平顶山市第二污水处理厂工艺设计及施工图讲解新9.7

平顶山市第二污水处理厂工艺设计及施工图讲解
一、平顶山市第二污水处理厂工艺设计
1、平顶山市排水现状、规划
1）排水现状
城市中心建成区内已形成较为完整的雨污分流系统，雨水排放结合市区南北高，中间低，排入湛河及其支流。

污水管网形成以湛南区、湛北区两大排水区域，以湛北路、湛南路污水主干管，依地势自西向东把污水送入第一污水泵站，经提升后进入第一污水处理厂。

第一污水处理厂设计规模为25万吨，2000年完成一期15万吨，2005年完成二期10万吨。

目前改造运行28万吨。

新城区污水处理厂设计规模为6万吨，2010年完成一期3万吨，2015年底完成二期3万吨。

2)排水工程规划
第一百一十二条排水体制
规划城市排水体制为雨污分流制排水体系。

第一百一十三条污水量预测
规划预测污水排放量60万立方米/日，全部污水进城市污水处理厂进行处理。

第一百一十四条污水厂建设
新建一座污水处理厂，位于东片区南部，沙河北堤附近，规划规模远期为20万立方米/日。

新城区污水处理厂，位于平郏公路西侧湛河北岸，主要对西部新城区污水进行处理，远期扩容规模为20万立方米/日。

第一百一十五条污水管网规划
污水管线布置在铁南区、东区、东南工业区、河山区、开发区、行政区、文教
区、科技居住区、西北工业区等九个污水排水分区内，东区与东南工业区共用一套排污系统，其余各自形成系统。

第一百一十六条雨水工程规划
规划形成湛北区、湛南区、南区、东南区、开发区、行政区、文教区、科技居住区、西北工业区等九个雨水排水分区。

其中，湛北、湛南两区的雨水均沿干管分散排入湛河，管网已基本形成。

其他分区雨水排入湛河或其支流月台河、煤泥河。

2、工程规模
1）水量预测
根据平顶山市排水现状及规划，大致可将平顶山划分为以下区域。

第一个服务区域为城区南部即第二污水处理厂服务范围。

服务范围为：神马大道与湛南路以南，光明路以东，南三环路以北，神马路以西，服务面积约29.6km²，规划服务人口约为30万。

近期服务范围被平舞铁路分为东、西两部分。

平舞铁路以西范围是：神马大道以南，光明路以东，南二环路以北，平舞铁路以西；平舞铁路以东范围是：湛南路以南，平舞铁路以东，南三环路以北，神马路以西。

近期服务面积约为14.6km²，规划服务人口约为10万。

方法一：根据该区域内的规划人口、用水量指标等预测污水量，详见下表。

根据单位人口用水量指标预测污水量表表1
方法二：根据该区域内的规划用地、用水量指标等预测污水量，详见下表。

根据单位用地需水量预测污水量表表2
2）工程规模
2012年污水量为5万吨/日。

2020年污水量为15万吨/日。

3、设计进出水质
设计进水水质（mg/L）表3
污水处理厂设计出水水质表4
温度条件：<12°时去括号内数。

4.工艺流程
4.1.工艺方案选择原则
污水处理工艺市污水处理厂的关键，处理工艺的选择是否得当，直接关系到处理厂出水水质，运转是否稳定、运转成本的高低和管理的难易程度。

因此，必须结合实际情况慎重的选择适当的工艺。

在污水处理厂工艺方案确定中，将遵循以下原则：
1）技术成熟，处理效果稳定，保证在确定的进水水质的前提下出水水质达到预定的排放标准。

2）基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的利益。

3）运行管理方案，运转灵活，并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处理构筑物的处理能力。

4.2 污水生物处理工艺的确定
4.2.1 进水水质特点分析
1）污水的可生化性
污水生物处理是以污水中所含污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物被降解，污水得以净化的一种最经济实用同时也是首选的污水处理工艺。

对污水可生化性的判断是污水处理工艺选择的前提。

BOD3和COD是污水生物处理过程中常用的两个水质指标，BOD3/COD值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的传统方法。

一般情况下，BOD3/COD 值越大，说明污水可生物处理性越好。

目前国内外多按照表5中所列的数据来评价污水的可生物降解性能。

污水可生化性传统评价数据表5
本工程污水处理厂进水水质BOD3/COD=0.38，属于较易生物降解水质范畴。

2）碳氮比
碳氮比是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标，由于反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，在不投加外来碳源条件下，污水中必须有足够的有机物（碳源），才能保证反硝化的顺利进行。

一般认为，BOD3/TN≥4时，才可认为污水中碳源刚刚满足反硝化细菌利用。

本工程设计水质TN为4mg/L,BOD3/TN=3.75，碳源不算很充足，另外根据一厂2007-2009年的统计资料BOD3/TN比值小于4占据很大比例，为了充分利用污水中的碳源以减少运行成本，在工艺选择上，考虑增加缺氧段的停留时间，以达到较为理想的总氮去除效果，另外增加部分外加碳源以确保碳源不足时的TN的去除率。

4.2.2 辅助碳源的确定
目前，国内常用的外加碳源有以甲醇、乙酸和乙酸盐为主的低分子有机物。

由于不同的碳源被反硝化菌利用的难易程度和快慢程度不同，下面将结合我院在其他项目上的研究成果。

从去除单位硝态氮所需要的外加碳源的量、外加碳源的反硝化速率、碳源的优缺点以及价格成本来比较分析不同外加碳源。

1）投加量
不同外加碳源去除单位硝态氮所需要的投加量表6
由表6可知，甲醇、乙酸、乙酸钠去除单位硝态氮所需要的投加量以甲醇量最低，乙酸和乙酸钠以COD计相差不大。

2）优缺点
甲醇、乙醇、乙酸以及乙酸盐不同碳源的相对主要优缺点简单归纳如表7。

3)价格成本
外加碳源的价格成本从低到高依次为甲醇、乙酸、乙酸钠。

综合考虑不同外加碳源投加量，主要优缺点、价格成本的因素，本工程采用有当地生产、普遍应用较多的甲醇作为辅助外加碳源。

不同碳源的优缺点表7
4.2.3 生物处理工艺方案的确定
二级强化处理在国内外应用最为广泛，其类型亦较多，如：各种氧化沟法、曝气生物滤池（BAF）、A-B法、A²/O法、改良 A²/O法、A N O法、A P O法、SBR 和UNITANK等。

各种工艺具有各种不同的特点，适用于不同的处理目的。

根据本工程进水水质特点和所要求的处理程度，本工程选择卡鲁塞尔氧化沟工艺和
A N O工艺两种典型的活性污泥法处理工艺进行经济技术比较。

1）方案一：卡鲁塞尔氧化沟工艺
卡鲁塞尔氧化沟工艺的主要技术特色如下：
（1）采用表面曝气机进行曝气，使水流在沟道能够快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达500-1000次，可同时进行有机物的氧化降解和氮的硝化、部分反硝化，并可有效的去除污水中的磷。

（2）污水进入氧化沟后，可以得到快速的有效的混合，具有完全混合型曝气池的特点，缓冲稀释能力强，耐流量、浓度的冲击负荷能力强，出水水质好而且
稳定。

（3）可以通过改变曝气机的转速和曝气机运行台数等多种手段来调节总体供氧能力，使池内溶解氧值经常控制在最佳值，保证系统稳定、经济、可靠的运行。

（4）采用机械设备种类少且设备均在池上部，维护维修量小，从而可降低运行维护成本，由于水下没有固定的设备，因此对生物处理单元的检修量大大减少，即减少每年的检修时间，从而而可以处理更多的污水，更好的保护环境。

（5）工艺流程简单，管理简便，运行较稳定，经验多，可省去鼓风机房和曝气管道系统。

（6）耗电量稍大。

2）方案二：A N O工艺
A N O工艺即缺氧/好氧生物脱氮工艺，进水及来自沉淀池的外回流污泥进入缺氧段，微生物利用进水中的有机物去除回流污泥中的硝酸盐氮（包括内外回流）。

其技术特色如下：
（1）工艺流程具有较好的除磷脱氮效果，工艺运行稳定性好，出水水质好。

（2）运行管理经验成熟。

（3）耗电量稍省。

（4）好氧、缺氧独立设置，系统可操作性强，可严格控制出水水质。

（5）处理构筑物较多，设备的种类较多。

通过可行性研究报告的技术经济数据比较可知本工程中方案一较之于方案二具有如下优点：
1）投资省。

2）总投资及运行费用低（包括折旧等）。

3）处理效果好而且稳定，不仅可满足BOD5 和SS的去除，而且具有很高的除磷脱氮效果。

4）对不同进水水质条件和出水要求的适应性较强。

5）污泥沉降性好，无污泥膨胀问题，出水水质好，并具有较高耐冲击负荷能力。

根据可研批复，并考虑到，平顶山市污水净化公司运行管理的第一污水处理厂为氧化沟工艺，为了减少设备种类，运行管理方便，经综合权衡效益代价比，
确定第二污水处理厂采用卡鲁塞尔氧化沟处理工艺。

4.3曝气设备的选择
用于氧化沟的曝气设备多常用的有转刷、转碟、曝气搅拌机、各种表曝机等等，本工程选用动力效率高、有使用经验的曝气搅拌机。

该类型设备的主要特点为：
1）对环境影响小，由于采用水面以下曝气，运行噪音低，没有异味和飞沫；
2）运行稳定，维护少；
3）维修简单方便，减少操作人员的劳动强度；
4）多种安装方式，采用桥式安装，便于检修；
5）极高的充氧效率，经过雾化器可以将气泡和水体混合产生2mm左右的气泡，极小的气泡可以使设备得到极高的充氧效率。

4.4污水深度处理工艺的确定
城市污水深度处理的目的是进一步去除污水中经二级处理后剩余的污染物质，深度处理工艺的选择取决于二级出水的水质和所需达到的水质标准。

二级处理出水中污染物质为有机物和无机物的混合体，有机物包括细菌、病毒、藻类及原始生物等。

不论是有机物还是无机物，根据她们存在于污水中的颗粒大小又可分为悬浮物（>1μ）、胶体（1mμ～μ）和溶质（<1 mμ），一般来说通过过滤可以去除1μ以上的颗粒，为去除胶体和溶质，可通过混凝来加大胶体、溶质的粒径，使之进一步得到去除，最终使出水水质达到设计要求。

本工程采用氧化沟工艺的出水水质所含的悬浮物浓度较低，根据以往设计经验，方案实际可采用“混合-直接过滤”的微絮凝过滤处理工艺方案。

4.4.1混合方案技术比较
混合是混凝的前提，混合效果的好坏直接关系到后序的混凝效果。

原水中投加混凝剂后，应立即瞬时强烈搅动，在很短的时间内（10～60s）内，将药剂均匀分散到水中。

次过程使所有胶体颗粒几乎在瞬间完成脱稳与凝聚，故也称初级混凝过程。

混合是取得良好絮凝效果的先决条件，也是节省投药量的关键。

近年来，随着水处理技术的提高，为确保出水水质，混合设备的选用得到了普遍的重视。

管式静态混合器于一般水力混合设施相似，系利用水力产生混合条件，其搅
拌强度常随着水利条件的改变而改变，要求具有一定的管内流速。

当水量发生变化时，如果管内流速过低，将降低混合效果，同时管式静态混合器水头损失较大。

机械搅拌快速混合的主要优点是混合效果好，配置调速电机后可随水量变化而调节搅拌机转数，不受水量变化的影响，可适用于各种不同规模的再生水厂，水头损失小。

其缺点是增加了机械设备，相应带来了维修工作量的增加。

本工程为减少水头损失进而减少处理厂耗能以及适应类来水的较大变化，故本工程优选采用机械搅拌混合设备。

2）混凝剂的选择
常用的絮凝剂和化学除磷剂以硫酸铝和三氯化铁、硫酸亚铁混凝剂为例，金属盐与水中的磷酸盐反应可以表示如下：
硫酸亚铁混凝：3Fe²﹢＋2PO4³﹣=Fe₃(PO4)2↓
三氯化铁混凝：
主反应：Cl₃＋PO4³﹣→FePO4↓+3Cl﹣
副反应：2FeCl₃+3CA(HCO₃)₂→2Fe(OH) ₃+3CACl₂+6CO₂
硫酸铝混凝:
主反应：Al₂(SO4) ₃.14H₂O+2PO4³﹣→2AlPO4↓+3SO4²- +14H₂O
副反应：Al₂(SO4) ₃.14H₂O＋6HCPO₃﹣→2Al(OH) ₃↓+3SO4²-+14H₂O 可见，铁盐和铝盐均能与磷酸根离子（PO4³﹣）作用生成难溶性的沉淀物，通过去除这些难溶性沉淀物去除水中的磷。

除磷率不同，相应的投加量也不同。

4.4.2滤池技术比较
过滤是回用水处理工艺中最为重要的一道工序，用以除去原水在混凝沉淀后的残留絮体和杂质。

本工程对常用滤池中的活性砂过滤器和V型滤池进行分析比较。

活性砂过滤器
活性砂过滤器是一种集混凝、澄清、过滤为一体的高效过滤器，它不需停机反冲洗；采用单级滤料，无需级配，没有水力分布不均和初滤液等问题；不需要反冲洗水泵及其停机切换电动、气动阀门；无需单设混凝、澄清池，无需混凝、澄清用机械设备。

因此占地面积更紧凑，运行费用更经济。

原水通过进水管进入过滤器内部，并经布水器均匀分配后向上流通过滤料层
并外排。

在此过程中，原水被过滤，水中的污染物含量降低；同时石英砂中污染物的含量增加，并且下层滤料层的污染物含量高于上层滤料。

位于过滤器中央的空气提升泵在空压机的作用下将底层截留有污染物的石英砂提至过滤器顶部的洗砂器中清洗，清洗后返回滤床，同时将清洗产生的污染物外排。

由于石英砂滤料在过滤器中呈自上而下的运动状态，对原水起搅拌作用，因此搅拌絮凝作用可在过滤器内完成。

由于过滤器内滤料清洁及时，可承受较高的进水污染物浓度。

活性砂过滤器特殊的内部结构及其自身特点，使其混凝、澄清、过滤可在同一个池体内全部完成。

综合上述，活性砂过滤器具有以下特点：
（1）效率高，24小时连续工作，不需停机反冲洗，不需反冲洗阀门和备用过滤器。

（2）运行费用低，不需高扬程大流量的反冲洗泵，而且可采用TIS、LIS
等方式的间歇洗砂方式，进一步降低运行费用。

（3）维护费用低，活性砂过滤器在运行过程当中除石英砂滤料外没有任何转动部件，故障率低，维护费用省。

（4）一次性投资低，不需单设混凝池、澄清池等设施，不需反冲洗泵和电动、气动阀门等设备，工程量小，一次性投资省。

（5）水头损失少，由于采用了单级滤料且滤料清洁及时，因此活性砂过滤器水头损失很少，大约0.5-1m。

（6）进水水质要求宽松，可长期承受高浓度SS进水水质冲洗而出水水质不变。

（7）过滤效果好，出水水质稳定，滤料清洁及时，可保证高质、稳定的出水效果，无周期性水质波动现象。

（8）易于改扩建。

活性砂过滤器所采用的单元操作方式可根据水量变化灵活增加或删减过滤器数量，易于改扩建。

（9）砂层的厚度较大，而且能够连续冲洗，因此相对一般的砂率可采用更高的滤速。

4.5 污水化学除磷工艺
根据污水处理厂的进出水水质情况，所选用的工艺应具有除磷脱氮的功能，而进水中总磷仅为3mg/L，不是很高，通过微生物细胞的生长繁殖再辅以过滤达到出水标准没有问题。

所以，本工程污水除磷主要以生物除磷为主，同时辅以化学除磷的工艺，确保出水的磷浓度在排放标准以内。

本设计将凝聚剂和化学除磷药剂统一投加，不单独设除磷药剂投加点，投药点设在生物池后的机械快速混合池，在该池内完成胶体脱稳和磷酸盐沉淀物的生成。

出水进水滤池进行微小絮体和磷酸盐微粒的分离，进一步降低污水的浊度和COD、BOD5及TP浓度。

为提高系统运行的灵活性，考虑在二级处理出水水质较好时其出水可超越深度处理沉淀池直接过滤的可能性，系统设置必要的超越管，并在生物池出水堰前设置备用加药点。

运行时可视具体情况采用不同的工况来运行，实现系统的经济运行，降低药耗、电耗，节约成本。

4.6 消毒工艺
污水经深度处理后，水质已经得到改善，但处理水中仍含有大量的致病细菌和寄生虫卵。

根据国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的要求，污水处理厂必须进行消毒处理。

目前国内常用的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒等。

三种消毒方式性能比较表表8
平顶山市第二污水处理厂工艺流程示意图
细格栅及曝气沉砂池
沉淀池→中间提升泵房
来自污水
收集管网
粗格栅及进水泵房 甲醇投放间 储泥池 加药间 机械混合池 活性砂滤池
污泥外运
（污泥外运至平顶山市污 脱水机房 紫外消毒渠 沙河 泥处理厂进行无害化处理） 出水排放
4.7 除臭系统
随着国家排放标准的提高，对污水厂废气排放的标准也相应会有所提高，所以在本期工程内增设除臭系统设计。

污水处理厂的预处理构筑物部分包括粗格栅间、进水泵房、细格栅间、曝气沉砂池和污泥处理部分包括污泥浓缩脱水机房是主要的气味源，应对以上构筑物进行臭气处理。

同污水处理一样，恶臭的处理方法也有很多。

从处理类型来分，有物理法、化学氧化法、活性炭吸附法、生物法。

生物除臭法是二十世纪五十年代后期发展起来的新方法，其中常见为生物过滤法。

其原理是使收集到的废气在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体（填料），气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程。

该法处理效果好，二次污染及所需设备相对较少，能耗及维修费用相对较低，在反应过程中对温度、湿度要求过高，反应条件较严格。

生物填料需2-5年更换一次。

考虑到生物过滤法较为成熟、投资适中，并且对环境不会造成二次污染，因此确定本次工程采用生物过滤法。

4.8 污泥处理方案论证
4.8.1 污泥量
根据污水二级生化处理工艺推荐方案，本工程污水经二级生化处理后约产生污泥8050kgDS/d。

4.8.2 污泥处理的目的
污水处理过程中产生的污泥，有机物含量较高，并且很不稳定，易腐化，含有大量病菌及寄生虫，若不经妥善处理和处置将造成二次污染，必须进行必要的污泥处理和处置。

污泥处理的目的：
（1）减少有机物，使污泥稳定化；
（2）减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；
（3）减少污泥中有害物质；
（4）利用污泥中可用物质，化害为利；
（5）减少病原菌及寄生虫的数量；
（6）作为肥料可改善土壤，不会板结。

4.8.3 污泥处理设计原则
1）根据污水处理工艺，按其产生的污泥量、污泥性质，结合当地的自然环境及处置条件选用符合实际的污泥处理工艺。

2)根据城市污水厂污泥排放标准，采用合适的脱水方法、脱水后污泥含固率大于20%。

3）妥善处置污水处理过程中产生的污泥，避免二次污染。

4）尽可能利用污泥中的营养物质，变废为宝。

5、厂址选择
（1）城镇水体下游；出水回用时，厂址应靠近用户。

（2）便于污泥的处理和处置。

（3）城镇夏季主导风向的下风侧，与敏感目标保持一定的卫生防护距离。

（4）良好的地质条件。

（5）少占农田和不占良田，留有发展余地。

（6）厂区不受洪涝灾害的影响，有良好的排水条件。

（7）方便的交通、运输、水电等条件。

平顶山市第二污水处理厂位于叶县遵化店镇霍张村与张村之间，沙河河堤北区域。

该厂址具有以下特点：
1）地势较为平坦，可以满足近远期的用地要求；
2)紧邻排水水体沙河；
3）交通较为便利，紧邻沿河大堤路及即将实施的南环路；
4）用电较为方便，在邻近处有可利用的高压电源；
5）位于污水厂服务区域内地势较低点，便于污水厂西部区域的污水收集。

6）方便区域回收，如农田灌溉、一些工业回用等等；
7）该厂址规划为市政用地。

因此，污水处理厂选址合理，同时也符合城市规划要求。

6、平面布置
1）处理构筑物与生活、管理设施分别集中布置；
2）处理构筑物按流程顺序布置，充分利用原有地形；
3）各构筑物间距离满足管线（闸阀）敷设施工要求，并使操作运行和检修方便。

4）各种管道（线）避免干扰，管道复杂时设置管廊。

5）设置超越各处理构筑物的超越管和放空管道。

6）注意产生臭气和噪声构筑物对外环境的影响。

7）道路的设置满足运输、日常操作和检修的需要。

8）厂区绿化面积大于全厂面积的30%；
9）分期建设的项目，考虑近期和远期的合理布置。

平面布置图比例1:500~1:1000；平面布置图应标出坐标轴线、风玫瑰图、处理构筑物、辅助性建筑物、主要管渠、围墙、道路及相关位置，列出构筑物和辅助构筑物一览表和工程数量表。

二污厂平面布置详见图纸。

7、高程布置
1) 概述
高程布置目的是确定各单位构筑物个泵站的高程，使污水在处理构筑物之间通畅的流动。

进水沟（管）道和出水沟（管）道之间的水位高差大于处理厂所需的总水头，不设置提升泵站；反之，设置泵站。

2）高程布置要求：
（1）尽量采用重力流，减少提升。

（2）选择距离最长、水头损失最大的流程进行水力计算，并留有余地。

（3）水力计算时，以近期流量作为设计流量；涉及远期流量的管渠和设施，按远期设计流量进行计算，并适当预留贮备水头。

（4）注意污水流程与污泥流程配合，减少污泥处理流程的提升。

（5）调节池宜采用半地下或地下式，以实现一次提升的目的。

高程布置图需表明污水处理构筑物和污泥处理构筑物的池底、池顶及水面高程，表达出各处理构筑物间的高程关系和处理工艺流程。

高程布置图在纵向和横向上采用不同的比例，横向与总平面布置图相同，可采用
1：500~1:1000，纵向为1:50~1:100。

二污厂高程布置详见图纸。

二、平顶山市第二污水处理厂施工图设计
1、构筑物设计
污水厂进水管DN1800，焊接钢管，以下是主要构筑物一览表，细部设计见施工图。

主要构筑物一览表表9
2、设备清单。