羅萬申 　聶福勝
(中國市政工程西南設計研究院，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，其出水指標要達到較高的除磷脫氮標準。本文簡要介紹了該污水廠的工程概況、原污水水質及處理目標、工藝方案的選擇、主要理構筑物的設計參數(shù)。
　　關鍵詞 污水處理廠；除磷脫氮；MUCT工藝；Trans-Flo二沉池；設計

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（沉淀）處理后，用水泵加壓送到媽灣的工作井、進入海洋放流管經(jīng)擴散器排至珠江口伶汀洋海域。污水排海工程已于1997年正式投入運行，對減輕珠江口海域的水質污染發(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施十多年來，南山地區(qū)的污水水質和受納海域的環(huán)境都發(fā)生了較大的變化。為了針對珠江口海域水環(huán)境現(xiàn)狀和深圳市污水的水質情況，進一步核實受納海域的環(huán)境容量、排海工程對珠江口污染負荷的實際貢獻率及其允許排放量，深圳市給排水工程建設指揮部于1998年委托有關單位做了《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報告》，從環(huán)保角度對排海工程的建設、運行和污染控制提出建設性意見。該報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，排海工程應逐步增加對污水的處理程度，也就是說，南山污水處理廠要逐步實施除磷脫氮工程。
　　為此，中國市政工程西南設計研究院承擔了南山污水處理廠的除磷脫氮工程及中水利用工程的設計工作。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)的設計用地總面積為34.30 ha。

2 設計進出水水質指標

2.1 原污水水質
　　根據(jù)《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報告》進行的大量調查、統(tǒng)計資料，南山污水處理廠設計進廠污水水質為：
　　BOD₅　　　　　　　　　　　　　　 150 mg/L
　　COD_Cr　　　　　　　　　　　　　　300 mg/L
　　SS　　　　　　　　　　　　　　　 150 mg/L
　　無機氮（以NH₃-N為主）　 　　　 　40 mg/L
　　活性磷酸鹽　　　　　　　　　　　　3.5 mg/L
2.2 處理后污水水質指標
　　依據(jù)《深圳市污水排海工程環(huán)境影響回顧分析報告》要求，為確保不致引起控制范圍外的海域水質降級，排海工程的主要污染物要實行總量控制：
　　COD_Mn　　　　　　　　　　　　　　≤74 t/d
　　活性磷酸鹽　　　　　　　　　　　　≤1.12 t/d
　　無機氮　　　　　　　　　　　　　　≤7.48 t/d
　　大腸菌群　　　　　　　　　　　　　≤3.19´10¹⁵個/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進行折算計算，處理后污水應達到的排放標準見表1。

表1 南山污水處理廠排放控制指標 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） 無機氮 7.48（t/d） 10.16（mg/L） 大腸菌群 3.19×10¹⁵（個/d） 4.34×10⁶（個/L）

3 工藝方案

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

表2 重點處理項目要求的去除率 污染物種類 進水濃度
(mg/L) 出水濃度
(mg/L) 去除量
(mg/L) 去除率
(%) 無機氮
（以NH₃-N計） 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該全面滿足對營養(yǎng)鹽去除的要求，相比之下去除無機氮的要求更嚴。
　　因此，在綜合考慮國家現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)技術政策對污水處理工藝的限制、環(huán)境要求達到的污染物去除率、運轉經(jīng)濟性、工程的分期建設、污泥處置等因素后，南山污水處理廠宜采用強化二級處理工藝。在工程設計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)過技術經(jīng)濟比較，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：
　?。?）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）原污水不是全部進入?yún)捬醭?，而是根?jù)除磷和脫氮的實際需要，使得原污水中的碳源一部分進入?yún)捬醭赜糜诔?、另一部分進入缺氧池用于脫氮。
　?。?）可以在不同的季節(jié)，也可以根據(jù)不同的進水碳氮比，將一個或二個缺氧單元轉換為好氧單元（即將圖1中的Ax3和/或Ax4單元轉化為好氧單元Ae），即使是在冬季也能保證硝化效果，以便達到令人滿意的脫氮目的。
　　MUCT工藝，在分期建設和運轉管理方面更具有如下的靈活性：
　?。?）對于不同的進水水質，MUCT可以調節(jié)分配至厭氧段和缺氧段的進水比例，以便同時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)，可以對缺氧區(qū)和好氧區(qū)的比例進行季節(jié)性的調整，增加了運轉管理方面的靈活性。
　?。?）污泥回流采用的是二級回流，回流污泥在第一個缺氧單元內(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)實際水質情況，也可以直接將活性污泥回流至厭氧段，此時可以省掉第二級回流、節(jié)省能耗，使MUCT按A/A/O方式運行，甚至污泥二級回流設施可以緩建。
　?。?）不再像UCT工藝那樣需要根據(jù)進水TKN/COD比值對回流硝酸鹽量進行實時控制。
3.2 污泥處理方案
　　南山污水處理廠除磷脫氮工程實施后，剩余污泥產(chǎn)量將比單純的一級處理有所增加，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留場地，但是現(xiàn)有污泥處理方案必須能夠適應今后可能出現(xiàn)的污泥處置方式。因此污泥處理設計的總體思路是，在污泥消化或其他污泥處置工藝實施之前，污泥處理采用直接脫水的方式；當污泥消化或其他污泥處置措施實施時，為了減少待處置污泥的體積，將一步化污泥機械脫水處理改為污泥機械濃縮和機械脫水分段進行的方式運行，即一部分仍然作為污泥脫水機使用，而將另一部分污泥脫水機改為污泥濃縮機使用（必要時增加部分新的機械），這樣就可以滿足近遠期工程的不同需要。
　　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 主要構筑物設計

　　南山污水處理廠分二套系統(tǒng)進行建設，第一套系統(tǒng)規(guī)模為35.2萬m³/d，目前已建成一級處理部分，第二套系統(tǒng)的建設規(guī)模為38.4萬m³/d，包括一級處理在內(nèi)的整個系統(tǒng)都需要建設。下面主要介紹第二套系統(tǒng)主要構筑物——MUCT生化池、Tans-Flo二沉池和污泥處理構筑物的設計。
4.1 MUCT生化池
　　MUCT生化池設計規(guī)模為38.4萬m³/d，峰值系數(shù)采用1.2，共設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。
　　主要設計參數(shù)如下：
　　·停留時間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
　　·一級污泥回流比：RAS1=77%、二級污泥回流比：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。通過變頻調速泵來調整各段混合液及污泥的回流比以適應各種水質條件下對除磷、脫氮的處理效率的要求。同時在最后兩格缺氧單元布置了曝氣管以增強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)過對矩形池與圓形池的技術經(jīng)濟比較，矩形沉淀池具有池子個數(shù)少、日常的運轉管理方便，水頭損失?。?.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。但是傳統(tǒng)的矩形沉淀池存在著出水堰上負荷較大、指型槽會妨礙機械刮泥等不利因素，因此采用Trans-Flo這種新型平流式矩形二沉池。
　　Trans-Flo矩形二沉池的進水槽和出水槽均設在沿著沉淀池長度方向的同一側，其工作原理類似于周進周出圓形二沉池，能夠較好地解決矩形沉淀池的出水堰上負荷較大的問題，并且這種池型可以采用較大的表面負荷。
　　二沉池設計規(guī)模為38.4萬m³/d，峰值系數(shù)K_Z=1.3，設計表面負荷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。刮泥采用鏈式刮泥機，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，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)設計進水水質按二級生物處理出水考慮，設計最不利懸浮物濃度為20 mg/L，紫外線設計穿透率為60%。消毒后出水指標按照《污水海洋處置工程污染控制標準》（GWKB 4-2000）中規(guī)定的糞類大腸菌群的排放濃度限值為20個/mL進行設計。
　　紫外線消毒設備采用引進設備，帶燈管外套自動清洗系統(tǒng)。
4.4污泥濃縮脫水間
　　除磷脫氮工程實施后，污水廠最終規(guī)模將達到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)設臥螺式離心濃縮脫水機（Q=85 m³/h，N=110+30kW）8臺，近期（38.4萬m³/d規(guī)模）安裝4臺，對污泥進行一步化直接濃縮脫水，出泥含固率≥22%。上述8臺污泥脫水機在現(xiàn)階段按一步化直接濃縮脫水的方式運行，為適應今后進行污泥穩(wěn)定處理或污泥處置的需要，到時也可改成濃縮與脫水二段式運行。
　　根據(jù)深圳市現(xiàn)有污水廠的管理運行方式，夜間或暴雨時不便外運污泥，若以傳統(tǒng)泥棚的方式解決污泥存儲問題，不但會造成二次污染而且還會增加工作量。因此，本設計采用儲泥罐系統(tǒng)。共設輸泥泵及儲泥罐4套，近期安裝2套，單罐儲量200 m³。

5 工藝設計特點

　?。?）在整個工藝設計過程中，始終貫穿技術先進、安全可靠、運行管理方便的思想。既要做好大系統(tǒng)，又要處理好每一個構筑物的細節(jié)，可操作性強。
　　（2）采用了以MUCT生化單元為主體的除磷脫氮工藝。該工藝對污水水質（碳氮比）的變化適應能力強，運行管理靈活，既可按MUCT方式運行，也可以A/A/O工藝和改良A/A/O工藝運行。
　?。?）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水周邊出水的圓形沉淀池，但矩形池具有池子個數(shù)少、運轉管理點少、水頭損失?。?.65 m）、布置緊湊、占地面積較小等優(yōu)點。
　?。?）污泥處理方式靈活，近遠期結合好。在污泥存儲方面采用了儲泥罐系統(tǒng)新技術。
　　（5）本工程在出廠水消毒方面做了積極的探索，在國內(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，中國市政工程西南設計研究院總工程師，教授級高級工程師。
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