刘奥祥，任天奇

1.北京九章环境工程股份有限公司；2.北京博汇特环保科技股份有限公司

一、总述

近年来，党和国家领导人多次强调发展循环经济，要最大限度地减少废水污染排放，逐步使生态步入良性循环。四川某工业集中区此前未建设独立的污水处理厂，一定程度地危害到当地自然水体。环境是可持续发展的保障，建设污水处理厂不仅可以直接改变当地的生态环境，同时也可维持该工业园区的长远发展[1]。文章介绍了该工业园区污水处理厂的工艺流程与设备、主工艺段参数和近期运行数据，以及对未来污水处理厂智慧水务运营模式进行了展望，为工业园区的污水处理厂建设提供一定的参考。

二、工程概况

工程所在地位于四川某工业集中区靠近河岸处，配套管网23.5km，总占地15亩。园区目前入驻企业36家，规划人口2万人，近期设计处理量3000m³/天，远期处理量5200m³/天，污水通过管网收集集中处理并排放。该污水处理厂进水含生活污水和预处理过的工业废水。企业将工业废水进行预处理后，按照《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）排放至系统管网，集中处理后出水水质符合《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）。该工程设计进出水质，见表1。水厂工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

表1 进出水水质标准要求

三、工艺流程与设备

（一）粗、细格栅渠与一级提升

为去除进水管网内混入的可见悬浮物，防止水泵堵塞，在一级提升泵前后设置了粗、细格栅和渠道闸门。构筑物为双渠道，格栅机为一用一备，并配套液位差计和时间继电器，其控制逻辑为根据格栅前后液位差变化来判断格栅机的过水栅条是否被悬浮物堵塞，从而自动启停格栅。也可通过时间继电器来控制格栅机启停的时间以及常用设备和备用设备的切换。格栅机出料口下方放置皮带输送机进行栅渣运输，格栅停止输送机同步2分钟后停止。一级提升泵为一用一备用和两套预留位置，潜污泵流量130m³/h，扬程 19m，功率 15kw，配有变频器和超声波液位计，当液位在安全位置时水泵根据设定频率运行，当液位超高时水泵自动全频率工作，低液位时停泵。

（二）旋流除砂池

为去除污水中含有的沙砾，防止对管道产生磨损，占用后续构筑物有效容积，在细格栅后设置旋流除砂机。通过切向进水和低速搅拌，使密度比水高的固体颗粒被甩至设备壁面从而滑落[2]。旋流除砂机配套砂水分离机、低功率罗茨鼓风机和两个电磁阀门，通过设置反洗周期，风机启动，先对旋流除砂机的积砂斗内进行吹扫，使沙砾处于半悬浮状态，再通过阀门的自动切换改为气提模式，将沙砾提升至砂水分离器中进行砂水分离。

（三）竖流式沉淀池

为去除污水中所含的无机悬浮物，设置通过中心筒式进水的竖流沉淀池作为初沉池，表面负荷0.87m3/（m2·h），水力停留时间约3小时。通过操作阀门静压排泥。

（四）调节池与事故池

调节池对来水进行调节，达到均匀水质水量的作用，保证后续工艺段的进水稳定，停留时间8小时。事故池容积与调节池相同，可在来水水量过大或突发性的来水污染物浓度超高时，通过操作阀门将进水打到事故池内，待整体进水稳定后，再慢慢把事故池的污水提升至调节池中。

（五）水解酸化池

污水厂来水中有一定比例的企业预处理后排放的废水，而这类废水的水质、水量具有不稳定性，随着园区内企业增加和突发性企业排放超标事件的发生，来水的可生化性会变差，为降解大分子难生化有机物，设置配备脉冲布水器和固定床填料的水解酸化池，水力停留时间7.5小时[3]。池内的挂绳填料为微生物提供附着面，产生生物膜，增强处理效率。脉冲布水器会积累来水，达到容积上限后以极快的流速排至水解酸化池，通过均匀布置在池底的布水管，对池内混合液进行搅动，保证污泥的悬浮性。

（六）BioDopp生化池（含沉淀池）

生化池划分为多个功能区域，即厌氧加两段AO，总停留时间为17.37小时，其中，厌氧区2.03小时，前置缺氧区3小时，前置好氧区8.29小时，后置缺氧区2.03小时，后置好氧区2.03小时。结构方面分成独立的两组，在调试初期水量较少的情况下可先启动一组生化池。工艺以低溶解氧，大回流的运作方式，使微生活生存在微氧环境中，好氧区溶解氧保持在1mg/L左右即可，这样污泥絮体活性更高。设计混合液浓度MLSS=5000mg/L，污泥龄45.2天，CODCr容积负荷0.9kg/（m³·d）、氨氮容积负荷0.09kg/（m³·d）、总氮容积负荷0.14kg/（m³·d）。在前后好氧区安装DO仪表来监测曝气和生化状态，在前后缺氧区设置碳源投加口来控制碳氮比，并安装ORP仪表，可通过观察水体电位差来判断反硝化进程。

1.空气提推技术

工艺的硝化液内回流采用创新的空气提推技术，在相对狭小的空间内通过压缩空气提高液面而产生流速，回流比可控制在1-6倍可调，和传统工艺的回流泵相比更为节能，只需少量的空气即可运行。（见图2）

图2 BioDopp生化池与水解酸化池合建

2.高效曝气系统

曝气系统采用稳定高效、可不停车更换的曝气软管，总用量820米、管径φ65、通气量0.8m³/m·h，6米工作水深时氧利用率35%。每两根曝气管前端用德式不锈钢卡箍紧固在空气分布支管上，每根支管对应一个小阀门，之间用快装卡盘连接，可轻松拆卸，每根曝气管后端用张紧绳系紧挂在水面上的挂钩。整个池底根据曝气管分布情况均匀布置稳衡装置对曝气管进行限位。需要更换时只需取下前端的快装卡盘，并加长后端的绳子，前后配合提出更换即可。为保持曝气管的高效，防止污泥沉积堵塞，可通过操作供气阀和放空阀对曝气管进行反洗。

3.溶解氧与风机联动自控

工程采用2套螺杆鼓风机，一用一备用，单台风机风量为13.6m³/min、风压 6.8bar、功率30kW。风机与位于生化池的DO仪表联动，通过设定溶解氧需求值和调节力度，例如，风机每分钟升高或降低0.1hz来靠近达到设定值，使整个系统在无人操作的情况下稳定运行。另外，在来水水量、水质较低的情况下，可选择间歇运行模式，常用风机运行一定时间后可自动切换成备用风机[4]。

4.沉淀池

BioDopp工艺采用边进边出的矩形沉淀区，并与生化池主体合建，大幅减少了占地面积和管线。沉淀池的布水渠和出水渠建在同侧，表面负荷为0.74m³/（㎡·d），池底有60度的二次抹坡，在进水侧布水板和挡水板的作用下，使沉淀池的进水产生环形流态，增强沉淀效率。沉淀池安装桁车式吸刮泥机，减速机行走功率1.1kW，配置两台污泥回流泵，流量40m³/h、功率2.2kW。吸刮泥机可通过设定行走周期和回流泵频率来控制污泥回流比。另外，吸刮泥机路轨一端安装激光测距仪，通过编程画面，上位机可观测吸刮泥机行走进程。

（七）滤布滤池

通过滤布滤池对生化池出水进行深度处理，进一步去除SS。工程采用的滤布滤池设备不同于传统的纤维转盘滤池，设备的过滤盘不动，而是通过电机驱动中心轴来带动反洗装置，对滤盘进行洗刷。滤布滤池内设有液位计，根据池内液位判断滤盘滤布上是否有沉积泥层导致通水不畅。反洗时，反洗泵和驱动电机启动，泵连接反洗装置的电动阀开启，对滤布进行洗刷和抽吸，之后连接滤池底部的排泥管电动阀开启，进行排泥，液位到达设定下限后反洗流程结束。滤池前端进水管配有管道混合器，通过混合器投加PAC溶液，使溶液与出水混合完全，产生化学除磷效应，絮凝的沉淀物也会被滤池过滤，设计每小时投加53L浓度为10%的PAC溶液。所选用的滤布滤池设备处理能力满足远期的5200m³/天，设计滤速8m/h，滤盘过滤孔径小于10μm。设备安装功率3.75kW，常用功率为1.1kW。

（八）紫外线消毒渠与巴氏计量槽

工程设计紫外线灯管对出水进行消毒。消毒渠总共布置32根功率为300W的低压高强紫外杀菌灯，总剂量50mJ/cm2。为保证消毒时间，渠道末端设有溢流槽。渠内安装水位传感器，当水位低于设定值后，靠近水面的一排灯管熄灭，如果规定时间内水位没有恢复，则全部灯管熄灭，若水位恢复，则靠近水面的一排灯管重新启动。消毒系统配有空压机和气压缸反洗装置、紫外线强度测量仪，当紫外线测量强度低于设计值95%时，系统自动对灯管的石英套管进行刷洗。整套系统以装配的方式安装在渠道中，方便安装和拆卸。出水通过巴氏计量槽，经程序计算转换为流量，渠道最后设有中水池和离心泵，产水可用于厂区绿化。

（九）污泥脱水系统

工程设计每日绝干污泥量200kg，脱水污泥含水率低于60%。生化池首先将剩余污泥排至贮泥池，对污泥进行初步重力浓缩，再由立式螺杆泵提升到调理池搅拌加药，设计药剂投加量0.2%的PAM溶 液300L/天，10%三价氯化铁溶液450L/天，生石灰45kg/天。经调理池搅拌均匀后，进泥螺杆泵自动启动，把调理好的污泥提升到高压板框脱水机中。脱水机进满污泥后，先经过机械液压进行第一次压榨，完成后压榨水泵启动，对板框内部进行高压充水，从而产生第二次压榨，最后通过压缩空气的吹扫将压榨废液吹出，通过底板的废液槽收集流回调节池。满足压榨时间后，设备泄压。此时，人工操作设备就地启停装置，操作板框归位，将压榨后的泥饼铲掉。设备带有泥斗，可储存两个流程的脱水泥饼。脱水流程结束后，设备自动进行反清洗，即柱塞泵配合脱水机的链条驱动式反洗装置，对每块板框进行洗刷。

四、污水处理厂的电气自控

场内的供电流程为高压进线柜、避雷针柜、高压出线柜、干式变压器、低压进线柜、无功率补偿柜、市政用电/发电机供电分路柜、低压抽屉柜，分配到各主要构筑物旁的三级配电柜，最终连接到各设备的就地电控柜。当市政停电后，上述供电分路柜会自动从市政电路切换至发电机电路，并且会发出警报，包括上位机报警和就地声光报警，提醒运营人员及时启动发电机。厂内配有400kW的水冷风冷组合式柴油发电机，以供停电情况下使用。并且厂内的上位机和PLC柜等220V用电设备均配备UPS供电系统，停电1小时内可保证自控系统和视频监控系统正常运转。

自控方面，所有用电的污水处理设备至少连接有运行、故障、远程三路反馈信号和启停控制，如电磁、电动、气动阀门会有开关到位信号，带有变频器的水泵以及流量计、液位计、水质检测等仪表连接4-20mA模拟量反馈信号，污泥脱水系统、曝气系统、滤池和消毒系统等集成度较高的成套设备系统配有就地PLC模块和操作屏，再通过以太网或RS485通信协议上传到中控。在中控室可以收到厂内全部设备的运行状况、运行参数、是否故障和是否可以接受远程控制等信息反馈，并进行操作。在厂内各关键位置设有球形摄像头，可在中控室内调整摄像头角度、焦距，来监控厂内情况，如有生产事故发生，可及时发现并到达现场。

五、污水处理厂运行现状

自工程竣工验收至今，污水处理厂已运营2年，期间出水稳定达标，设备运行正常，没有重大故障。生化工艺段的活性污泥性状良好，在冬季时也没有发生污泥膨胀的不良现象。以下选取了污水处理厂2020年12月的日均进出水数据和用电量进行分析。统计12月共31天的处理水量为62452m³，总耗电量24045kW，合每吨水用电2.59kW，全月出水达标。进出水情况见图3、图 4。

图3 十二月日均进水水质

图4 十二月日均出水水质

六、结论

工业园区污水成分复杂，来水稳定性差，而该污水处理厂工艺线较长，进入生化系统前的进水井、初沉池和调节池可提供近1500吨水的容积，核算成停留时间约达到12小时，面对突发性来水超标情况，可以淡化来水浓度，给生化系统和运营人员留有反应时间，且水厂还配有事故池，可收纳一定量的超标进水。生化部分的水解酸化池可简化来水成分，提高可生化性。BioDopp池的五段式处理方法和大回流比技术使整体生化系统更加稳定，抗负荷抗冲击能力强，微生物菌落不易膨胀或腐坏。但由于场地原因没有设计高效沉淀池，而生化除磷能力有限，在滤布滤池进水中也不宜投加过多的PAC，否则会造成滤布堵塞严重，面对进水总磷超标50%以上的情况时，需要人工往初沉池和二沉池中投加PAC。运营方面，该污水处理厂自动化程度较高，各设备单体或系统均可在无人值守的情况下稳定运行，并根据水位、溶解氧等参数反馈和程序设定自动调整设备工况，整体工艺线较长，抗冲击能力强，运转稳定，电气系统严格按照国家标准设计施工，安全系数高。

七、展望

工业园区污水是由多家企业排放组成，成分复杂。在污水处理厂设计初期，应了解园区排水属性结构，明确原水水质，从而优化厂区用地，选用匹配性强的处理工艺，并考虑突发性来水超标情况的处理办法。未来污水处理厂的发展趋势会更倾向于智慧水务，水处理系统高自动化运行，目前很多村镇的小型污水处理站,已经实现了通过App实时监控操作的功能。在污水处理厂建设的同时，也可开发软件，未来通过5G网络将水厂信息传输至远程客户端，并通过智能互联将中控数据和画面接入到地区或企业统一的智能云平台，建立污水处理厂信息库，实现远程可视化监控、高效规范运营管理、科学考核评价、应急性技术人员指导，让监管部门、业主、治理企业、运维企业、装备制造企业甚至群众都能及时、完整、准确地了解污水厂运行及维护情况。