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本文作者：靳云輝張學(xué)兵周建忠程鵬作者單位：中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院

工藝流程

由于規(guī)劃的布吉污水處理廠場(chǎng)地狹長(zhǎng)偏窄且不規(guī)則，實(shí)際用地面積又十分緊張，設(shè)計(jì)中污水處理工藝的選擇尤為重要。選擇的污水處理工藝不但需運(yùn)行效果好，還需占地比較省。通過對(duì)多種工藝比較分析，確定采用“曝氣沉砂池+YBAS生化池+雙層平流式二沉池+D型纖維濾池+紫外線消毒”為主體的三級(jí)污水處理工藝，布吉污水處理廠工藝流程圖見圖1。

雙層平流沉淀池工作原理

二次沉淀池設(shè)在生物處理構(gòu)筑物（活性污泥法或生物膜法）的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥，是生物處理系統(tǒng)的重要組成部分。沉淀池按池內(nèi)水流方向的不通，可分為平流式沉淀池、輻流式沉淀池和豎流失沉淀池。本工程沉淀池設(shè)在HYBAS生化池之后，采用雙層平流沉淀池。雙層平流沉淀池類似于平流沉淀池，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定平流沉淀池水深不宜超過4.0m，沉淀區(qū)尺長(zhǎng)不宜大于60m，長(zhǎng)深比不宜小于8，為解決這一問題，就出現(xiàn)了雙層平流沉淀池，它是將平流沉淀池分為平行的上下兩層（相當(dāng)于將兩座平流沉淀池上下疊加），上下層池體的中間隔板既是上層池體的底板又是下層池體的頂板；每?jī)筛癯恋沓刂g下部聯(lián)通，設(shè)有導(dǎo)流墻。上下層池體平行獨(dú)立進(jìn)水、獨(dú)立出水。進(jìn)水渠內(nèi)污水通過設(shè)于渠道底部的每格沉淀池的進(jìn)水孔進(jìn)入堰前分水區(qū)，為保證進(jìn)入上下層池體流量相同，在分水區(qū)通過設(shè)等長(zhǎng)分水堰使污水分別進(jìn)入雙層沉淀池上下層池體；通過分水堰后的污水，進(jìn)入配水室，然后經(jīng)配水穿孔花墻流入沉淀區(qū)。在沉淀區(qū)，污水完成固液分離，上清液通過出口堰流入出水槽，匯集后進(jìn)入出水總渠，再進(jìn)入下一級(jí)污水處理單元處理。出水堰上下層池體獨(dú)立設(shè)置，出水槽上下層池體共用。上下層池體的池底坡度相同，以保證排泥效果和池底刮泥機(jī)的正常運(yùn)行。鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)通過鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈帶裝有刮板，沿池底緩慢移動(dòng)，速度約1m/min，把上下層污泥緩緩?fù)迫朐O(shè)于進(jìn)水區(qū)的污泥斗。上下層池體鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)共用一套刮泥機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝于上層池體頂板上，不但維護(hù)方便，還可以保證上下層池體刮泥機(jī)同步運(yùn)行。當(dāng)鏈帶刮板轉(zhuǎn)到水面時(shí)，又可將浮渣推向出口堰前的浮渣撇渣管，防止上清液將浮渣帶入出水槽，影響出水水質(zhì)。泥斗中污泥通過回流污泥泵回流至生化池，剩余的污泥通過剩余污泥泵排至污泥脫水系統(tǒng)貯泥池。

雙層平流式二沉池工藝設(shè)計(jì)

二次沉淀池有別于其它沉淀池。首先，在作用上有其特點(diǎn)，它除了進(jìn)行泥水分離外，還進(jìn)行污泥濃縮，并由于水量水質(zhì)的變化，還要暫時(shí)貯存污泥。其次，進(jìn)入二次沉淀池的活性污泥混合液在性質(zhì)上也有其特點(diǎn)?；钚晕勰嗷旌弦壕哂袧舛雀撸?000～4000mg/L）、有絮凝性、質(zhì)輕、沉速較慢等特點(diǎn)，沉淀時(shí)泥水之間有清晰的界面，屬于成層沉淀。絮凝體結(jié)成整體共同下沉，初期泥水的沉速固定不變。由于活性污泥的質(zhì)輕，易被出水帶走，并容易產(chǎn)生二次流和異重流現(xiàn)象，使實(shí)際的過水?dāng)嗝孢h(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的過水?dāng)嗝?，因此設(shè)計(jì)平流式二沉池時(shí)，最大允許的水平流速應(yīng)比初次沉淀池的小一半，出口堰常設(shè)在離池末端一定距離范圍內(nèi)；此外出口堰的長(zhǎng)度要適當(dāng)增加，使單位堰長(zhǎng)的出流量不超過5～8m3/(m.h)。

1基本設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）設(shè)計(jì)規(guī)模布吉污水處理廠雙層平流式二沉池設(shè)計(jì)規(guī)模為20×104m3/d，峰值系數(shù)KZ取1.3。（2）表面水力負(fù)荷根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定，城市污水在活性污泥法后的二次沉淀池表面水力負(fù)荷取值為0.6～1.5m3/（m2•h），同時(shí)參照日本類似地下污水處理廠工程表面水力負(fù)荷的取值，本工程二次沉淀池平均流量和峰值流量時(shí)的表面水力負(fù)荷分別如下：平均流量時(shí)表面水力負(fù)荷：0.90m3/（m2•h）。峰值流量時(shí)表面水力負(fù)荷：1.20m3/（m2•h）。

2分水區(qū)和配水區(qū)設(shè)計(jì)

沉淀池沉淀效果的好壞，進(jìn)水分配的均勻性是決定因素之一，同時(shí)雙層沉淀池上下層池體的進(jìn)入流量是否均衡，也與進(jìn)水分配有關(guān)。本工程上下層池體采用等長(zhǎng)分水堰進(jìn)水，分水堰前設(shè)有分水區(qū)，分水區(qū)長(zhǎng)寬尺寸為2.2×6.9m；分水堰總長(zhǎng)度為6.4m，分為三段，其中中間段分水堰長(zhǎng)度為3.2m，兩邊分水堰長(zhǎng)度各為1.6m；污水進(jìn)入分水區(qū)后，通過中間分水堰進(jìn)入上層池體配水區(qū)，通過兩側(cè)分水堰進(jìn)入下層池體配水區(qū)；進(jìn)入上下層池體的偃上水頭均為0.15m。上層池體污水通過分水堰進(jìn)入上層池體配水區(qū)，然后進(jìn)入導(dǎo)流柵。上層池體配水區(qū)為梯形擴(kuò)散區(qū)域，寬度大小由3.2m漸變?yōu)?.65m。下層池體污水自分水堰先進(jìn)入導(dǎo)流區(qū)（位于上層配水區(qū)下部），為不影響上層池體排泥，導(dǎo)流區(qū)污水通過一根DN800鋼管穿過污泥斗上部進(jìn)入下層配水區(qū)，然后進(jìn)入導(dǎo)流柵；為避免上層池體排泥對(duì)下層池體配水區(qū)的擾動(dòng)，在下層池體配水區(qū)前設(shè)置擋泥裙板；下層池體配水區(qū)長(zhǎng)寬尺寸為1.9×6.65m。導(dǎo)流柵采用配水孔板，孔眼大小Φ100，上下層池體均采用同一尺寸配水孔板；孔板大小為6.65×3.35m，共設(shè)置20×9排，180個(gè)圓孔。過孔流速為0.08m/s，過孔水頭損失為0.01m。

3沉淀區(qū)設(shè)計(jì)

（1）池長(zhǎng)根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）沉淀區(qū)尺長(zhǎng)不宜大于60m，考慮場(chǎng)地條件限制，故沉淀池總長(zhǎng)度取73.5m，其中上層沉淀區(qū)長(zhǎng)度60m，實(shí)際有效沉淀長(zhǎng)度59.4m；下層沉淀區(qū)長(zhǎng)度55.4m，實(shí)際有效沉淀長(zhǎng)度55.0m。（2）池寬參照日本類似地下污水廠的取值，綜合考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)跨距為6～9m及鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)的寬度因素，故單格沉淀池跨距取7.5m，共分兩組，每組六格，兩組之間設(shè)6m寬度的中心通道及中心管廊。考慮到沉淀池結(jié)構(gòu)壁厚及沉淀池后端出水槽的影響，故上層單格沉淀區(qū)實(shí)際有效寬度為6.45m，下層單格沉淀區(qū)實(shí)際有效寬度為7.10m。（3）沉淀面積根據(jù)沉淀池池長(zhǎng)池寬的實(shí)際有效值，上層單格沉淀池沉淀面積為383.13m2，下層單格沉淀池沉淀面積為390.50m2；故單格沉淀池沉淀面積為773.63m2，該工程總沉淀面積為9283.56m2。（4）表面水力負(fù)荷復(fù)核根據(jù)沉淀池實(shí)際總面積，反算沉淀池實(shí)際表面水力負(fù)荷如下：上層池體平均流量時(shí)表面水力負(fù)荷：0.91m3/（m2•h）。上層池體峰值流量時(shí)表面水力負(fù)荷：1.18m3/（m2•h）。下層池體平均流量時(shí)表面水力負(fù)荷：0.89m3/（m2•h）。下層池體峰值流量時(shí)表面水力負(fù)荷：1.16m3/（m2•h）。（5）沉淀池深綜合考慮沉淀時(shí)間、生化池深度、場(chǎng)地地質(zhì)情況及施工難度等多個(gè)因素后，沉淀池尺深取值如下：沉淀池下層池體污泥層厚度0.7m，緩沖層厚度0.3m，水深2.8m；下層和上層池體之間的中間隔板厚度為0.5m；上層池體污泥層厚度0.7m，緩沖層厚度0.3m，水深2.8～3.4m；沉淀池超高0.7m，水面以上梁高1.0m；故沉淀池總高為9.3～10.3m，污泥斗位置最深處為14.5m。（6）沉淀時(shí)間復(fù)核除去進(jìn)水區(qū)、污泥層厚度，排泥斗、二次澆灌混凝土及池內(nèi)設(shè)備所占空間，每格沉淀池有效總?cè)莘e約為2320.9m3，十二格沉淀池總?cè)莘e約為27660；故該工程沉淀池實(shí)際沉淀時(shí)間約為2.57h。

4出水區(qū)設(shè)計(jì)

采用三角形出口堰出水，上層池體的上清液通過上層池體兩側(cè)出口堰直接出水流入出水槽；下層池體的出水較為復(fù)雜，上清液通過池體兩邊的預(yù)留孔洞流向出口堰，然后進(jìn)入出水槽。預(yù)留孔洞一邊位于上部池體與結(jié)構(gòu)墻體之間，大小為5200×600mm，共5.5個(gè)；另一邊位于兩格沉淀池之間導(dǎo)流墻的上部空隙，大小為5200×1100，共5.5個(gè)。單格沉淀池上層池體出口堰堰長(zhǎng)64.2m，平均流量時(shí)出口堰負(fù)荷1.30L/（m•s），峰值流量時(shí)出口堰負(fù)荷1.95L/（m•s）；單格沉淀池下層池體出口堰堰長(zhǎng)57.0m，平均流量時(shí)出口堰負(fù)荷1.68L/（m•s）；峰值流量時(shí)出口堰負(fù)荷2.19L/（m•s）。峰值流量時(shí)出口堰負(fù)荷大于《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定的出口堰負(fù)荷1.69L/（m•s），但根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及出水水質(zhì)資料表明，出水水質(zhì)完全滿足要求。

5排泥與排渣設(shè)計(jì)

該工程雙層平流沉淀池采用非金屬鏈條刮泥刮渣機(jī)，集泥采用梯形斷面泥斗，排渣采用電動(dòng)管式撇渣機(jī)。鏈?zhǔn)焦文喙卧鼨C(jī)工作原理如下：裝在鏈條上的刮板和鏈條一起在水面和池底之間緩慢地循環(huán)往復(fù)移動(dòng)，當(dāng)刮板位于池底時(shí)刮泥，將池底沉泥沿水流反方向緩慢推入泥斗中；當(dāng)刮板位于水面時(shí)刮渣，將浮渣沿水流方向緩慢推向撇渣管；刮泥和刮渣均由程序自動(dòng)控制運(yùn)行。該工程上下層池體均設(shè)置刮泥刮渣機(jī)，且上下層池體刮泥刮渣機(jī)共用一套驅(qū)動(dòng)裝置，其中下層池體刮泥刮渣機(jī)僅起刮泥作用。共采用12套刮泥刮渣機(jī)，寬為5.05m，驅(qū)動(dòng)功率1.5kW，行進(jìn)速度0.4~0.8m/min，連續(xù)運(yùn)行。每格沉淀池設(shè)一污泥斗，接納上下層刮泥機(jī)帶來的沉淀底泥，根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定活性污泥法處理后的二次沉淀池污泥區(qū)容積，宜按不大于2h的污泥量計(jì)算。本工程中加上沉淀池底部的污泥層容積，污泥區(qū)容積按1h的污泥量計(jì)算；泥斗設(shè)計(jì)尺寸如下：上部尺寸為6.65×5.50m，下部尺寸為2.0×3.15，深為4.16m；為便于污泥滑入泥斗，泥斗坡度取67度。電動(dòng)管式撇渣機(jī)共設(shè)置12套，每套直徑為Φ250mm，長(zhǎng)度為6.95m，每套撇渣管配套相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置。每?jī)尚r(shí)撇渣一次，同時(shí)撇渣格數(shù)按最不利兩格考慮，程序自動(dòng)控制運(yùn)行，浮渣經(jīng)撇渣管進(jìn)入浮渣井，通過浮渣泵提升至預(yù)處理浮渣分離器。

運(yùn)行效果分析

布吉污水處理廠工程于2011年2月建成，2011年3月正式投入運(yùn)行。根據(jù)2011年3～10月份進(jìn)、出水水質(zhì)報(bào)表，該工程運(yùn)行實(shí)測(cè)進(jìn)、出水水質(zhì)及其處理效果見表2。由表2可知，該污水處理廠工程采用的改良A2/O+雙層式平流沉淀池+纖維濾池的三級(jí)處理工藝運(yùn)行情況優(yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，污水處理合格率達(dá)100％，有效地減少了排入河道的污染物，保護(hù)周邊水環(huán)境。采用的雙層平流式沉淀池不但運(yùn)行穩(wěn)定，有效地保證了出水水質(zhì)，還有效地節(jié)省了工程建設(shè)用地。本工程實(shí)際用地指標(biāo)僅為0.29m2/（m3•d-1），遠(yuǎn)小于《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo)[2001]77號(hào)）》中同規(guī)模污水處理廠占地指標(biāo)（0.75m2/（m3•d-1））。

結(jié)語(yǔ)

相對(duì)一般平流沉淀池，雙層式平流沉淀池不僅占地面積省，同時(shí)還具有表面水力負(fù)荷大、沉淀效果好等優(yōu)點(diǎn)。在城市污水處理廠擴(kuò)建或升級(jí)改造工程中，尤其在地下污水處理廠工程中，雙層式平流沉淀池具有明顯優(yōu)勢(shì)，可與生化池、曝氣沉砂池的池體深度有效結(jié)合起來，減少基坑開挖和土建工程投資。