再生水廠的工藝設計及優化

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1工程概況

某城鎮再生水廠總服務流域面積約5km2，日處理總規模6萬m3(分期建設，其中一期工程為4萬m3，二期工程為2萬m3)，再生水廠以處理生活污水為主，工業廢水量約占總處理水量的30%。再生水廠總投資20200萬元。總占地面積8．367ha，其中一期占地面積5．916ha。項目計劃2016年10月建成投產。再生水廠主體規模按近期設計，預留遠期工程條件;一級處理構筑物按遠期設計，設備按近期設計，預留遠期條件;二級生化處理構筑物和設備按近期設計，預留遠期條件。本文在考慮再生水廠進水穩定性、靈活性及節能降耗方面，對原方案中的工藝流程及方案進行了優化，優化后的方案運行穩定、靈活、可操作性強、運行成本低。

2設計進出水水質及去除率

根據對現狀污水水質監測情況，參照鄰近和當地污水處理廠進水水質，確定該再生水廠進水水質。根據對該項目尾水受納水體功能類別、再生水供水范圍及水質要求等綜合分析，確定再生水廠出水水質指標。具體設計進出水水質及去除率見表1。

3原工藝流程

項目原工藝流程采用A2/O+MBR工藝，工藝流程見圖1。

4調整后工藝流程

項目調整后工藝流程采用A2/O+二沉池+高效澄清池+砂率/超濾工藝，工藝流程見圖2。

5工藝流程及方案的優化

5．1增加初沉池

初沉池的主要功能是去除SS中的可沉固體物質及飄浮物質，BOD5可去除20%～30%，同時可均勻水質，便于后續生化處理。由于本項目進水SS為350mg/L，較常規污水處理廠偏高。為了有效去除部分可沉懸浮物，降低后續SS和有機污染物負荷，減少曝氣系統堵塞，在生化池前增加初沉池。考慮到旱季和雨季進水水質有一定的差異，故設置初沉池超越管線，可根據進水水質靈活運行調整。

5．2優化深度處理流程

在深度處理工藝流程上，原工藝流程采用A2/O處理后，直接進入MBR膜池，在MBR產水泵的抽吸作用下，使用膜過濾的方式實現固液分離。鑒于MBR膜具有工程投資較高、運行費用較高、MBR部分日常維護工作量大、管理復雜等特點，對原深度處理工藝流程進行了優化和調整，最終將深度處理流程調整為二沉池+高效澄清池+砂濾/超濾工藝，在原工藝流程上增加二沉池+高效澄清池+砂濾工藝，確保出水水質穩定達標。增加二沉池后，將生物處理后的混合液進行固液分離，降低出水SS，減少后續輔助化學除磷加藥量和減少沉淀污泥量，降低高效澄清池負荷。深度處理過濾部分以氣水沖洗濾池為主，輔以外置超濾，進水水質較差時同時啟用氣水沖洗濾池和超濾，在確保出水水質達標的前提下盡量節省工程投資和運行費用。

5．3沉砂池的優化和調整

將原旋流沉砂池調整為曝氣沉砂池，除砂效率高，且砂礫較為清潔便于后續生化處理。由于曝氣沉砂池內水流呈旋轉態流動，無機顆粒之間相互碰撞與摩擦頻率增加，可將顆粒表面附著的有機物“剝離”，達到洗凈砂礫的目的，使排除沉沙中的有機物含量低于10%。通過調節曝氣量，可以控制污水的旋流速度，保證穩定的除砂效率，受流量變化影響小。同時曝氣沉砂池還具有一定的除油功能。

5．4生化反應池(A2/O)優化和調整

A2/O生物池作為生化處理的主要構筑物，是再生水廠的核心部分，其設計和運行的優劣直接關系到全廠的出水水質能否穩定達標。為此，對原A2/O處理工段進一步分析、論證和優化調整。在原方案基礎上增加一級缺氧和好氧，即每組生物池分為6個區，按水流方向依次為預缺氧區、厭氧區、缺氧區1、好氧區1、缺氧區2和好氧區2，各功能區之間設置隔墻分隔，以保持各區內相對穩定的生化反應環境及穩定的水力推流狀態，同時可避免進水及回流污泥發生短流現象。采用多級A2/O型設計，可強化生物脫氮和生物除磷，確保氨氮、總氮在生化池去除，以及最大限度生物除磷，減少化學除磷藥劑量和化學污泥量。水力停留時間增加，有效池容增加約10%，改善了生化池的處理效果，除磷脫氮處理效果明顯。

5．5儲泥池的優化和調整

將原有常規儲泥池調整為污泥斜板濃縮儲泥池。污泥濃縮采用側向流斜板濃縮池，對剩余污泥進行快速濃縮處理，這類池型在類似的污水處理工程中應用良好，不僅水力停留時間短，有效避免了磷的釋放，而且可將污泥含水率降至97%以下，污泥減量明顯(污泥減量4～5倍)，有利于污泥后續深度脫水處理。

5．6污泥脫水設備的優化和調整

將原有離心濃縮脫水一體機優化為高干度隔膜壓榨機，深度脫水后成為塊狀污泥，運輸方便。原方案濃縮脫水一體機脫水后污泥含水率為80%，脫水后污泥量為68m3/d;調整后的高干度隔膜壓榨機脫水后污泥含水率為60%，脫水后污泥量為34m3/d，較調整前減少1倍，污泥減量化及由此帶來的運輸費用和處置費用大大降低。

5．7消毒工藝的優化和調整

原消毒工藝采用普通自動型高效復合二氧化氯發生器制備二氧化氯進行消毒。結合污水處理廠運行經驗，對消毒劑消毒效果、運行成本、運營管理、附屬設施建設等進行了綜合分析，考慮次氯酸鈉具有“高效、高速、廣譜、無毒、無害、無殘留物污染，運輸、儲藏更安全，操作管理更簡便可直接購買成品”等優點，確定消毒工藝采用次氯酸鈉。

6廠區總圖布置的優化和調整

通過對工藝流程及方案的優化和調整，結合廠區總平面圖應遵循的原則，本項目重點從占地面積、功能分區、遠期預留及近遠期銜接、工藝流程順暢等方面對原總圖方案進行了優化和調整，調整后的總圖方案功能分區明確，生產工藝布局合理、生產管理方便、連接管線簡潔、交通順暢。調整前后廠區布置總圖見圖3。圖3廠區總圖布置調整前后對比圖7結論通過對工藝流程、方案及廠區總圖的優化和調整，本項目調整后工程總投資較原方案增加約600萬元，增加幅度為3%。耗電量由原方案的年耗電量929．4萬kWh降低至813．68萬kWh，每年可節約電費70萬元，節約電費約13%。污泥減量效果明顯，最終出廠泥餅或泥塊含水率由80%降為60%，污泥量由68m3/d降為34m3/d，由此帶來的運輸費用和處置費用降低近1倍。在再生水廠和污水處理廠的建設中，應從全壽命周期成本出發，綜合考慮工程投資、運營成本、節能降耗和減排、運營維護管理及運行穩定性和靈活性，并加大對前期方案的論證，保證建設方案技術可行、經濟合理、可操作性強等，為今后的運行維護奠定良好的基礎，產生良好的環境效益、社會效益和經濟效益。

作者:趙文莉 單位:中鐵第五勘察設計院集團有限公司