1、工程概況

某鎮區污水處理廠目前已完成三期工程建設，污水處理能力為15×104m3/d，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準與廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時段一級標準中較嚴者。該鎮區面積85.09km2，常住總人口49.05萬人，目前已形成以牛仔服裝、汽車、摩托車及其零部件為主的三大支柱產業，并初步形成產業聚集和組團發展。隨著區域內人口的增多和大型企業的引進，現有污水處理能力已飽和，本次啟動污水處理廠四期擴建工程，設計規模5×104m3/d，出水主要指標COD、BOD5、NH3-N、TP執行《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）Ⅳ類標準，其余指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準與廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）第二時段一級標準中較嚴者。

設計進、出水水質見表1。

該污水處理廠四期擴建工程于2019年8月完成主體竣工驗收，并完成通水及聯動試車。目前污水處理廠運行穩定，污水處理達標率100%。

2、工藝選擇

2.1 強化預處理工藝

本項目的服務對象包括富士康等工業企業，企業事故排放會造成沖擊負荷以及有毒有害物質的超標排放，對污水廠的安全穩定運行具有較大影響。對于沖擊性負荷或者有毒有害物質，通常在預處理端設置強化處理工藝。本工程結合實際進水水質，分別對水解酸化和混凝初沉兩種強化預處理工藝進行比較。

水解酸化在中高濃度的工業廢水處理中得到廣泛應用，經常作為厭氧工藝的前處理工藝，起到預酸化作用，提高厭氧反應器的處理效率。但在市政污水領域，水解酸化工藝很少使用，主要原因是水解酸化屬于生化處理，需要消耗有機物，中高濃度的工業廢水含有足夠的碳源，不存在碳源不足問題。市政污水通常BOD5濃度不高，碳源不足，如果采用水解酸化將加劇碳源不足，使得后續反硝化脫氮需要補充更多碳源，增加資源消耗。

混凝初沉池是集混凝反應與沉淀于一體的污水處理構筑物，可在混凝劑的作用下，使污水中的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，將沖擊負荷中的部分SS和有毒有害物質分離，既能高效降低SS、色度等水質指標，又能去除多種有毒有害污染物。

考慮到水解酸化的局限性，本工程采用混凝初沉作為強化預處理工藝，以便更有效地應對沖擊性負荷或者有毒有害物質，更好地保護后續生化處理系統。

2、二級生物處理

結合本項目的實際情況，以及污水排放標準逐漸趨嚴的大背景，污水處理的主體工藝需要滿足以下原則：

①脫氮除磷性能優越，尤其是脫氮性能無法通過化學方式彌補，生化系統自身的脫氮效率極為重要；

②系統脫氮性能有較大提升潛力，滿足未來可能的更高TN排放標準；

③本項目為PPP項目，投資、運行費用需適中；

④機械設備少，運行簡單，維護需求少。

立項階段對改良A2O、改良Bardenpho工藝及廣東地區常用的A/A/O微曝氧化溝工藝進行了比選，三種工藝處理效果都可達標，但從目前的的研究和實際應用來看，在同等條件下改良Bardenpho工藝系統反硝化更徹底，其出水氨氮和硝酸鹽氮的濃度要明顯低于改良A2O和A/A/O微曝氧化溝工藝，其較高的脫氮效率更容易滿足未來更高的TN排放標準，對碳源利用效率高，節約碳源投加量，混合液內回流比較低，節約了回流電耗，運行費用更低，運行簡單，易維護。因此，推薦采用改良Bardenpho工藝。

2.3三級深度處理

污水廠的二級處理出水濁度低，屬于低濁水，水中雜質濃度低，微粒尺寸小且顆粒分布均勻，不利于顆粒碰撞絮凝，常規混凝沉淀的絮凝反應慢，生成的絮凝體（礬花）粒徑小、松散、質量小，不易沉降。

考慮到二級處理出水的水質特點，選用上升流速較大、占地面積小、綜合投資省、運行穩定的粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池作為集約三級深度處理工藝，在保證處理效果滿足要求的前提下，縮短處理流程。

2.4 人工濕地

本項目尾水作為河道的生態補給水，為了穩定出水水質，減少污水廠出水對受納水體的負面影響，末端采用人工濕地穩定處理工藝。

各種類型人工濕地在建設投資成本、占地面積、運行管理、景觀效果、單位面積日處理水量、凈化效果等方面存在一定差異，為達到相近處理能力，比較如下：

①投資建設成本，垂直潛流人工濕地>水平潛流人工濕地>表面流人工濕地；②占地面積，表面流人工濕地>潛流人工濕地；

③運行管理，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

④人工痕跡，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

⑤單位面積日處理水量，潛流人工濕地>表面流人工濕地；

⑥凈化效果，潛流人工濕地>表面流人工濕地。

實際應用中應因地制宜選擇適宜的人工濕地或幾種人工濕地的組合。對于本工程，采用垂直潛流人工濕地更為適宜，其原因在于：①單獨使用表面流濕地所需要的土地面積將非常大，不符合土地利用現狀和功能規劃；②垂直潛流人工濕地占地面積較小、污染物去除效果好、衛生環境好，符合本工程高標準出水的水質要求。

2.5 工藝流程

污水、污泥處理工藝流程見圖1。

3、核心單元設計

3.1 混凝初沉池

混凝初沉池用于應急處理，去除污水中超標SS、重金屬等，正常狀態可超越。

設混凝初沉池1座，設計規模5×104m3/d，變化系數1.39，內分2組。混合3min，絮凝15min，表面負荷7.95m3（/m2·h），構筑物尺寸（L×B×H）=29.20m×25.25m×6.90m。主要設備：混合攪拌器2臺，槳葉直徑1.2m，N=11kW；絮凝攪拌器2臺，葉輪直徑2.5m，N=7.5kW；刮泥機2臺，D=13m，N=0.37kW；剩余污泥泵2臺，Q=52m3/h，H=50kPa，N=3kW；備用污泥泵2臺，Q=52m3/h，H=50kPa，N=3kW；回流污泥泵2臺，Q=21~52m3/h，H=50kPa，N=3kW；斜板填料安裝面積262m2，斜板斜長1.2m，管內徑80mm，安裝角度60°。

3.2 改良Bardenpho生化池

改良Bardenpho生化池由預缺氧、厭氧、缺氧、好氧、后缺氧、后好氧等部分組成。預缺氧段：反硝化去除回流污泥中的硝態氮，增強除磷效果；厭氧段：生物除磷；缺氧段：利用污水中的碳源將好氧段處理后的硝態氮還原成氮氣，完成脫氮，同時，BOD5下降；好氧段：氧化有機物，硝化；后缺氧段：利用內源呼吸的內碳源或者外加碳源，進一步進行反硝化反應；后好氧段：確保生物池出水有機物的控制。

設改良Bardenpho生化池2座，單座設計規模2.5×104m3/d，變化系數為1.39，污泥負荷為0.073kgBOD5（/kgMLSS·d），污泥濃度為3500mg/L，污泥齡為16d，總停留時間為16.3h，其中預缺氧0.5h、厭氧1.5h、缺氧5.5h、好氧6.0h、后缺氧2.0h、后好氧0.8h，內回流比100%～300%，氣水比5.5∶1，有效水深7m，構筑物尺寸（L×B×H）=56.20m×45.50m×8.00m。

主要設備：雙曲面攪拌器2臺，D=2.5m，N=4.0kW，安裝于預缺氧段；低速潛水推流器2臺，D=2.1m，N=5.5kW，安裝于厭氧段；低速潛水推流器4臺，D=2.5m，N=7.5kW，安裝于缺氧段；低速潛水推流器2臺，D=1.8m，N=5.5kW，安裝于后缺氧段；高速潛水攪拌器1臺，D=0.64m，N=7.5kW，安裝于后好氧段；微孔曝氣器2938個，D=0.3m，Q=4m3（/個·h）。

3.3 粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池

粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池由粉末活性炭接觸吸附池、混凝反應池、加砂絮凝池、沉淀池等組成，用于進一步強化去除COD、SS、TP。

設粉末活性炭吸附加砂混凝澄清池1座，設計規模5×104m3/d，變化系數1.39，內分兩組。粉末活性炭吸附接觸池停留時間17min，混凝反應池停留時間3min，加砂絮凝池停留時間7.5min，沉淀池表面負荷33.8m3（/m2·h），粉末活性炭投加量30mg/L，微砂投加量分別為2mg/L（不投加粉末活性炭時）、5mg/L（投加粉末活性炭時）。

3.4 垂直潛流人工濕地

垂直潛流人工濕地用于進一步去除污染物，穩定出水水質，保證生態補水的安全，同時兼顧景觀效果。遵循生態自然凈化、經濟合理、低維護、避免生物入侵的原則。

垂直潛流濕地總占地面積14791.3m2，其中有效種植面積12511m2，設計水力負荷3.9m3（/m2·d），濕地床層深1.2m，填料平均孔隙率0.4，水力停留時間0.15d。潛流濕地水生植物種植類型以凈化能力強、根系發達的蘆葦、香蒲為主，觀賞性植物再力花、美人蕉為輔。人工濕地共分16個濕地單元，每個單元設計處理水量3125m3/d。

配水系統：潛流濕地共劃分為16個單元，并聯運行，通過主配水渠連接，主配水渠總長321.75m，凈寬2.0m，渠深2.1m，有效水深1.6m。每個單元面積800m2，采用管道系統配水，為了減小單元格前后配水孔水頭差，采用枝狀配水系統，設主配水管、次配水管和穿孔配水管，主配水管DN300，次配水管DN200，穿孔配水管DN80，因配水管暴露于空氣中，為降低管道老化速率，延長管道使用壽命，采用PE管，穿孔配水管間距3.0m，孔徑15mm，開孔間距200mm，孔口朝下，交錯布置。

集水系統：16個濕地單元通過集水渠連接，集水渠總長321.75m，凈寬1.2m，渠深1.8m，每個單元采用枝狀管道系統，設主收水管和穿孔集水管，主收水管DN300，穿孔集水管DN100，穿孔集水管與穿孔配水管垂直交錯布置。集水管采用PE管，穿孔集水管間距3.0m，孔徑20mm，開孔間距200mm，孔口朝下，交錯布置。

濾床系統：本工程位于華南地區，年平均氣溫較高，濕地床層按1.2m設計，共分3層，由上到下依次為種植層、過渡層和承托層，各層厚度分別為0.4、0.5和0.3m。種植層填料粒徑8～15mm、過渡層填料粒徑20～35mm、承托層填料粒徑35～60mm，填料的選擇因地制宜，碎石填料便宜且來源廣泛，為提高潛流濕地填料對污染因子的去除效果，在上層碎石填料中增加一定比例的沸石填料，上層填料中碎石與沸石比例按體積比2∶1進行混合，中層填料中碎石與陶粒的比例按體積比1∶3進行混合，底層填料作為承托層選用來源廣泛的碎石。

抗滲設計：底部采用土工膜進行防滲，土工膜為非織造復合土工膜，厚度不小于1.5mm，幅寬不小于6.5m。

4、工程驗收及運行效果

本工程于2019年8月底完成調試，竣工環保驗收合格，至今已運行1年多，污水處理監測結果如表2所示。可見，出水穩定、可靠，各項指標都明顯優于設計標準，其中人工濕地出水的COD、BOD5、NH3-N、TP已達到地表Ⅲ類水質標準，人工濕地對COD、BOD5、NH3-N、TP的去除率分別為50.2%、46%、53.3%和46.7%。

表2是在未使用混凝初沉池及粉末活性炭的情況下的運行效果，本工程設置的混凝初沉池及投加粉末活性炭均作為事故進水時應急處理的備用措施，實際正常運行并未使用。

5、經濟分析

本工程總投資3.1億元，工程費用2.58億元，其中污水廠2.12億元（含20×104m3/d污水處理產生的污泥的脫水干化，污泥干化含水率≤40%），人工濕地0.46億元，污水處理成本2.36元/m3，運行成本1.84元/m3，電耗0.49kW·h/m3。

藥劑使用量：混凝初沉池投加液體商品PAC溶液（含Al2O310%），投加量為45mg/L（應急投加），PAM投加量為0.5～1mg/L（應急投加）；粉末活性炭吸附加砂澄清池投加液體商品PAC溶液（含Al2O310%），投加量為58～138mg/L，PAM投加量為0.5～1mg/L，粉末活性炭投加量30mg/L（應急投加），微砂投加量分別為2mg/L（不投加粉末活性炭時）、5mg/L（投加粉末活性炭時）。

6、結論

工程實踐表明，采用曝氣沉砂+混凝初沉+改良Bardenpho+粉末活性炭吸附加砂混凝澄清+紫外消毒+人工濕地處理生活污水，具有良好的處理效果，能夠有效應對水質波動，穩定出水水質。