站规模为2 000 m3/d，处理工艺采用格栅+沉砂池+水解酸化池+AAO+悬浮澄清池+斜管沉淀池+消毒接触池，与中心区污水处理厂共用提升泵井。该临时污水处理站出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，不符合北京市现行排放标准，且该厂站于2016年作为临时工程建设，距今已超期服役，设备陈旧老化、处理运行工况差，难以稳定达到当前的水质考核标准和稳定运行要求。
为保障该镇中心区污水不直排环境，急需建设一座应急污水处理设施。综上，拟对2 000 m3/d的临时处理站扩容及提标改造。由于现况厂站为满负荷运行，本工程实施期间须保证现况处理设施正常运转，故利用厂区其余空地新建污水处理设施，待新建工程完工后原现况设施停止运行。
1.2 设计水量及进出水水质
根据现况临时处理站处理水量及医院、学校等项目建成投运后污水量预测计算，确定应急污水处理站规模为5 000 m3/d。
设计进水水质以现况处理站设计进水水质及实测水质为参考。设计出水水质执行北京地标《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）中B标准，见表1。
表1 设计进出水水质Table 1 The designed influent and effluent water quality
作为城市基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，污水处理厂站的建设和运行耗资较大，选择切实可行且经济合理的工艺方案显得尤为重要〔2〕。
我国污水处理厂站普遍采用的工艺就是生物处理结合深度处理的总体路线。目前国内小型污水处理站选用装配式设备较多，主要是考虑设备占地面积小、管理方便等因素。本工程为应急工程，要求施工周期短，项目服务周期为3年，故采用装配式一体化装置作为污水站的主要结构形式。
2.1 二级处理工艺比选
污水处理工艺的选择应充分考虑污水量和水质以及经济管理水平，优先选用技术合理、安全可靠、低耗、占地少和运行管理方便的工艺〔3〕。结合本工程特点，二级处理工艺从膜生物反应器（MBR）、改良序批式活性污泥法（SBR）、AAO-MBBR工艺进行方案比较，结果见表2。
表2 方案比选Table 2 Overall scheme comparison
针对本项目而言，MBR虽占地面积小，但其设备种类较多，操作复杂且运行成本高。改良SBR自控要求高，占地面积大。而AAO-MBBR工艺通过在好氧区投加大比表面积MBBR悬浮填料，作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用处于流化状态。通过在悬浮填料上挂膜，实现短程硝化反硝化，同步硝化反硝化，增加对总氮的去除效果〔4-5〕。该处理工艺具有良好的脱氮除磷效果，抗冲击负荷能力强，占地面积小，投资及运营成本低且安装简单。通过上述比选，二级处理工艺选用AAO-MBBR一体化装置。
2.2 深度处理工艺比选
本工程深度处理工艺采用混凝沉淀—过滤工艺，对于混凝沉淀工艺，常用的有常规混凝沉淀池、高密沉淀池，以及近年逐渐应用的磁混凝澄清池，分别对几种混凝沉淀工艺进行对比，见表3。
表3 混凝沉淀方案比选Table 3 Scheme comparison for coagulating sedimentation
由表3可知，高密沉淀池具备对进水SS浓度适应性较强，占地面积较小，同时工程造价和运行费用相对较低等特点，因此本工程采用高密沉淀池。
应用于污水处理厂深度处理的过滤工艺有多种形式，包括滤布滤池、活性砂滤池、普通砂滤池等工艺。目前常用的深度处理过滤工艺为滤布滤池和活性砂滤池两种过滤形式，见表4。
表4 过滤工艺方案比选Table 4 Scheme comparison for filtration techniques
如表4所示，滤布滤池和活性砂滤池对SS均能达到较好的处理效果，但工程中活性砂滤池设备数量多、运行管理较复杂、自控要求高且容易跑砂，滤布滤池过滤效果更好、运行更稳定，为了便于管理及有效保障出水达标，本工程采用滤布滤池。
2.3 污水处理工艺流程
本项目工艺流程见图1。
图1 污水处理工艺流程Fig.1 Process flow of waste water treatment
新建构筑物中格栅渠、AAO-MBBR、高密度沉淀池、滤布滤池均采用钢制一体化设备；
消毒接触池、污泥池采用钢筋混凝土形式；
配套附属建筑物中鼓风机房、脱水机房、配电间均采用彩钢板房。其中格栅渠及AAO-MBBR均分为两个系列，其余构筑物均为一座。
3.1 总进水管及预处理设计
应急污水处理站的入站污水干线为新增污水管道，污水从现况1×104m³/d的污水提升泵房经新增污水提升泵（Q=160 m3/h，H=15 m，功率15 kW，2用1备）提升至格栅渠。总进水管管径为DN 250，经进水干管上电磁流量计计量后分别引至两个系列的格栅渠。
钢制一体化格栅渠，每座设计规模2 500 m3/d，共2座。格栅渠内设10 mm插板粗格栅1套，3 mm插板细格网1套，用于拦截粗大物等杂质。
3.2 二级处理设计
二级处理采用的一体化处理设备包含二级生物处理单元及二沉池。单套处理能力625 m3/d，分2个系列，每系列设置4套一体化设备。每套设备由3台箱体纵向串联组成，单台箱体尺寸17.5 m×2.9 m×2.9 m。
一体化处理设备的工艺参数见表5。污水首先进入厌氧区，与回流污泥混合，对污水中易降解的有机物进行分解转化，而后进入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，好氧池回流混合液中的硝酸盐、亚硝酸盐作电子受体进行反硝化脱氮，同时降低污水中的COD、BOD5。设备在好氧区内投加大比表面积MBBR悬浮填料，作为微生物的活性载体。污水进入好氧池在有氧条件下去除大部分有机物，通过硝化作用去除氨氮，使污水得到净化。二沉池采用斜管沉淀池，表面负荷0.82 m3/（m2·h）。
表5 工艺参数Table 5 Design parameters
采用乙酸钠作为外加碳源，根据运行需要投加。乙酸钠药液储存在V=10 m3储罐内，乙酸钠投加泵共3台，2用1备，其性能参数为Q=40 L/h，H=60 m，N=0.12 kW。为确保出水总磷稳定达标，设置PAC投加系统，作为辅助措施加强系统的除磷效果。PAC加药泵流量160 L/h，功率0.37 kW，3台，2用1备。
为保证生物池内溶解氧浓度，新建鼓风机房，设置卧式罗茨风机3台（2用1备）对生物池进行供氧，风量30.42 m3/min，风压35 kPa，功率30 kW。
3.3 深度处理设计
3.3.1 高密沉淀池
经AAO-MBBR处理后的污水，进入高密沉淀池去除SS，进一步去除TP。高密度沉淀池采用钢制一体化设备，包括混合池、絮凝池、沉淀池及污泥回流系统和污泥排放系统，设计规模5 000 m3/d。高密沉淀池一体化设备尺寸为9.4 m×6.2 m×6.0 m。混合池停留时间2 min；
絮凝池停留时间10 min；
沉淀池设计表面负荷5.79 m3/（m2·h）；
污泥回流比5%；
一体化设备总功率12 kW。PAC作为混凝剂投加到高密池的混合池内保证混凝效果，PAC加药泵流量220 L/h，功率0.37 kW，2台，1用1备。PAM作为助凝剂投加到高密池的絮凝池内，PAM加药泵流量3.1 m3/h，功率1.5 kW，2台，1用1备。
3.3.2 滤布滤池
经高密沉淀池泥水分离处理后，上清液自流进入钢制一体化滤布滤池，有效截留出水中较小的悬浮物及细小颗粒，从而进一步降低污水中的SS和TP。
滤布滤池设1座，设计规模5 000 m3/d，尺寸4.5 m× 2.5 m×3.1 m，滤盘直径2 m，过滤精度10 µm。滤布滤池底设管路用于排泥和放空，通过开启控制阀由抽吸泵排至格栅渠。
设计参数：总有效过滤面积34.20 m2，滤速7 m/h，反冲洗持续时间8.5 min/次，反冲洗时间间隔180 min，排泥时间间隔6~8 h，排泥时间0.5 min/次，一体化设备总功率3 kW。
3.3.3 消毒接触池
污水经过滤布滤池过滤后进入消毒接触池，在消毒接触池内投加次氯酸钠进行消毒。消毒接触池采用矩形钢筋混凝土结构，接触时间30 min。
3.4 污泥处理设计
剩余污泥重力排入污泥池，高密沉淀池排泥经排泥泵输送至污泥池。污泥池内设2台潜污泵，1用1备，加压后进入脱水机房内的叠螺脱水机脱水。叠螺脱水机进泥含水率99.2%~99.4%，产泥量0.78 t/d（干重），出泥含水率83%。叠螺脱水机处理量5 m3/h，功率1.3 kW，共1台。脱水机PAM加药泵流量1 m3/h，功率0.55 kW，2台，1用1备。
由于工程性质为应急临时工程，故厂站内一体化等设备均为租赁。工程总投资为4 103.5万元，其中工程费用896.67万元，设备费租赁费用2 636.69万元；
二类费450.62万元；
预备费119.52万元。本项目吨水处理成本约1.89元。
该应急处理站已投入使用，经连续采样监测，其工艺运行平稳，平均处理水量约为4 187 m3/d，最高处理水量达5 400 m3/d，运行期间出水水质满足《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）中B标准。进出水各项水质指标的平均值见表6。
表6 进出水水质Table 6 The influent and effluent water quality
随着我国城市化水平的快速发展及工业化水平的不断提高，生产及生活活动产生的污水量不断加大，老旧污水厂站面临负荷率较低，超负荷运行等情况，在提升改造过程中临时建设应急污水处理站可保障污水稳定运行、水质达标排放。
1）一体化应急污水处理设备可充分利用现场有限空间，在不影响原有污水处理站运行的基础上，节省施工周期。
2）通过对不同处理工艺设计参数及优缺点的比较，AAO-MBBR工艺具有占地面积相对较小、负荷高等优点，推荐作为小型污水处理厂站的二级处理工艺。
3）应急污水处理站选用的AAO-MBBR+高密沉淀池+滤布滤池工艺的一体化装置，出水满足北京地标《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）中B标准的要求，在厂区占地有限，出水水质标准高及施工周期紧张的地区有较广阔的应用前景，可为同类污水厂站设计提供借鉴和参考。
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