广西苍梧县六堡镇污水处理工程设计技术概述

广西苍梧县六堡镇污水处理工程设计技术概述

梁虹

广西壮族自治区城乡规划设计院广西南宁530000

摘要：广西苍梧县六堡镇污水处理工程属于新建工程，远期设计规模为3000m3/d，其中污水厂部分分二期进行建设，一期1500m3/d，二期增加1500m3/d。污水处理工艺采用新型污水处理处理工艺多级复合移动床生物膜。配套污水管网DN300～DN500污水管5.6km，DN250压力管道0.363km，改造原有合流排水系统2km，合计7.963km。详细介绍了污水厂各构、建筑物的工艺参数及采用的关键技术。

关键字：多级复合移动床生物膜；配套污水管网；关键技术；处理工艺

1工程概况

六堡镇虽为广西苍梧县一小城镇，但它有着浓厚的茶文化，为发展壮大六堡旅游事业，打造茶文化产业特色镇，也应该以长远发展的眼光推进城市现代化建设。建设苍梧县六堡镇污水处理厂及配套的排水管网工程既是城市现代化的基础设施，也是推动六堡镇城现代化进程、打造茶文化产业特色镇的不可缺少的具体措施。

苍梧县六堡镇污水处理工程污水处理厂最终设计规模为3000m3/d，共分二期进行建设，近期至2020年，设计处理规模为1500m3/d，远期至2030年，设计规模为3000m3/d。厂外配套污水管网配套污水管网DN300～DN500污水管5.6km，DN250压力管道0.363km，改造原有合流排水系统2km，合计7.963km。

苍梧县六堡镇污水处理厂处理工艺采用新型污水处理工艺多级复合移动床生物膜，设计进水水质为：BOD5为120mg/L，SS为150mg/L，CODcr为220mg/L，TN为35mg/L，TP为3.0mg/L，NH3-N为30mg/L，PH为6~9。本工程出水水水质标准执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准（B标准），具体指标为：CODCr：≤60mg/L，BOD5：≤20mg/L，SS：≤20mg/L，NH3-N：≤8mg/L，TP：≤1.0mg/L，TN：≤20mg/L，pH：6.0～9.0，大肠杆菌个数≤10000（个/升）。

2处理工艺及流程的确定

根据我国现行《室外排水设计规范》和大量的污水厂实际运行经验来看，一级处理达不到上述出水水质要求。常规二级处理工艺对BOD5和SS均可以达到60～90%，而对N和P的去除则有一定的限度。因此，本工程必须选择具有较好除磷脱氮效果的污水处理工艺。

根据对水质的分析，本工程污水处理厂进水水质BOD5=120mg/L，CODcr=220mg/L，BOD5/CODcr=120/220=0.55，表明本工程污水处理厂可以采用生化处理工艺，并且可生化性较好；本工程进水水质BOD5/TN=3.4，满足生物脱氮要求；分析本工程进水水质，BOD5/TP=120/3.5=34.3，完全可以采用生物除磷工艺，由此以上分析可知，苍梧县六堡镇污水处理厂进水水质不仅适宜采用二级生化处理工艺，而且可以采用生物脱氮除磷工艺。

因此根据各个处理单元工艺的对比，本工程最终确定处理工艺流程如下：

工艺流程简述：

厂外污水经镇东污水提升泵站提升至厂内压力释放井，在经细格栅、调节池后进入多级复合移动床生物膜反应器。其中细格栅与调节池合建。多级复合移动床生物膜反应器在曝气区内投加比表面积巨大的纳米悬浮生物填料，并接种硝化菌、反硝化菌和其他生物菌群，通过间歇曝气，在曝气区营造好氧、兼氧和厌氧环境，不同的微生物菌群在纳米悬浮填料和活性污泥中生长繁殖，曝气时悬浮生物填料呈流化态在反应器内无序状翻滚流动，气、液、固三相充分接触，污水中的污染物作为生物菌群的营养源，在其生长繁殖过程中被消化吸收，污水得以净化。净化后污水排至消毒渠进行消毒反应，最终流经巴氏计量槽达标排放。

3污水厂主要构筑物的工艺参数的确定及采用的关键技术

多级复合移动床生物膜反应器是本设计的的关键技术环节，本设计通过cass工艺、IBR工艺和本工艺进行对比，通过经济、占地、定员、电耗、直接处理成本、处理效果及污泥产量等五个方面的对比，多级复合移动床生物膜工艺在造价、电耗、直接处理成本、处理效果方面均优于cass工艺和IBR工艺，因此本设计确定二级处理工艺采用多级复合移动床生物膜工艺。

3.1分期、分组及流量

3.1.1水量总变化系数KZ=1.30。

3.1.2苍梧县六堡镇污水处理厂预处理单元（含细格栅、提升泵站、调节池）土建按远期总规模（3000m3/d）最高日最高时流量（总变化系数1.3，流量163m3/h）设计；脱水机房、综合楼及维修间等土建按两期总规模（3000m3/d）设计，设备按首期(1500m3/d)设计；多级复合移动床生物膜反应器（MC-MBBR）按首期(1500m3/d)设计。

3.1.3污染物去除率及去除量

3.2主要构筑物选型

本工程主要生产构筑物包括：调节池（包括细格栅渠），多级复合移动床生物膜反应器（MC-MBBR），污泥浓缩脱水机房、污泥池等。

3.2.1调节池、细格栅渠

（1）调节池：

调节池调节容积按远期流量4小时停留时间设计。

本工程设有厂内调节池一座，近年来由于潜污泵具有直接安装在调节池里，不需单独设水泵间，可节省土建费用20-40％等优点，潜污泵技术发展很快，效率不断提高，应用日益增多。因此，本工程污水泵选用潜污泵。

1）设计参数

设计规模：按远期设计Q=3000m3/d，Kz=1.97

停留时间：HRT=4.1h；

设备配置：按近期配置。

2）主要工程内容

构筑物：

调节池平面尺寸：B×L×H=11.4×16.0×6.5m

调节池有效水深：2.8米

调节池有效容积：510.72m3

设备配置：

进水闸门：Φ400mm，材质铸铁，硬密封，配手动启闭机一台，启闭力1.5t。

潜水泵：Q=50m3/h；H=10m；N=3.0KW，共三台，（二用一备）。

潜水搅拌机：Φ320mm，n=740rpm，N=2.2kW，一台。

（2）格栅井：

格栅机按格栅栅条间距的大小不同，格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。

回转式机械格栅自动化程度高、分离效果好、动力能耗小。因此本工程选用回转式机械格栅作为细格栅。栅条间隙为5mm。

1）设计尺寸

平面尺寸：B×L×H=2.30×11.4×4.3m，1座

2）主要工程内容

设备配置：

粗格栅：选择宽度0.5m、间隙15mm的回转式机械格栅一台，功率0.55kW。

垃圾桶：V=0.5m3，材质玻璃钢，二只。

3.2.2多级复合移动床生物膜反应器

1）设计参数

Q=1500m3/d

2）主要工程内容

构筑物：

钢筋混凝土基础：B×L×H=1.0×5.0×1.85m，1座

设备配置：

MC-MBBR处理器：Q=300m3/d，共5套

曝气机：共5台；回流泵WQ15-7-0.75：共5套；污泥泵：共5台。

以上设备属于多级复合移动床生物膜反应器配套设备。

3.2.3消毒池

本工程消毒采用紫外线消毒。

设计参数：

土建按3000m3/d规模建设，设备按1500m3/d规模安装，变化系数取1.75。

主要工程内容

明渠：B×L×H=1.25×9.6×0.90（m）

主要设备：

一体化明渠式紫外消毒设备，2个消毒模块，每模块3支灯管，总计6支灯管，配自控系统、镇流器柜、空压机等，单套总功率3.3kW。

3.2.4污泥池

1）设计参数：

污泥池土建设计：（按远期设计，设备按近期配置）

近期剩余污泥量：20.34m3/d，含水率99.3%，停留时间按12小时计算。

2）主要工程内容：

设污泥池1座，平面尺寸B×L×H=3.0×3.0×3.5m，有效高度3.0m。

3）主要设备：

潜水搅拌机：Φ260mm，n=740rpm，N=0.85kW，一台。

3.2.5污泥脱水间

1）设计参数

剩余污泥干重149.49kg/d；需浓缩污泥量20.34m3/d，含水率99.3%；脱水后含水率60%；絮凝剂（聚丙烯酰胺）投加量：10-20mg/L，投加浓度为0.5%。

2）主要工程内容

构筑物：

污泥脱水间尺寸为：B×L×H=8.64×10.44×4.5m

3）主要设备：

带式压滤机DNDYQ1000一台，配用电机功率0.75kW。

冲洗泵一台，Q=6.3m3/h，H=50m，N=4.0kW。

污泥泵一台，Q=5.0m3/h，H=60.0m，N=2.2kW。

空压机一台，Q=0.3m3/min，H=1.0MPa，N=3.0kW。

加药泵二台，Q=0.3m3/h，H=60.0m，N=0.25kW。

溶药装置：碳钢板材表面环氧树脂防腐。V=0.4m3，搅拌机功率N=0.55kW。

泥药混合器：碳钢板材表面环氧树脂防腐。

轴流风机两台，单台流量2100m3/h，电机功率0.12kW。

4.主要技术特点

4.1技术原理

多级复合移动床生物膜反应器在充分发挥生物接触氧化法的优点基础上，从优化设备结构、优选悬浮型仿水草生物填料、添加优势菌种以强化微生物代谢功能、提高活性污泥凝聚沉淀性能入手，具有同步硝化反硝化功能，在降解有机污染物的同时实现了良好的脱氮除磷，具体如图2所示。

在曝气区内投加比表面积巨大的纳米悬浮生物填料，并接种硝化菌、反硝化菌和其他生物菌群，通过间歇曝气，在曝气区营造好氧、兼氧和厌氧环境，不同的微生物菌群在纳米悬浮填料和活性污泥中生长繁殖，曝气时悬浮生物填料呈流化态在反应器内无序状翻滚流动，气、液、固三相充分接触，污水中的污染物作为生物菌群的营养源，在其生长繁殖过程中被消化吸收，污水得以净化。

4.2技术优势分析

（1）多级处理，提高处理效率、提升降解能力

设备采用3个（或3个以上）罐体串联而成，分为第1处理单元、第2处理单元（或第N处理单元）和深度澄清/消毒单元。第1处理单元充分利用微生物处于对数增长期的吸附特性，以低能耗、高负荷、快速的生物吸附和合成为主，能够去除污水中70%～80%的有机物，称为吸附合成期；第2处理单元在低负荷下利用微生物的氧化分解作用，对污水中残留的有机物进行氧化分解，以进一步改善出水水质，称为氧化分解阶段。

污水经2级（或者多级）处理，增加了与生物填料的接触次数，同时每个处理单元在流态上基本上属于完全混合式，可以提高生化效率，缩短生物氧化时间，适应原水水质的变化，使处理水水质趋于稳定。而上一级和下一级处理单元之间由于污水的浓度差而可以看成是推流式，实现不同生长阶段和不同功能的微生物在空间上的选择分配，可充分发挥同类微生物种群间的协同作用，克服不同微生物种群间的拮抗作用，故处理效率大大提高。

（2）无动力自动污泥回流，工艺流程简洁

每个处理单元曝气区内仿水草生物填料上栖息着大量的高活性微生物，它们能够高效快速地吸附合成和氧化分解污水中的有机物。由于曝气的搅动，仿水草生物前后左右摇摆，填料上老化的生物膜会不断脱落，新的生物膜不断生长，即使没有污泥回流，填料上附着的生物膜也能较长时间地保持高活性和高浓度。

又由于每个处理单元的沉淀区巧妙地设置在曝气区的外层，泥水分离后，脱落的生物膜及活性污泥大部分自然沉降到曝气区（回流无需动力），继续参与曝气区的生物氧化作用，细小的悬浮物被沉淀区内的悬浮过滤层截留，这样既减低了下一级处理单元的悬浮物负荷，又能始终保证曝气区的活性污泥不至于流失。

（3）污泥产量低、无污泥膨胀、运行稳定

与活性污泥法和氧化沟工艺相比，“多级复合移动床生物膜反应器”虽然容积负荷高，但污泥产量较低，主要是因为：

a.氧化池内的微生物链比较完整和稳定；

b.微生物内源呼吸进行得较充分，合成物质被进一步氧化；

c.生物填料内部存在缺氧和厌氧区，能部分分解、转化有机物。

另外，在活性污泥法中容易产生膨胀的菌种(如丝状菌)在“多级复合移动床生物膜反应器”中不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分解、氧化能力强的特点。

（4）特殊仿水草生物填料同步硝化反硝化，脱氮除磷效率高

设备内特殊仿水草生物填料附着大量生物膜，生物膜内部存在着溶解氧浓度梯度，从外至内生物膜可以分为好氧层、缺氧层和厌氧层。由于厌氧和缺氧微环境的存在，系统内存在同步硝化反硝化现象，聚磷菌的厌氧释磷和好氧摄磷过程同时存在，磷作为微生物自身的一部分，在微生物死亡后以生物污泥的形式沉积在设备底部，排泥时排出体系。

（5）设备采用玻璃钢材质，永不腐蚀，使用寿命长

机械缠绕成型的玻璃钢罐体使用寿命大于30年，在保证及时更换部件的情况下属于可永久使用的产品，与建筑物同期寿命。

（6）仿水草生物填料性能优越

仿生水草形态设计，比表面积高达6500m2/m3，具有挂膜快、生物膜发育良好的特性，吸附能力极强，微生物易于附着，挂膜速度及性能远超过弹性填料及组合式填料；亲水、亲油、对气泡有很好的切割作用，有储氧功能。同时由于受水流和气流的冲动，填料前后左右摆动，填料上的生物膜不断更新，生物活性高，传质效率高。

曝气系统性能优越，曝气管采用可提升式设计，维修简便，系统不用停水，人员无需进入设备内部进行检修。

（7）运行费用低

设备的能耗主要来自调节池内的提升泵、曝气系统中的曝气机和排泥系统的排泥泵，设备功率小，运行费用平均仅为0.18元/吨。

（8）基建费用低，建设周期短，管理维护简单

设备工厂机械化生产，工地现场直接吊装入地坑即可，通常3天安装完毕，达到调试运行的条件。设备基建只需要制作简单的混凝土基础。

核心设备理于地下，臭气少、无卫生障碍，系统上部可以进行正常绿化和景观设计，厂区干净、外表美观。

采用全自动控制系统，自动运行，无需工作人员值守，既便于日常管理又便于维修保养。

运行方式灵活，可根据污水量情况，启动一套或多套设备，以适应水量波动大的难题，同时大大降低运行费用。

5.结语

根据六堡镇的排水现状及特点选择多级复合移动床生物膜反应工艺做为镇区污水处理厂的二级处理工艺，该工艺具有同步脱氮除磷的功能、出水效果稳定，运行成本低、环境友好等特点，通过建设六堡镇污水处理厂，将大大促进六堡镇的污水处理事业的发展，对改善镇区生态环境和保护水资源大有益处，具有良好的社会、环境和经济效益。

参考文献：

[1]张自杰主编.环境工程手册（水污染防治卷）.北京：高等教育出版社，1996

[2]张统主编.污水处理工艺及工程方案设计.北京：中国建筑工业出版社，2000

[3]张辰主编水厂设计-污水厂设计.上海；中国建筑工业出版社，2011

作者简介：

梁虹，工程师，广西壮族自治区城乡规划设计院