再生水厂的工艺设计及优化

1工程概况

某城镇再生水厂总服务流域面积约5km2，日处理总规模6万m3(分期建设，其中一期工程为4万m3，二期工程为2万m3)，再生水厂以处理生活污水为主，工业废水量约占总处理水量的30%。再生水厂总投资20200万元。总占地面积8．367ha，其中一期占地面积5．916ha。项目计划2016年10月建成投产。再生水厂主体规模按近期设计，预留远期工程条件;一级处理构筑物按远期设计，设备按近期设计，预留远期条件;二级生化处理构筑物和设备按近期设计，预留远期条件。本文在考虑再生水厂进水稳定性、灵活性及节能降耗方面，对原方案中的工艺流程及方案进行了优化，优化后的方案运行稳定、灵活、可操作性强、运行成本低。

2设计进出水水质及去除率

根据对现状污水水质监测情况，参照邻近和当地污水处理厂进水水质，确定该再生水厂进水水质。根据对该项目尾水受纳水体功能类别、再生水供水范围及水质要求等综合分析，确定再生水厂出水水质指标。具体设计进出水水质及去除率见表1。

3原工艺流程

项目原工艺流程采用A2/O+MBR工艺，工艺流程见图1。

4调整后工艺流程

项目调整后工艺流程采用A2/O+二沉池+高效澄清池+砂率/超滤工艺，工艺流程见图2。

5工艺流程及方案的优化

5．1增加初沉池

初沉池的主要功能是去除SS中的可沉固体物质及飘浮物质，BOD5可去除20%～30%，同时可均匀水质，便于后续生化处理。由于本项目进水SS为350mg/L，较常规污水处理厂偏高。为了有效去除部分可沉悬浮物，降低后续SS和有机污染物负荷，减少曝气系统堵塞，在生化池前增加初沉池。考虑到旱季和雨季进水水质有一定的差异，故设置初沉池超越管线，可根据进水水质灵活运行调整。

5．2优化深度处理流程

在深度处理工艺流程上，原工艺流程采用A2/O处理后，直接进入MBR膜池，在MBR产水泵的抽吸作用下，使用膜过滤的方式实现固液分离。鉴于MBR膜具有工程投资较高、运行费用较高、MBR部分日常维护工作量大、管理复杂等特点，对原深度处理工艺流程进行了优化和调整，最终将深度处理流程调整为二沉池+高效澄清池+砂滤/超滤工艺，在原工艺流程上增加二沉池+高效澄清池+砂滤工艺，确保出水水质稳定达标。增加二沉池后，将生物处理后的混合液进行固液分离，降低出水SS，减少后续辅助化学除磷加药量和减少沉淀污泥量，降低高效澄清池负荷。深度处理过滤部分以气水冲洗滤池为主，辅以外置超滤，进水水质较差时同时启用气水冲洗滤池和超滤，在确保出水水质达标的前提下尽量节省工程投资和运行费用。

5．3沉砂池的优化和调整

将原旋流沉砂池调整为曝气沉砂池，除砂效率高，且砂砾较为清洁便于后续生化处理。由于曝气沉砂池内水流呈旋转态流动，无机颗粒之间相互碰撞与摩擦频率增加，可将颗粒表面附着的有机物“剥离”，达到洗净砂砾的目的，使排除沉沙中的有机物含量低于10%。通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，保证稳定的除砂效率，受流量变化影响小。同时曝气沉砂池还具有一定的除油功能。

5．4生化反应池(A2/O)优化和调整

A2/O生物池作为生化处理的主要构筑物，是再生水厂的核心部分，其设计和运行的优劣直接关系到全厂的出水水质能否稳定达标。为此，对原A2/O处理工段进一步分析、论证和优化调整。在原方案基础上增加一级缺氧和好氧，即每组生物池分为6个区，按水流方向依次为预缺氧区、厌氧区、缺氧区1、好氧区1、缺氧区2和好氧区2，各功能区之间设置隔墙分隔，以保持各区内相对稳定的生化反应环境及稳定的水力推流状态，同时可避免进水及回流污泥发生短流现象。采用多级A2/O型设计，可强化生物脱氮和生物除磷，确保氨氮、总氮在生化池去除，以及最大限度生物除磷，减少化学除磷药剂量和化学污泥量。水力停留时间增加，有效池容增加约10%，改善了生化池的处理效果，除磷脱氮处理效果明显。

5．5储泥池的优化和调整

将原有常规储泥池调整为污泥斜板浓缩储泥池。污泥浓缩采用侧向流斜板浓缩池，对剩余污泥进行快速浓缩处理，这类池型在类似的污水处理工程中应用良好，不仅水力停留时间短，有效避免了磷的释放，而且可将污泥含水率降至97%以下，污泥减量明显(污泥减量4～5倍)，有利于污泥后续深度脱水处理。

5．6污泥脱水设备的优化和调整

将原有离心浓缩脱水一体机优化为高干度隔膜压榨机，深度脱水后成为块状污泥，运输方便。原方案浓缩脱水一体机脱水后污泥含水率为80%，脱水后污泥量为68m3/d;调整后的高干度隔膜压榨机脱水后污泥含水率为60%，脱水后污泥量为34m3/d，较调整前减少1倍，污泥减量化及由此带来的运输费用和处置费用大大降低。

5．7消毒工艺的优化和调整

原消毒工艺采用普通自动型高效复合二氧化氯发生器制备二氧化氯进行消毒。结合污水处理厂运行经验，对消毒剂消毒效果、运行成本、运营管理、附属设施建设等进行了综合分析，考虑次氯酸钠具有“高效、高速、广谱、无毒、无害、无残留物污染，运输、储藏更安全，操作管理更简便可直接购买成品”等优点，确定消毒工艺采用次氯酸钠。

6厂区总图布置的优化和调整

通过对工艺流程及方案的优化和调整，结合厂区总平面图应遵循的原则，本项目重点从占地面积、功能分区、远期预留及近远期衔接、工艺流程顺畅等方面对原总图方案进行了优化和调整，调整后的总图方案功能分区明确，生产工艺布局合理、生产管理方便、连接管线简洁、交通顺畅。调整前后厂区布置总图见图3。图3厂区总图布置调整前后对比图7结论通过对工艺流程、方案及厂区总图的优化和调整，本项目调整后工程总投资较原方案增加约600万元，增加幅度为3%。耗电量由原方案的年耗电量929．4万kWh降低至813．68万kWh，每年可节约电费70万元，节约电费约13%。污泥减量效果明显，最终出厂泥饼或泥块含水率由80%降为60%，污泥量由68m3/d降为34m3/d，由此带来的运输费用和处置费用降低近1倍。在再生水厂和污水处理厂的建设中，应从全寿命周期成本出发，综合考虑工程投资、运营成本、节能降耗和减排、运营维护管理及运行稳定性和灵活性，并加大对前期方案的论证，保证建设方案技术可行、经济合理、可操作性强等，为今后的运行维护奠定良好的基础，产生良好的环境效益、社会效益和经济效益。

作者:赵文莉 单位:中铁第五勘察设计院集团有限公司