1、工程概況
南京某污水處理廠總設計規模20×104m3/d，占地約10.59hm2，污水廠服務范圍內用地性質主要是居住、商業及科研用地。其中一期工程設計規模10×104m3/d，于2008年啟動，采用旋流沉砂池+改良A2O+混凝沉淀池+纖維轉盤濾池工藝，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準后排入石頭河。隨著2015年江北新區國家級高新區的設立，區域經濟進入了發展的快車道，人口、商業的集聚和大量高新科技企業的引進，使現有污水處理能力達到飽和，為此啟動擴建工程，設計規模10×104m3/d，廠址為現狀污水廠廠區一期工程東側的規劃預留地，用地面積約3.4hm2，尾水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準，擴建完成后污水廠的總規模達到20×104m3/d。
2、設計水質
本工程設計進、出水水質見表1。
目前江蘇省除了沿太湖地區頒布了地方標準《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》（DB32/1027—2018）外，其他地區仍然執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準。根據市環保局關于鼓勵建設單位在一級A基礎上進一步提高污水處理廠處理標準，減少尾水污染物排放總量要求的回復，考慮到石頭河為長江的匯入支流，為響應長江大保護的需要，本次擴建工程出水采用一級A標準，同時在工藝設計上充分考慮具備出水水質再提升的能力。
3、工藝選擇
結合本項目實際情況，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，滿足未來可能更高的TN排放標準。
3.1 預處理工藝
一期工程采用旋流沉砂池，氣提排砂，從實際使用情況看，沉砂及排砂效果不理想，提砂管易阻塞，導致沉砂池檢修頻繁，沉砂效果不理想對后續生化池的運行也產生了不利影響。張春艷等對旋流沉砂池和曝氣沉砂池除砂效果的對比研究表明，旋流沉砂池所去除砂渣中，無機砂粒的粒徑主要集中在0.15mm以上，所占比例為96.02%，而曝氣沉砂池所去除砂渣中，無機砂粒的粒徑主要集中在0.096mm以上，所占比例為99.16%，曝氣沉砂池對粒徑為0.1mm左右和0.055mm左右無機砂粒的去除率高于旋流沉砂池。石艷玲等對曝氣沉砂池的運行效果評估表明，曝氣沉砂池具有良好的除砂、洗砂和除油功能，對后續處理工藝的影響很小，其出水到達生物池入口時溶解氧在0.2mg/L以下，對厭氧段影響甚小，曝氣對有機物的去除也十分有限，不會減少污水中的碳源�？吕宋牡扔嘘P曝氣沉砂池的預處理效果對COD去除效果的影響研究也表明，其可以有效去除黏附在砂粒上的有機污染物，不會破壞后續的厭缺氧環境。因此，與旋流沉砂池相比，曝氣沉砂池可以較好地分離污水中的有機物和無機物，排砂中的有機物含量低，可減少進水中的碳源損失，在污水廠預處理中應用廣泛。
綜上，本次擴建工程采用曝氣沉砂池，總設計規模20×104m3/d，Kz=1.30，曝氣沉砂池后設置配水井，分別向一期和擴建工程配水，原一期10×104m3/d細格柵及旋流沉砂池經檢修后作為備用保留。
3.2 二級處理工藝
根據相關研究，在A2O工藝好氧池后增加一級缺氧反應，可以使反硝化更加徹底，同時為了防止反硝化影響污泥在沉淀池的沉降，在后缺氧池后再增加一級好氧池，形成A2O-A/O工藝。羅景陽等研究發現，改良型A2O工藝中的預缺氧池有助于功能細菌的富集和代謝活性的增強，能大幅提高生化系統的硝化和反硝化速率。王舜和等在對多級AO與多模式A2O工藝在污水廠的應用對比研究中發現，多模式A2O工藝對COD、磷的去除效果占優，多級AO工藝脫氮效果占優。
一期工程二級處理采用改良A2O工藝，出水效果比較穩定�？紤]到為了應對不同的進水水質，滿足不同條件下污染物的去除需求，并具備進一步提升二級出水水質的能力，本次擴建工程二級處理采用多模式A2O工藝，其可根據進水水質及出水水質要求，靈活調整運行模式為改良A2O工藝、改良A2O-AO多級工藝。
3.3 深度處理工藝
杜創、李采芳等對反硝化深床濾池在污水廠提標中的應用效果研究表明，反硝化濾池能夠進一步提高出水水質。反硝化濾池分為上向流和下向流，上向流以反硝化曝氣生物濾池為代表，下向流以反硝化深床濾池、連續砂反硝化濾池為代表，考慮到本次反硝化濾池處在整個工藝流程的最后位置，兼具過濾作用，其出水經消毒后即排放，同時，考慮到各類反硝化濾池進水配水對碳源利用的影響，選擇下向流V型反硝化濾池，其主要針對硝酸鹽氮進行生物脫氮，對殘留的懸浮物進行截留，同時具有反硝化脫氮、除磷及去除懸浮物的功能，構造如圖1所示。
一期工程深度處理工藝采用混凝沉淀池+纖維轉盤濾池，主要去除TP和SS，其工藝自身不具備水質再提升的能力。因此，本次擴建工程深度處理需統籌兼顧一期工程的水質再提升。考慮到V型反硝化濾池的出水TN可以控制在5mg/L，分流一期5×104m3/d，使擴建工程的V型反硝化濾池處理規模設計至15×104m3/d，其高質量的出水與一期纖維轉盤濾池5×104m3/d出水混合后再排放，可控制TN在10mg/L以下，且滿足后期出水水質進一步提升的需求。
3.4 除臭工藝
考慮到高新區建設標準要求較高，污水廠周邊一定范圍內有大型居住社區，對空氣質量有較高期望和要求，因此，本工程參考相關研究采用“全過程”除臭+生物濾池除臭組合工藝，通過全過程源頭治理，加上生物濾池除臭重點強化治理，進一步優化廠區空氣環境。
3.5 工藝流程
最終確定的污水處理工藝流程見圖2。
4、核心單元設計
4.1 細格柵及曝氣沉砂池
設細格柵及曝氣沉砂池1座，設計規模20×104m3/d，Kz=1.30。設3道轉鼓式細格柵，每道格柵寬Ø2.6m，柵條間隙6mm，柵前水深1.2m，細格柵平面尺寸10.8m×9.50m，高度為1.70m。配備中壓沖洗水泵4臺（3用1備），Q=9.1m3/h，H=700kPa，N=3kW；無軸螺旋輸送機1臺，Q=6m3/h，L=11m，N=3kW。曝氣沉砂池1座，2組，水平流速0.1m/s，水力停留時間4.2min，平面尺寸31.2m×9.50m，池深5.5m。配備橋式吸砂機2臺，單臺L=3.8m，N=0.55kW；排砂潛污泵2臺，Q=20~35m3/h，H=70kPa，N=2.2kW；砂水分離器1臺，Q=27~35L/s，N=0.75kW；電動調節堰門2臺，單臺B×H=3900mm×500mm，N=1.1kW，手電兩用，不銹鋼；羅茨風機2臺（1用1備），Q=20~40m3/min，H=40kPa，N=37kW。
4.2 多模式A2O生化池
設多模式A2O生化池2座，單座設計規模5×104m3/d，分為預缺氧區（預選擇區）、厭氧區（厭氧/缺氧過渡區）、缺氧區、（缺氧/好氧過渡區）好氧區、好氧區/后缺氧區轉換區、后好氧區，其中預缺氧區、厭氧區、缺氧區上方進行混凝土封蓋，同時在混凝土頂板上方設置了30cm的綠化種植層。單座總平面尺寸75.1m×78.6m，有效水深7m，總水力停留時間19h，其中預缺氧0.5h、厭氧1.5h、缺氧5.55h、好氧10.05h、后缺氧0.7h、后好氧0.7h；混合液濃度4gMLSS/L，BOD5污泥負荷0.048kgBOD5（/kgMLSS·d）；總氮負荷0.02kgTN/（kgMLSS·d）；總磷負荷0.018kgTP/（kgMLSS·d）；污泥回流比50%～100%，混合液內回流比200%～300%；實際污泥產率0.80kgDS/kgBOD5，氣水比（6~8.64）∶1，污泥齡13.5d。在預缺氧區、厭氧區、缺氧區、后缺氧區共設置23臺雙曲面攪拌器，D=2500mm，N=5.5kW，n=34r/min；混合液內回流泵4臺（3用1備），Q=2083.3m3/h，H=10kPa，N=11kW；板條式微孔曝氣器（好氧區）380套；精確曝氣系統1套，配套10臺菱形電動調節閥、流量計及控制儀表。
4.3 二沉池
設二沉池4座，單座設計規模2.5×104m3/d，采用周進周出輻流式沉淀池，池徑40m，水力負荷0.83m3（/m2·h），最大水力負荷1.08m3（/m2·h），有效水深4.0m，停留時間4.0h。配中心傳動單管吸泥機4套，單套Ø40m，N=0.75kW，含工作橋及配套出水三角堰（不銹鋼）、浮渣擋板（不銹鋼）、擋水裙板（不銹鋼）、配水孔管擋板、排渣堰門。
4.4 高效沉淀池
設高效沉淀池2座，單座5×104m3/d，由機械混合池、機械反應池、斜板沉淀池組成，PAC投加量為60～100mg/L，PAM投加量為0.5～1mg/L。單座平面尺寸32m×24m，其中混合反應池停留時間2.3min，內置混合攪拌機1臺，D=1.8m，N=4.0kW，配變頻控制，攪拌均勻度>90%；機械反應采用3級絮凝；斜板沉淀池清水區上升流速1.3mm/s，設置1臺中心傳動刮泥機，D=21m，N=1.1kW；污泥回流泵2臺（1用1備），Q=80m3/h，H=10kPa，N=1.6kW，變頻。
4.5 中間提升泵房及V型反硝化濾池
設中間提升泵房1座，設計規模15×104m3/d，尺寸為37.88m×8.15m×8.09m，與V型反硝化濾池合建，調蓄時間15min。主要設備：潛污軸流泵5臺（3用2備），Q=2708m3/h，H=38kPa，N=55kW，變頻；快速混合攪拌器2臺，N=7.5kW，不銹鋼材質，用于投加碳源，碳源為乙酸鈉原液（濃度20%），投加量50mg/L。
設V型反硝化濾池1座，設計規模15×104m3/d，總平面尺寸57.3m×42.38m，共設8格，單格過濾面積116.2m2，正常濾速6.72m/h，強制濾速7.68m/h，最高時濾速8.74m/h，采用恒水位過濾，反沖洗周期約16h，反硝化容積負荷0.896kgN/（m3·d）。采用黏土燒結球形陶粒濾料，濾料顆粒密度1.4~1.9g/cm3，有效粒徑2.5mm，不均勻系數≤1.50，濾料厚度1.80m；承托層采用級配礫石，18mm×25mm礫石厚200mm，9mm×18mm礫石厚100mm；采用氣水聯合反沖洗，氣沖洗強度100m3（/m2·h），水沖洗強度20m3（/m2·h），單獨氣沖時間約2min，氣水聯合反沖洗時間約8~14min，單獨水沖洗時間約6~10min。設廢水池1座，池容826m3，疊于反洗風機房下方，內置廢水排污泵2臺（1用1備），Q=530m3/h，H=130kPa，N=30kW；潛水攪拌器2臺，N=4kW。清水池1座，池容468m3，內置反沖洗水泵3臺（2用1備），Q=1162m3/h，H=90kPa，N=45kW。反沖洗風機房1座，位于廢水池上方，內設羅茨風機3臺（2用1備），Q=5810m3/h，P=65kPa，N=160kW。中間提升泵房及V型反硝化濾池的平面布置如圖3所示。
4.6 除臭系統
“全過程”除臭由微生物培養系統和除臭污泥投加系統構成，在一期及擴建工程的生化池缺氧區各設置40臺培養箱，并配套空氣管路，通過生物池上的供氣管為培養箱供氣，培養箱規格Ø1200mm×2000mm，材質為碳鋼熱浸鋅防腐，單臺培養箱供氣量3~7m3/h；除臭污泥投加泵分別設置于一期及擴建污泥回流泵房內，將回流污泥回流至進水泵房前端，各配置2臺（1用1備），1臺變頻，Q＝250m3/h，H=100kPa，N=18.5kW。
擴建工程共設1套生物濾池除臭系統，負責處理細格柵及曝氣沉砂池和生化池預缺氧、厭氧、缺氧區的臭氣。細格柵及曝氣沉砂池采用不銹鋼骨架+鋼化玻璃除臭罩進行密封，面積227m2。生化池預缺氧、厭氧、缺氧區直接采用混凝土加蓋密封進行臭氣收集，密封范圍4600m2，除臭風量27000m3/h。濾池尺寸為10.5m×8m×3.3m，濾料深1.8m，設計接觸時間≥20s。配套風機Q=27000m3/h，N=45kW，P=3.5kPa；循環噴淋水泵2臺（1用1備），Q=60m3/h，H=200kPa，N=7.5kW；增濕水泵1臺，Q=30m3/h，H=200kPa，N=4kW。
一期工程生化池為敞開式設計，本次在預缺氧、厭氧、缺氧區采用玻璃鋼弧形蓋板進行密封收集臭氣。一期工程生化池共設2套生物濾池除臭系統：一套用于處理一期一組生化池的預缺氧、厭氧、缺氧區及一期污泥回流泵房的臭氣，濾池Q=20000m3/h，尺寸為10.3m×6m×3.3m，濾料深1.8m，設計接觸時間≥20s，配套風機Q=20000m3/h，N=30kW，P=3kPa；循環噴淋水泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=200kPa，N=5.5kW；增濕水泵1臺，Q=20m3/h，H=200kPa，N=3kW。另一套用于處理一期另一組生化池的預缺氧、厭氧、缺氧區的臭氣，濾池Q=18000m3/h，尺寸9.3m×6m×3.3m，濾料深1.8m，設計接觸時間≥20s，配套風機Q=18000m3/h，N=30kW，P=3kPa；循環噴淋水泵2臺（1用1備），Q=40m3/h，H=200kPa，N=5.5kW；增濕水泵1臺，Q=20m3/h，H=200kPa，N=3kW。
5、設計特點
①多模式A2O生化池。
多模式A2O生化池能夠根據進水水質變化及出水水質要求，靈活調整運行模式，可以兼顧強化脫氮除磷及除碳要求：針對目前進水BOD5濃度低、C/N比約2.35的現狀，在碳源不足、進水TN高的情況下，為了降低外加碳源消耗，實現低碳運行，通過多點進水，強化二級脫氮，按改良A2O-A/O方式運行；在進水水質達到或超過設計水質的情況下，為降低能耗，按改良A2O方式運行。
②V型反硝化濾池。
a.采用生物陶粒濾料，有效粒徑為2.5mm，比表面積大，可獲得更高的生物濃度及更大的滯留能力，延長過濾周期。V型反硝化濾池的生產運行表明，其具有良好的反硝化去除TN能力，反硝化所需的C/N比平均為4.25，TN去除率達到了70%，同時適量的碳源投加不會增加出水COD。b.濾池主體結構與V型濾池相同，進水采用V型槽淹沒配水，克服了常規深床濾池進水配水跌水造成碳源無效消耗的問題，可實現低碳運行。c.V型濾池在水處理中應用廣泛且成熟，大大縮短了運行人員的適應期，有利于工程應用的大面積推廣。
③“全過程”除臭+生物濾池除臭組合工藝。
采用臭氣源頭系統治理加上局部重點強化除臭組合工藝，能夠大大減少池面除臭加蓋面積，除臭效果良好。對污水處理廠廠界上風向10m范圍內及下風向周界外10m范圍內的空氣質量監控點的長期監測數據顯示，氨的濃度范圍在0.01～0.05mg/m3、硫化氫的濃度范圍在未檢出～0.001mg/m3、臭氣濃度<10，均滿足并優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）及《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）中污水處理廠廠界廢氣二級標準。
6、運行效果及技術經濟分析
本工程于2019年10月底完成調試和竣工環保驗收，至今已運行2年多，污水處理監測結果見表2�？梢�，出水各項指標都達到并優于一級A標準，除TN外，其余指標已達到地表水Ⅲ類標準。同時，因二級生物處理效果較好，目前深度處理V型反硝化濾池僅起過濾作用。
項目總投資39896.14萬元，其中工程費用34993.72萬元，單位運行總成本1.44元/m3，單位經營成本1.06元/m3。實際運行中次氯酸鈉藥耗為0.037kg/m3、聚合氯化鋁PAC藥耗為0.040kg/m3、電耗為0.28～0.30kW·h/m3。
7、結論
本工程污水處理采用曝氣沉砂池+多模式A2O+高效沉淀+V型反硝化濾池+次氯酸鈉消毒工藝，處理效果良好。該工藝可滿足當前出水水質要求，而且具備水質進一步提升的潛力，可用于污水廠新建、擴建及改擴建工程中。（來源：南京市市政設計研究院有限責任公司）
