1、.郑州市马头岗污水处理厂 UCT 工艺的设计1、工程概况郑州市马头岗污水处理厂是郑州市继王新庄污水处理厂、五龙口污水处理厂后的第三座污水处理厂。近期(2010 年)设计规模 30 万 m3/d，污水总变化系数K=1.3，远期设计规模 60 万 m3/d，服务面积约 92. 3km2。本次设计只考虑近期，预留远期用地。目前一期工程正在建设中。郑州市位于淮河流域上游，上游对于淮河的污染影响着整个淮河流域的水环境质量。马头岗污水处理厂的二级出水直接排放到贾鲁河，贾鲁河是淮河的二级支流，其水体经沙颖河流入淮河。因此，马头岗污水处理厂的建设对改善淮河水质有着重要的意义。2、工程设计2.1 工艺的选择马头
2、岗污水处理厂的出水水质在满足城镇污水处理厂污染物排放标准( GB 18918-2002) 二级标准的基础上，结合国家淮河流域污染治理的需要适当提高。具体进出水指标及排放标准见表 1。表 1 设计进出水水质及相关标准C/N、 C/P 的比值是影响生物除磷脱氮的重要因素。一般来讲，只有C/N 4 时反硝化才能正常运行；生物除磷工艺，要求 C/P20。在普通 A2/O 工艺中，回流污泥中的硝态氮会优先夺取污水中易降解的有机物，对生物除磷造成不利影响。本工程进水 C/P=31.4、C/N=2.75，碳源略显不.足。尤其在设置初沉池的情况下，进入二级处理的 C/P 比值将进一步降低。对于污水 C/P 比
3、值低的情况，有机物易降解组分本来就不多，这时回流污泥中的硝态氮对除磷的干扰就越发突出，因此降低回流污泥对除磷的影响成为选择处理工艺的一个关键。而 UCT 工艺恰恰能很好地解决这一矛盾。所以经过工艺比选最终决定采用 UCT 处理工艺。UCT 工艺是 A2/O 工艺的变种，更好地解决了硝态氮对除磷的不利影响，特别是对于 C/N、C/P 比值不高的污水，更能显示工艺的优越性。其工艺流程见图 1 。图 1 马头岗污水处理厂工艺流程2.2 各单元设计参数2.2.1 粗格栅及进水提升泵房进水提升泵房由进水前池和集水池组成。进水管为 d 2400mm 的混凝土管，在提升泵房的总入口处设置一矩形速闭闸，在厂内
4、两路电源发生故障时，可以靠重力自动关闭。在进水前池内设置了 6 道栅条间隙为 20mm、栅宽为 1.5m 的钢丝绳牵引式格栅除污机。在集水池内设置进水提升泵，提升泵采用潜水排污泵，共设 7 台潜水泵(5用 2 备，其中 1 台库房备用，土建设计为 6 个泵位) 。2.2.2 细格栅、沉砂池、进水计量槽细格栅采用转鼓细格栅，共设置 7 套，转鼓直径 1.8m，栅条间距 6mm。沉砂池采用比氏旋流沉砂池，共设置 4 座，直径均为 6m，停留时间 58s。当其中 1 座发生故障时，其余 3 座可保证承担全部负荷，停留时间为 43s。提砂采用气提的方式，罗茨鼓风机和砂水分离器的配置采用与沉砂池一对一的
5、布置方式。另外在沉砂池出砂管与砂水分离器之间设置气液隔离罐，利于砂水分离。.进水计量设置 4 条巴氏计量槽，单座喉口宽 1m，设置超声波流量计计量。为提高计量精度，选用成品玻璃钢材质作为流槽。2.2.3 初沉池全厂共设 4 座直径 40m 的中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。表面水力负荷为 3.23m3/(m2h)，停留时间 1.24h，池边有效水深 4.3m，超高 0.3m。采用单条集水渠双侧三角堰出水，在内侧设置浮渣挡板和浮渣斗。刮泥机为半桥式周边传动刮泥机，单机功率 4kW。2.2.4 UCT 反应池考虑马头岗污水处理厂收水系统内的实际污水量已经接近设计规模，故反应池按 36 万 m3/
6、d 规模进行校核设计。全厂设 4 组 UCT 反应池，厌氧池总池容 36480m3，缺氧池总池容39600m3，好氧池总池容 153400m3(其中机动段为 28950m3)，总池容为229480m3。设计产泥系数 0.91，缺氧池和好氧池的 MLSS 为 3g/L，厌氧池 MLSS 为1.8g/L，校核流量时泥龄 12d(不包括厌氧泥龄)，其中缺氧泥龄为 2.4d，好氧泥龄为 9. 6 d。设计水温 12，有效水深 6m。二沉污泥回流比 50%100%，缺氧到厌氧的回流比为 150%，好氧到缺氧的回流比为 150%。全厂剩余污泥量为 39585kg/d (30 万 m3/d 时)，校核流量时
7、为 47502 kg/d。总供气量为 110800 Nm3/h，校核流量时气水比为 7.61。单组反应池设备设置如下：厌氧池和缺氧池为循环流池型，厌氧池内设直径 2.2m 的低速推进器 8 台，单机功率 3kW，缺氧池内设直径 2.2m 的低速推进器 8 台，单机功率 4kW。好氧池为推流式池型，其中机动段安装 8 套直径650mm 的高速搅拌器，单机功率 5kW，安装方向与水流方向相反，同时安装橡胶膜微孔曝气器 1 757 套，直径 300mm，单盘曝气量 3m3/h。好氧段中安装刚玉微孔曝气器 9618 套，直径 300mm，单盘曝气量 3m3/h。曝气器采用渐减曝气的布置方式。5 个廊道
8、大致比例为15% 25% 25%20% 15%。其中好氧区每条廊道设置单独的空气管道，便于空气量的细致调节，达到节能的效果。缺氧池到厌氧池的回流采用潜水轴流泵，设置 3 台，单台流量 1875m3/h，扬程 1 m，电机功率 15kW。好氧池到缺氧池的回流也采用潜水轴流泵，设置 3台，单台流量 1875m3/h，扬程 1m，电机功率 15kW。进水点设置了 3 处，外回流点设置 2 处，好氧回流点设置 2 处，所有多配水点的输送均采用渠道的方式配水，设置配水可调堰，通过各堰门的不同组合，可调成不同功效的处理工艺。.2.2.5 鼓风机房全厂设 1 座鼓风机房，内设 8 台带有隔音罩的单级高速离心
9、鼓风机(6 用 2备)，单机风量 20000Nm3/h，风压为 0.72bar(1bar=0.1MPa)，电机功率 500 kW。鼓风机进气的取风口设计为高位取风，距室外地面 12m，同时每台鼓风机又设置了 1 套卷帘过滤器，过滤器的过气量 Q=25000m3/h，压降小于 0.02bar，功率0.55kW。鼓风机采用油冷却。设计在侧墙设置了 8 套轴流风机，在屋顶设置了 4 套屋顶风机，通过强制对流通风的方式对室内进行换风。2.2.6 污泥泵房全厂设 4 座回流、剩余污泥泵房，与反应池一一对应。每座泵房设 4 台污泥回流泵，采用潜水轴流泵，单台流量 940m3/h，扬程 6m，电机功率 16
10、kW。开启 2 台泵时，回流比为 50%；3 台泵时，回流比为 75%；启 4 台泵时，回流比为 100%。每座泵房设 1 台剩余污泥泵，采用潜污泵，单台流量 96m3/h，扬程 14m，电机功率 6kW。全厂冷备用 1 台剩余污泥泵。在泵房前池内设 1 台潜水搅拌器，防止污泥沉淀，搅拌器的功率为 3kW，叶轮直径 400mm。2.2.7 二沉池全厂设 8 座直径为 45m 的二沉池，分为 2 组。采用周边进水、周边出水的辐流式沉淀池。表面水力负荷为 1.28m3/(m2h)，池边水深 4.5m，超高 0.5m。单条集水渠单侧三角堰出水，在内侧设置浮渣挡板和浮渣斗。吸泥机为半桥式周边传动单管吸
11、泥机，单机功率 0.55kW。2.2.8 消毒单元采用紫外消毒的方式，紫外线穿透率65%，有效剂量16000Ws/cm 2 (灯管达到寿命末期时) 。2 条渠道，安装 2 个模块组，每个模块组含有 32 个模块，每个模块 8 根灯管，共 512 根灯管。采用低压高强紫外灯管，单根灯管的功率为 250W。2.2.9 出水计量采用管道计量的方式，d2200mm 的管道，设置出水计量井 1 座，内设可测非满管流的超声波流量计 1 套。2.3 污泥流程中各单元设计参数污泥处理的流程如下：污泥(含水率 99.2%)经过机械浓缩后(含水率 96%) 与初沉污泥(含水率 96%) 混合，混合后的污泥( 含水
12、率 96%) 经消化池进行厌氧.稳定，消化后的污泥(含水率 96.7%) 经机械脱水后(含水率 80%) 进入污泥储罐集中装车外运。全厂干污泥产量为 92085kg/d。其中：泥 52500kg/d，含水率为 96%，体积为 1312.5m3/d；余污泥 39585kg/d，含水率为 99.2%，体积为 4948m3/d。2.3.1 初沉污泥泵房初沉池的排泥方式为间歇排泥，单池每天排泥时间 68h。全厂设置 2 座初沉污泥泵房，每座泵房对应 2 座初沉池。每座泵房内设两台污泥单螺杆泵( 1用 1 备) ， 单台流量 108m3/h，出口压力 2kg/cm2，电机功率 15kW。2.3.2 污泥
13、浓缩脱水机房(1)浓缩系统。污泥浓缩采用 5 套螺压式污泥浓缩机(4 用 1 备)，单机处理量100 m3/h，每天工作 16h，电机功率 3.5kW。每套浓缩机分别配套 1 台进料泵和1 台出料泵。进出料泵均选用单螺杆泵。进料泵单泵流量 Q= 80 100m3/h，出口压力 2kg/cm2，电机功率 15kW。出料泵单泵流量 Q=1520m 3/h，出口压力 2kg/cm2，电机功率 5.5kW。絮凝剂选用 PAM，按 4gPAM/kgDS 计算，配药浓度 0.2%，药液经二次稀释至 0.1%。(2) 脱水系统。消化后的污泥脱水采用 4 套离心式污泥脱水机(3 用 1 备)，单机处理量 70
14、m3/h，每天工作 12h，电机功率 140kW。每套脱水机配套 1 台进料泵。进料泵选用单螺杆泵，单泵流量 Q=5080m 3/h，出口压力 4kg/cm2，电机功率 18.5kW。絮凝剂选用 PAM，按 5gPAM/kgDS 计算，配药浓度 0.5%，药液经二次稀释至 0.1%。2.3.3 污泥储罐本工程共设 4 座钢筋混凝土污泥储罐，每天脱水后污泥(含水率 80%)量约为 350m3，停留时间 24h，单座污泥储罐体积为 114m3。污泥储罐下部泥斗斜壁水平倾角取 55。下设一直径为 1m 的液压刀闸，出料口距地高度为 4m，污泥可直接装车。2.3.4 污泥消化系统污泥消化采用二级中温消
15、化，工作温度为 3335，搅拌采用沼气搅拌方式。一级消化池加热、搅拌；级消化池不加热、搅拌。全厂共设 5 座圆柱形消化池，其中 4 座一级消化池，1 座二级消化池。一级消化池污泥停留时间为 24d，二级消化池污泥停留时间为 6d。单座消化池直径 31m，柱体高度 18.5m，单池有效容积 13800m3。.污泥中有机物含量按 60%计，有机物分解率按 40%计算，每千克污泥产气量取 0.85m3(0.751.1) ，平均产气量 18785m3/d，平均小时产气量 782.7m3/h；值产气量 26400m3/d，平均小时产气量 1100m3/h。沼气利用优先发电，发电余热回收用于消化池的加热，
16、同时设置沼气锅炉，作为消化池加热的备用热源。当发电的余热不足以加热消化池时(运行初期或冬季时，冬季产气低、消化池耗热量大) ，调整发电机的运行台数，启动沼气锅炉，优先保证消化池的加热。沼气发电依据就近使用原则，主要用于污泥浓缩脱水机房、污泥控制室内的用电设备。全厂设置发电机 4 台，单台发电功率 500kW，根据季节和产气量调整发电机投产台数。设置沼气锅炉 4 套(3 用 1 备)，单套锅炉 1100kW(热量)。沼气利用见图 2。图 2 污泥消化系统流程3、计特点(1)初沉池和二沉池的浮渣挡板水下部分大于等于 300mm。有效防止栅渣从栅渣斗落入水时从水下进入集水槽，影响处理效果。(2)反应
17、池的优化布置。UCT 反应池的几何池型采用完全混合式和推流式相结合的流态布置。对于厌氧区和缺氧区采用完全混合循环流，对于机动区和好.氧区采取推流式。此种布局可有效避免厌氧区和缺氧区的沉泥问题，同时保证了混合搅拌的效果。(3)考虑进水 SS 较高，有必要设计初沉池，但考虑到初沉池的设置，势必加剧进入反应池的碳源不足，设计适当缩短了沉淀时间，同时考虑超越初沉池的管道，必要时污水可超越初沉池直接进入反应池。(4)同时根据水质水量的变化，季节的不同可以调整为四种不同的处理工艺，从而保证在不同的环境条件下既有构筑物能达到最佳的运行工况。在夏季水温较高时，硝化及反硝化速率大大提高，可调整曝气池的机动区作为
18、缺氧区，使反硝化反应更为彻底，降低出水总氮，避免二沉池污泥上浮。在冬季水温低，可调整曝气池的机动段作为好氧区，增加好氧区容积，使硝化更充分，保证出水水质。运行工况的调节见表 2。表 2 不同工艺下的调节堰门的开启状态(5)污泥厌氧消化产生的沼气全部利用，设计结合季节变化对沼气产生的影响，制定冬、夏季不同的利用技术路线。4、计中的难点及解决方案(1)本工程厂址位于机场附近，区域内分三个限高区，分别为25m、20m、12m。这给总图布置带来了一定的难度。设计中结合场地的限高的范围，总图布置在工艺流程顺畅的前提下，充分利用高度，将消化池设置在25m 的限高区，降低消化池的埋深，节省投资。(2)脱水后的污泥在厂内存储问题一直是处理厂设计的一个难点，本工程也不例外。通过多方案对比。本次设计成钢筋混凝土污泥储罐，将脱水机直接放.在污泥储罐的顶板之上，取消了脱水后污泥输送的环节，此种设计在国内污泥处理处理厂中尚属首次
