刘向荣   简德武

(中国市政工程中南设计研究院)

　　摘要： 洛阳市涧西污水处理厂设计采用A²/o生物处理系统处理城市污水，较常规水处理工艺，本工艺流程不设初沉池，生产污泥采用机械浓缩脱水一体化处理，工艺流程简单，生产管理方便。主要处理构筑物有：旋流沉砂池﹑A²/o生物池﹑鼓风机房﹑污泥泵房﹑终沉池及污泥浓缩脱水车间。本污水厂构筑物设计及设备选型先进合理，其主体生物处理构筑物采用了高效低耗的鼓风微孔曝气循环流式A²/o生物池，污泥脱水车间设计了国内第一座带有室内污泥仓储间的现代化污泥处理车间，使得整个污水处理厂运行经济合理﹑工作环境优美，堪称现代化的污水处理厂。文章简要地介绍了洛阳市涧西污水处理厂的设计。

　　1. 前言

　　河南省洛阳市地处中原，市区属黄河水系，主要河流有洛河、伊河，分别由西南流经洛阳至偃师汇合于黑石关入黄河。洛河将洛阳市分为南北两大块，建成区主要位于洛河北侧。洛阳市涧西污水处理厂位于市区洛河北侧，紧靠洛河北大堤，处理厂污水主要来自涧西区城市污水，污水厂总规模30万m³/d，一期建设规模20万m³/d，处理厂总占地256亩，一期建设项目总投资（包括厂外污水截流干管）38776万元人民币，其中利用加拿大政府贷款1030万美元。处理厂主要设备及自控仪表从国外进口，余下设备选用国产优质产品。该污水处理厂自2000年12月竣工投产运行以来，处理效果稳定，水处理单位能耗较低，出水水质达到国家一级排放标准，受到国内有关部门及专家的一致好评，取得了良好的社会效益和经济效益。本文简要地介绍了该污水厂的设计。

　　2. 污水厂设计

　　本工程设计所追求的目标是：技术先进、处理效果稳定、管理经验成熟、工程投资经济、运行费用低、环境效果理想。

　　2.1 处理工艺

　　污水、污泥处理工艺的选择，取决于处理厂进、出水水质指标、污水厂规模、污泥处置方法及当地气象条件、工程地质条件及工程环境等诸多因素。根据本污水处理厂进、出水水质要求（见表2-1）及工程的具体情况，处理厂工艺流程如下（见图2-1）：

污水厂进、出水设计水质                  表2-1

图2-1  工艺流程示意图

　　在上述工艺流程中，污水处理工艺选用了具有同步脱氮除磷功能的二级生物处理系统（A²/O生物处理系统），该生物处理系统要求进入生物池的原水含有一定量的碳源，通常要求BOD₅/TP>20，BOD₅/TN >4.0，由于本污水厂进厂水设计水质指标BOD₅/TP =122，BOD₅/TN=4.4（注：NH₃-N/TN=0.7），满足生物除磷对碳源的要求，基本满足生物脱氮对碳源的要求。若在上述水处理工艺流程中设置初次沉淀池，假设BOD₅经初次沉淀池的去除率为25%，则进入生物池的BOD₅/TN=3.3<4.0，就不能满足生物脱氮对碳源的要求，故本处理系统不设初次沉淀池，既可以保持生物池较高的碳含量，以利于脱氮除磷，又可以减少工程投资、降低水处理运行费用。

　　在上述污水处理工艺流程中，生物处理系统采用前置反硝化方式脱氮，由于生物硝化系统属于低负荷工艺，污泥可得到充分的好氧稳定，因而污泥处理不设污泥消化系统。为确保除磷效果，污泥处理采用机械浓缩、脱水一体化处理。

　　2.2 主要生产构筑物设计

　　2.2.1 粗格栅间及原水提升泵房

　　粗格栅间与原水提升泵房合建，总平面尺寸：25.2m×14m。格栅间内设3台国产旋转式固液分离机（栅隙宽25mm），1台国产带式输渣机，固液分离机根据格栅前后水位差自动控制机械耙渣。原水提升泵房内设5台进口潜污泵，3台CP3531.805型，流量3125m³/h，扬程14.8m，电机功率160kw，2台CP3400.735型，流量2083m³/h，扬程14.8m，电机功率125kw。水泵根据集水井水位自动开停运行。

　　本污水厂原水进厂管道须穿越约30米宽的涧河，过去的污水管道采用重力倒虹吸方式跨河。由于城市污水管道系统形成时间较久，构成复杂，维护管理困难，该管道已淤塞，至本工程设计时，该管道已无法使用，为了确保进厂污水管道的畅通无阻，设计将原水提升泵房建于污水厂外跨涧河管段上游，距污水厂约420米，原水采用2根压力倒虹吸管过河。该管道投产运行至今，状况良好，确保了城市污水安全进厂，为污水厂的正常运行创造了良好的条件。

　　依据周边的地理条件、环境条件、北方的气候条件及规划要求，粗格栅间及原水提升泵房露天设置于地面以下，设计上将固液分离机及输渣机均设于地面以下，以避免部分截留栅渣在室外“随风飘荡”，造成二次污染，栅渣由螺旋压榨机送至地面外运处置。泵房投产运行至今，整个生产环境十分理想，未给周边环境造成任何不良影响。

　　2.2.2 细格栅及沉砂池

　　细格栅：一期20万m³/d规模分两组设置,每组设2道进口机械弧形细格栅(旋转角90度)及1道人工应急格栅（国产），渠宽1.6m，栅隙宽12mm，最大过栅流速0.8m/s。格栅运行根据格栅前后水位差自动控制。栅渣由设于平台面以下的国产无轴螺旋输送器输出外运处置。

　　沉砂池按其结构型式主要分为四种：一、平流式；二、竖流式；三、曝气式；四、涡流式。上述四种沉砂池中，平流式矩形沉砂池应用最为广泛，它具有构造简单、处理效果好的优点。竖流沉砂池应用较少，因污水由中心管进入池后自下而上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。曝气沉砂池可通过调节曝气量，控制污水的旋流速度，使除砂效果较稳定，受流量变化的影响较小，其应用亦较多，但该池对污水有预曝气作用，在原水有除磷脱氮等处理要求时，该池的应用受到了限制。涡流沉砂池是利用水力涡流，使泥砂和有机物分开，以达到除砂目的。该池型具有基建、运行费用低和除砂效果好等优点，在北美国家广泛应用，近年来，在我国亦开始应用。

　　由于本污水处理厂处理污水有脱氮、除磷的要求，设计采用涡流沉砂池，分两组设四池，单池直径4.2m，池深5.3m。沉砂池采用气提排砂，在排砂之前有一气洗过程，使得排出的砂含有机物较少，以利于污水的后续生物处理及泥砂的处置。四座沉砂池排出的泥砂经2台国产的砂水分离器处理后，泥砂外运处置。沉砂池投产运行至今，除砂效果稳定，确保了后续生物处理系统的正常运行。

　　2.2.3 A²/O生物池

　　A²/O生物处理系统可同步除磷脱氮，该工艺已广泛地应用于城市污水处理，该系统技术先进、成熟，脱氮除磷效果较好，国外许多污水处理厂已成功地应用了该系统，在我国，随着人们对造成水体富营养化主要因素的认识和对水环境质量要求的提高，亦有为数不少的城市污水处理厂采用了该生物处理系统，部分已投入运行，部分在建或拟建。

　　根据A²/O生物处理系统运行原理，生物池须有大量的混合液回流，一般为2～4倍的水处理量。通常在二级污水处理厂中，污水生物处理能耗约占全厂总能耗的50～60%，而A²/O生物处理系统的水处理能耗又较常规污水二级生物处理为高，为了最大限度地降低污水处理能耗，使污水厂“建得起、用得起”，本设计充分优化了其能耗设计。设计结合循环流式生物池的特点，省去了混合液回流，以降低水处理能耗，该A²/O生物池采用了类似氧化沟循环流式水力特征的生物池池型，同时在该池体中独辟厌氧区除磷及设置前置反硝化区脱氮等有别于常规氧化沟的池体结构，充氧方式采用高效的鼓风微孔曝气，智能化的控制管理，充分提高了氧的利用率，在确保常规二级生物处理效果的同时，经济有效地去除了氮磷。本系统较常规A²/O生物处理系统减少能耗0.045kwh/m³.水，

　　本厂A²/O生物池分两组四座，污泥负荷0.12kgBOD₅/kgMLSS.d，污泥浓度4g/l，单池平面尺寸：91.15m×32.91m，池深7.0m，有效水深6.0m，每池分三区：厌氧区、缺氧区及好氧区，厌氧区设2台进口潜水搅拌机，缺氧区设3台进口潜水搅拌机，用于混合液的搅拌及推流，使池中污泥处于悬浮状态，不致产生淤积，单台搅拌机功率5.2kw。好氧区设有5594个进口微孔膜式曝气器，曝气器直径为229mm，曝气量为0.85～5m³/h.个。每池设有2根进气总管用于输送空气，每一总管设有1个进口电动空气调节蝶阀，用于调节供氧量。

　　该池投产运行以来，取得了良好的污水处理效果，污水厂出水满足国家一级排放标准。由于其独特的池体结构及智能化的鼓风充氧系统，最大限度地降低了污水处理能耗，污水处理平均能耗约为0.22kwh/m³.水，污水处理厂达到了经济运行的建设目的。

　　2.2.5 终沉池

　　   沉淀池主要有平流式和辐流式两种类型，考虑到圆形池受力合理﹑吸泥机制作方便﹑运行可靠和维修工作量少等特点，大中型污水处理厂终沉池大都采用辐流式沉淀池配以机械排泥设备，其沉淀效果好，排泥通畅，运行稳定可靠。辐流式沉淀池有中心进水﹑周边出水和周边进水﹑周边出水两种形式。周边进水﹑周边出水的辐流式沉淀池具有表面负荷高的优点，但进水配水孔的施工难度大，很难达到设计要求，因此，本终沉池采用中心进水﹑周边出水的圆形辐流式沉淀池，一期分两组八池，单池直径45m，池深4.4m。根据国内现有沉淀池排泥设备的运行情况，国产沉淀池吸泥机制造质量基本已达国际水平，本着经济合理地利用国外政府贷款的原则，每一终沉池配国产周边传动刮吸泥机1台。另每组四池设有一直径为14.2m的配水配泥井以均匀配水。

　　2.2.6 污泥泵房

　　   根据污泥泵房的功能：一是将终沉池的沉淀污泥回流至生物池，一是将剩余污泥提升至污泥处理系统，本着统筹安排﹑经济合理的原则，设计将回流污泥泵房和剩余污泥泵房合建于一体。

　　   一期设污泥泵房两座，单座平面尺寸：16.7X8.12m，池深4m，每池设有5台CP3300-181-LT型潜水排污泵用于提升回流污泥，水泵流量1042m³/h，扬程7.7m，功率37Kw，2台CP3120-180-MT型潜水排污泵用于抽升剩余污泥，水泵流量66.24m³/h，扬程10.3m，功率3.1Kw。

　　2.2.7 鼓风机房

　　鼓风机房土建部分按30万m³/d总规模一次建成，近期设备按20万m³/d 装机。考虑到鼓风机为污水处理厂的主要用电设备，本鼓风机房与全厂的变配电间合建，平面尺寸：58.98m×27.44m。机房内设4台进口单级离心鼓风机，型号为KA22S-GL225，电机功率500kw。该机带有可调节扩散器，风量调节范围为额定流量的45～100%，风机控制系统可根据生物池溶解氧含量自动调节单机的送风量及机组开启台数，实现了生物池充氧系统的智能化控制管理，使整个生物处理系统得以经济正常的运行。该风机有整机体积小、能耗低、效率高、噪声小等特点，随机配有进、出口空气消音器，进口配有空气过滤器。风机房内尚设有1台国产10吨电动单梁起重机用于设备的安装及维护。

　　该鼓风机房投产运行以来，确保了污水处理核心---A²/O生物池的正常运行，为生物处理提供了经济、安全的保障。

　　2.2.8 污泥浓缩、脱水车间

　　本污泥浓缩、脱水车间为国内第一座带有室内污泥仓储间的现代化污泥处理车间，车间采用简洁、大方的工业建筑造型，分两层设置，平面尺寸：49.17m×26.775m（包括室内储泥间），车间上层为主要生产车间，设置5台进口NX4565型离心浓缩脱水机（单台处理量35m³/h，电机功率55kw）、2套进口高分子絮凝剂制备系统、5台ANBP6.2型投药泵及其脱水机控制系统，车间下层为辅助生产车间，设有5台ABM40I-1型污泥切碎机及5台AE1E1000型污泥进料泵，车间上层底板下设有2台进口螺旋输渣机，1台水平设置，以收集脱水污泥，1台倾斜设置，以将脱水污泥输送入车间端头设置的室内污泥仓储间内的4口储泥斗，泥斗下层为运泥车信道。

　　根据本厂的污水处理工艺流程，污泥处理在国内率先采用了机械浓缩脱水一体化处理系统。在该系统中，由于采用机械一体化处理，缩短了污泥处理的停留时间，由于采用高效的离心脱水机，不仅减少了高分子絮凝剂用量，而且提高了污泥含固率，降低了污泥的含水率，减小了污泥体积，不仅有利于污泥的后续处置，而且避免了磷的二次污染，有效地提高了磷的去除率，降低了污泥处理费用。

　　本车间脱水污泥由螺旋输渣机送入储泥斗，运泥车停放于储泥斗下层直接装泥外运处置，泥斗卸料由设于泥斗下层的电动刀闸阀开启控制，运输工人仅需按动电钮即可装车外运，无需繁重的体力劳动，大大提高了劳动生产率。

　　通常污泥处理区在整个污水处理厂中是最为“脏、乱、臭”的一区，在本设计中，由于采用了现代化的处理及转输手段、合理的车间布局、精巧的结构型式，使得污泥的处理及转输全过程均处于一种“全封闭”状态，生产车间没有污泥散发的臭味，没有四处横行的蚊蝇，工作环境十分理想，彻底改变了传统污泥脱水车间的环境面貌，堪称现代化的污泥处理车间，该车间已成为污水厂又一美的景点。车间投产运行以来，取得了良好的生产效果和社会环境效应，吸引了国内众多的参观者，受到专家的一致好评，目前国内已有数座污泥脱水车间拟参照该车间进行改建。

　　2.3 污水厂总平面布置

　　污水厂总平面布置主要根据各主要构（建）筑物的功能、流程要求、当地气象条件及周边环境规划要求将全厂分为三大区域，一为污水处理区，包括所有的污水处理构（建）筑物，该区为污水厂的主体部分；二为污泥处理区，仅有污泥浓缩脱水车间，占地较小，该区与污水处理区为生产区；三为辅助生产区，主体建筑为综合楼，为全厂的行政及生产管理中心，包括行政管理办公室、中心控制室、化验室、机修间、仓库、车库及食堂。在厂区平面布置上（见图2-2），考虑到厂区西南两侧均为规划中的水上娱乐场，东南侧紧邻滨河大道休闲区，且滨河大道地势较厂区地面高出3m左右，从游人视觉效果及环境效果考虑，设计将污水处理区的各构筑物由高至低、由污至清的流程从西北向东南方向布置，污泥处理区紧邻污水处理区的北端，从而使工厂内可能产生嗅味的构（建）筑物集中于厂区北端，远离游人，达到较为理想的环境效果。由于进厂城市规划道路高出厂区地面2～3m，考虑到景观效果及辅助生产区管理指挥中心的职能，接合远期预留用地，将辅助生产区靠近一期生产区，布置在一期生产区的南侧，邻近厂区入口，该区通过周边道路及绿化与生产区相隔相连，使整个处理厂布置紧凑，分区明确，管理方便，环境优美。

图2-2    污水厂总平面布置图

　　3. 结束语

　　洛阳市涧西污水处理厂的设计采用了结构合理的处理构、建筑物型式及先进的水处理设备，其粗格栅间及原水提升泵房的构造型式特别适宜于室外风力较大地区经济合理的设置，涡流沉砂池良好的除砂效果亦有着广泛的应用前景，鼓风微孔曝气循环流式A²/O生物池以其运行能耗低、处理效果好的优点可广泛应用于污水处理厂，而其设计独特的现代化污泥处理车间有着优良的劳动生产环境和高效低耗的处理效果，大大提高了劳动生产率，其合理的布局和精巧的结构型式值得大力推广应用。涧西污水处理厂的建成投产已取得了良好的生产运行效果，达到了投资经济合理、运行费用低的工程建设目的，为治理水环境、保护人类赖以生存的自然环境发挥了巨大的、积极的作用，并且已取得了明显的社会经济效益。