一、工程概況
株洲南部區域主要工業廢水和生活污水未經處理就近排入楓溪港，污染湘江水源。為解決該區域污水排放，滿足城市經濟和人口快速增長需求，需新建污水處理廠。
本市污水水質特點是濃度較低，但會在短時出現較高值，且出水執行GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準(以下簡稱一級A標準)，規劃污水廠出水作為再生水利用，對污水處理工藝和對水質處理能力提出更高要求。另外工程分近、遠期建設，在工藝選擇上，需考慮占地面積、工藝段布置問題。綜合考慮株洲市同類廢水處理效果及工藝運行經驗，深度處理工藝采用斜管沉淀池-活性砂過濾組合處理工藝方案。斜管沉淀池是一種高效、緊湊、靈活的污水處理工藝，活性砂過濾是集絮凝、澄清、過濾和生化處理功能為一體的連續運行處理工藝。
二、設計水質及工藝流程
2.1 主要設計進、出水水質指標
以株洲市水質特點為參考，本工程設計進水水質指標如表1所示，出水水質滿足一級A標準。
2.2 深度處理工藝特點
斜管沉淀池把一系列與水平面成一定角度的管狀組件(斷面為六角形)置于池底，水流從下往上或從上往下流動，顆粒則沉于斜管底部。當顆粒積累到一定程度，利用重力滑下，清水上升到池頂通過出水堰流向后續構筑物，污泥則在池底通過穿孔排泥管收集，排入污泥系統。各區分布詳見圖1。處理過程利用層流原理，增加沉淀面積、縮短顆粒沉降距離、截留速度小，從而減少沉淀時間。水流為層流，更接近理想沉淀池。與相同面積的平流沉淀池及澄清池相比，增加沉淀面積，提高處理能力和水質效果。
活性砂過濾作為一種連續砂過濾系統，含有原水過濾和濾料清洗2個獨立且同時進行的過程。活性砂過濾系統過濾水頭小、能耗低、維護費用低，沖洗與過濾同時進行，無需反沖洗;濾料清潔及時，承受沖擊負荷能力強，可保證高效、穩定的出水效果，無周期性水質波動現象。
2.3 深度處理工藝流程
基于該片區污水特點及回用要求，采用斜管沉淀池-活性砂濾池組合處理工藝。斜管沉淀池結合格柵、攪拌器，去除較大懸浮物質、SS、TP。活性砂濾池進一步去除SS及其他污染物質，工藝流程見圖2。二沉池出水先通過孔板格柵，再進入攪拌池，在機械攪拌器的作用下，通過投加混凝劑，使微小的膠體顆粒、懸浮固體逐步脫穩，聚集形成較大的絮體顆粒，在斜管沉淀池內提高沉淀效率。通過渠道污水進入活性砂濾池進一步去除SS及其他污染物質，濾池出水經紫外線消毒后排放。
三、深度處理區主要構筑物設計參數
3.1 斜管沉淀池
斜管沉淀池為異向流形式，平面尺寸11.7m×6.35m，斜管間距30~40mm，表面水力負荷15.4m3/(m2•h)。在斜管空間內，水與顆粒物逆向流動分離，水通過斜管實現淺層沉淀。清水自下而上流出出水槽，流向后續活性砂過濾工藝處理；污泥則通過斜管面下沉到渾水區底部積泥區沉淀，通過排泥管排入污泥處理系統。
3.2 砂濾池
池體采用現澆鋼筋混凝土結構，內凈尺寸20.95m×11.8m，底板頂埋深4.75m，結構高6.25m。活性砂濾池并聯設計，峰值系數1.48，設備為成套裝置，包括32套連續流砂過濾器，分為8個獨立過濾單元，通過管道配水，匯水渠統一出水后排入消毒池。每個單元均可單獨進水和單獨出水。
3.3 空壓機房
空壓機房采用磚混結構，設空壓機2臺(1用1備)、冷干機1套。空氣控制柜通過空氣壓縮系統壓縮空氣，再通過PP材質空氣軟管與過濾器頂部連接。位于過濾器中央的空氣提升泵在空壓機作用下，通過壓縮空氣，將底層臟砂提升至過濾器頂部洗沙器中清洗，清洗后實現砂水分離，濾料回落到砂床上，清水匯入出水渠。
3.4 加藥間
加藥間采用磚混結構，投加液態PAC，平面尺寸15.9m×9.0m。設加藥計量泵2臺(1用1備)。鑒于運行中直接在反應池中投加藥劑，導致斜管沉淀池排泥不暢，且出現翻泥現象。這可能與加藥量的多少、投加位置、斜管沉淀池沉淀時間長短等因素有關。污水廠運行人員通過技術研究，在污泥泵房處加藥，投加到二沉池前端，在一定程序上改善翻泥現象，節約藥劑。
四、運行效果
本工程已于2018年4月正式運行，出水水質均穩定達到排放標準。為了判斷深度處理對于排放水質的影響，本文以二沉池出水作為該組合工藝的進水水源，從2008年3月到2019年3月進行實時監測。該工藝的各項進出水指標見圖3~圖7。
深度處理前進水SS濃度為17~26mg/L，出水SS濃度為1~2.5mg/L，SS的去除率達到87%~93%，表明此工藝對于顆粒物具有明顯的去除作用，是SS達標的重要保障。二沉池出水COD濃度、BOD5濃度均已達到一級A相關標準，經過深度處理后，COD濃度、BOD5濃度都有不同幅度的下降(20%~45%)，分別達到14mg/L、1mg/L，此結果表明前序工藝對COD及BOD已經有較好的去除作用，深度處理作用有限;結果也表明該組合工藝以去除污水中懸浮狀態顆粒有機物等大分子物質為主，對通過絮凝及活性砂過濾對難降解的小分子有機物的去除效果不明顯。
由圖6可知，該廠二沉池出水經斜管沉淀池-活性砂過濾工藝處理后，除2018年3月份出現波動外，出水氨氮濃度范圍為0.33~1.81mg/L，優于排放標準，由于此月污水廠剛開始運行，效果尚不明顯。因本廠污水采用化學組合工藝，對氨氮去除效果有限，僅為20%~30%。若采用生物去除氨氮，可能會達到更好的去除效果。
由圖7可知，該污水廠二沉池出水經組合工藝處理后，出水TP值為0.27mg/L左右，達排放標準，TP去除率為17%~35%，該組合工藝對TP去除效果不明顯，可能是因為運行中調整在污泥泵房加藥，通過二沉池絮凝沉淀處理，已去除一部分TP。
五、技術經濟分析
本項目投資2.57億元，年運行成本1519.45萬元，噸水運行費用1.66元，每噸水耗電指標0.33kW•h。斜管沉淀池占地面積小，由于該段工序延長污染物在池內反應時間，在保障處理效果的同時，其藥劑消耗量低于常規沉淀池，投加藥濃度為10mg/L左右，低于設計值(濃度20%的PAC)。活性砂濾池集混凝、澄清和過濾工藝為一體，逆流沖洗過程反復循環工作，實現高效過濾，與V型濾池等常規工藝相比，具有設備簡單、占地小、裝機功率低等優勢，可進一步減少土建投資及后續安裝、運行費用。除此之外，污水廠實際運行結果表明，在活性砂濾池前端增加斜管沉淀池，能有效減少砂濾池底部砂床板結現象，降低濾池清理成本。
六、結語
經過近1年運行，其監測結果表明，采用斜管沉淀池-活性砂過濾工藝取得良好運行效果，尤其在去除SS方面表現出重要的應用價值，其出水指標均優于一級A標準，出水效果穩定。實踐證明該工程技術可行，適用株洲市污水水質。技術經濟指標分析結果表明，該組合工藝具有占地面積小、運行維護費用低、高效節能降耗、池底砂床板結現象減少等優點，在中小城鎮污水處理廠深度處理中具有一定的推廣應用潛力。（ >
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