小湯山再生水廠位于北京市昌平區(qū)小湯山鎮(zhèn)，總服務(wù)面積70 km2，一期設(shè)計(jì)規(guī)模為7萬(wàn)m3/d，污水采用多段A2/O+浸沒(méi)式超濾膜+臭氧+次氯酸鈉消毒工藝，污泥采用離心脫水處理，臭氣采用生物除臭。出水主要用于城市雜用水及景觀用水。

01

設(shè)計(jì)水質(zhì)及工藝流程

小湯山再生水廠的進(jìn)水水質(zhì)主要依據(jù)小湯山污水處理廠2013年1～11月實(shí)測(cè)的進(jìn)水水質(zhì)，并結(jié)合《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 343-2010）確定；出水水質(zhì)根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890-2012）規(guī)定的新（改、擴(kuò)）建城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施基本控制項(xiàng)目排放限值B標(biāo)準(zhǔn)，《城市污水再利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）和《城市污水再利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB/T 18921-2002）標(biāo)準(zhǔn)確定，主要出水指標(biāo)（BOD5、COD、NH3-N、TP）可到地表水Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

該水廠主要去除有機(jī)物、懸浮物、氮、磷等污染物，同時(shí)改善出水色度。原水可生化性好，碳源豐富，可采用生物脫氮除磷工藝，深度處理采用浸沒(méi)式超濾膜+臭氧消毒，進(jìn)一步去除懸浮物及色度。工藝流程見(jiàn)圖1。

選擇經(jīng)濟(jì)、合理、安全的技術(shù)方案及高效、實(shí)用的工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)污水再生水利用、節(jié)能減排的目標(biāo)；合理布局，節(jié)約用地，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，同時(shí)考慮近、遠(yuǎn)期合理銜接；通過(guò)節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用、景觀提升等方式，打造集生產(chǎn)、產(chǎn)品推廣、青少年科普教育、生態(tài)恢復(fù)、再生水的運(yùn)用展示于一體的再生水廠。

02

設(shè)計(jì)難點(diǎn)及特點(diǎn)

根據(jù)《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)），小湯山再生水廠建設(shè)規(guī)模類別為Ⅳ類（5萬(wàn)～10萬(wàn)m3/d），工程允許的建設(shè)用地面積為7.6～9.6 hm2，而小湯山再生水廠實(shí)際批復(fù)用地僅6.19 hm2，用地緊張。該水廠是第一批執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890-2012）的水廠，出水部分指標(biāo)達(dá)地表水Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)，可用于城市雜用水及景觀用水，水質(zhì)要求高。因此小湯山再生水廠將占地面積小、出水水質(zhì)高作為方案比選的主要條件，將MBR與多段式A2/O生物池+超濾膜兩個(gè)方案在占地、成本、處理效果等幾方面進(jìn)行比選，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表2。

MBR方案投資低，占地面積小，但成本及電耗高，出水水質(zhì)保障率低； A2/O生物池+超濾膜方案投資高，對(duì)于6.19 hm2占地面積而言布局稍顯緊湊，但考慮到該工程出水水質(zhì)要求高，選取該方案可保證出水水質(zhì)，運(yùn)行穩(wěn)定，且運(yùn)行費(fèi)用低。因此，小湯山再生水廠選取多段式A2/O生物池+超濾膜工藝。

生物處理采用多段式A2/O生物池，生物池采用多段進(jìn)水，可充分利用碳源，同時(shí)對(duì)污染物負(fù)荷進(jìn)行平攤，提高系統(tǒng)抗沖擊能力。生物池前端設(shè)置完整A2/O段，具備完整生物除磷脫氮功能，設(shè)置后置缺氧段，引入原水作為碳源，進(jìn)一步進(jìn)行反硝化，氮去除率可達(dá)80%～85%。此外，由于污泥經(jīng)過(guò)交替的缺氧、好氧，較好的抑制了污泥膨脹發(fā)生的概率，提高了沉淀池的效率，使得污泥回流比降低至50％。

浸沒(méi)式超濾膜適應(yīng)低水溫運(yùn)行工況，跨膜壓差小，運(yùn)行費(fèi)用低，可進(jìn)一步降低水中懸浮物，此外，對(duì)細(xì)菌、大腸桿菌等微生物具有較強(qiáng)的去除能力。臭氧脫色的出水感觀效果好，水體透亮，接近正常的天然河水。該水廠污水經(jīng)二級(jí)處理后，采用浸沒(méi)式超濾膜+臭氧深度處理，從廠區(qū)布局上盡可能少占地，從技術(shù)上保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、安全回用。

小湯山再生水廠目標(biāo)是打造花園式再生水廠，可作為青少年科普活動(dòng)基地。整個(gè)水廠分為生產(chǎn)區(qū)和生態(tài)區(qū)，生態(tài)區(qū)運(yùn)用自然園林的手法，重點(diǎn)打造優(yōu)美的綠化、水生態(tài)環(huán)境，充分展示污水再生利用的成果；生產(chǎn)區(qū)運(yùn)用多種生態(tài)處理池，應(yīng)用多種節(jié)能產(chǎn)品，充分展示污水凈化的過(guò)程，倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保。

水廠在總體設(shè)計(jì)中充分考慮對(duì)小湯山鎮(zhèn)周圍的影響，粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生物池厭氧區(qū)、缺氧區(qū)及污泥脫水系統(tǒng)均采用封閉方式，在封閉的池體上部種綠植并構(gòu)建建筑小品。除臭設(shè)備放在生物池上，節(jié)約占地。

鼓風(fēng)機(jī)采用效率高，噪音低的多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)，變頻控制。此外，生物池曝氣采用精確曝氣控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際水質(zhì)、水量，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)溶解氧穩(wěn)定控制及節(jié)能降耗的目的。

該水廠工藝布置緊湊、管線連接簡(jiǎn)潔，精確計(jì)算水泵揚(yáng)程，并選效率不低于80%的大型污水泵，變頻控制，節(jié)約能耗。采用水源熱泵系統(tǒng)，使用可再生清潔能源，運(yùn)行無(wú)任何污染，不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣和煙塵，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。廠內(nèi)的綠化、沖洗道路等用水優(yōu)先使用再生水，減少了自來(lái)水的消耗量，實(shí)現(xiàn)節(jié)水的目的。

除工藝設(shè)備外，再生水廠還應(yīng)用了各種節(jié)能產(chǎn)品。建筑物使用加氣混凝土砌塊，廠區(qū)步道采用透水磚鋪裝，生物池頂設(shè)太陽(yáng)能裝置用于全廠辦工照明，綜合辦公樓會(huì)議室、展示廳采用索樂(lè)圖日光照明，廠區(qū)路燈采用LED路燈。

03

主要處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

小湯山再生水廠一期工程 設(shè)計(jì)規(guī)模為7萬(wàn)m3/d，總變化系數(shù)為1.34，配水高時(shí)系數(shù)為1.65，生物池及清水池按平均流量設(shè)計(jì)，配水泵房按配水高時(shí)流量設(shè)計(jì)。粗格柵與進(jìn)水泵房合建，粗格柵是用來(lái)去除可能堵塞水泵機(jī)組及管道閥門的較粗大懸浮物，并保證后續(xù)處理設(shè)施能正常運(yùn)行。粗格柵采用三索式鋼絲繩牽引格柵，設(shè)3條獨(dú)立的格柵渠道(2用1備)。格柵間隙20 mm。進(jìn)水泵房將原水提升至后續(xù)處理單元。進(jìn)水泵房設(shè)4臺(tái)潛水提升泵(3用1備)，2臺(tái)變頻，泵房集水池按5 min單泵流量設(shè)計(jì)。細(xì)格柵與曝氣沉砂池合建，細(xì)格柵進(jìn)一步去除污水中較大漂浮物，采用回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵，設(shè)3條獨(dú)立的格柵渠道(2用1備)，格柵孔徑6 mm。沉砂池采用除砂效果較好的曝氣沉砂池，設(shè)2條沉砂池，峰值流量時(shí)停留時(shí)間為8 min。設(shè)橋式除砂機(jī)1臺(tái)。砂水分離器1臺(tái)。羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，變頻控制。

多段A2/O生物池與污泥泵房合建，生物池主要去除有機(jī)物、氮、磷，生物池設(shè)2組，每組生物池包括厭氧區(qū)、第一缺氧區(qū)、第一兼氧區(qū)、第一好氧區(qū)、脫氣區(qū)、第二缺氧區(qū)、第二兼氧區(qū)、第二好氧區(qū)、出水井，兼氧區(qū)可根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)為好氧區(qū)或缺氧區(qū)。生物池為厭氧區(qū)、第一缺氧區(qū)、第二缺氧區(qū)3點(diǎn)進(jìn)水，利用配水堰及疊梁閘進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，3點(diǎn)進(jìn)水量分別為20%～55%、25%～70%、10%～20%。在出水井處設(shè)立式攪拌器，可投加PAC進(jìn)行化學(xué)除磷。

生物池總停留時(shí)間為20.9 h，污泥濃度為3500～4000 mg/L，污泥回流比為33%～100%，混合液回流比為100%～400%，剩余污泥量為13.5 t/d，生化總實(shí)際需氧量為26861 kgO2/d。

在每組生物池脫氣區(qū)設(shè)置混合液回流泵，使混合液回流至缺氧區(qū)進(jìn)化反硝化反應(yīng)，每組設(shè)4臺(tái)，全變頻。污泥泵房設(shè)污泥回流泵4臺(tái)(3用1備)，全變頻。設(shè)剩余污泥泵3臺(tái)(2用1備)，全變頻。

沉淀池采用周進(jìn)周出的幅流式沉淀池，沉淀池主要進(jìn)行泥水分離，設(shè)2座，每座直徑為48 m，池邊水深4.5 m。沉淀池平均流量表面負(fù)荷0.92 m3/（m2·h），最大流量表面負(fù)荷1.19 m3/（m2·h），名義停留時(shí)間4.89 h。每座沉淀池設(shè)置1套中心傳動(dòng)吸泥機(jī)，1套撇渣設(shè)備。

設(shè)集配水井1座，集配水井分為3環(huán)，內(nèi)環(huán)為配水渠；第二環(huán)為出水渠；第三環(huán)為污泥渠，沉淀池排泥管設(shè)套筒閥，調(diào)節(jié)泥位。

采用浸沒(méi)式超濾膜過(guò)濾，超濾膜主要去除懸浮物、膠體、微生物等。膜車間包括提升水池、進(jìn)水渠、排水渠、膜池、反沖洗水池、化學(xué)清洗水池、加藥間、空氣壓縮間、配電室、控制室。

膜池設(shè)7池，每個(gè)膜池設(shè)18個(gè)膜掛架，并預(yù)留1個(gè)膜掛架安裝空間，每個(gè)膜掛架上安裝16支膜元件。膜面積50 m2，平均孔徑0.1 μm，膜絲內(nèi)徑0.7 mm，膜絲外徑1.3 mm，膜平均通量為31.5 L/(m2·h)，運(yùn)行跨膜壓差≤4 m，最大跨膜壓差7.5 m。反洗為氣水聯(lián)合反沖洗，反洗周期30 min，先氣擦30 s，然后水沖45 s；維護(hù)性化學(xué)清洗周期1～2 d，恢復(fù)性化學(xué)清洗周期為1～2月，化學(xué)清洗藥劑為次氯酸鈉或檸檬酸，中和藥劑為亞硫酸氫鈉或氫氧化鈉。提升水池投加次氯酸鈉藥劑，防止藻類滋生。

膜車間設(shè)4臺(tái)提升泵(3用1備)，變頻控制，提升泵出水管上設(shè)保安過(guò)濾器3臺(tái)，濾網(wǎng)精度為1 mm。膜池產(chǎn)水采用泵抽吸，每膜池各設(shè)1臺(tái)產(chǎn)水泵，變頻控制，設(shè)2臺(tái)反沖洗水泵(1用1備)，變頻控制，設(shè)化學(xué)清洗水泵2臺(tái)(1用1備)。

臭氧主要進(jìn)行氧化、脫色反應(yīng)，設(shè)2個(gè)廊道，臭氧投加分為3級(jí)，每級(jí)均布置微氣泡曝氣系統(tǒng)，最大投加率為5 mg/L，投加濃度為10%（質(zhì)量濃度），臭氧接觸池池頂設(shè)尾氣破壞間，采用熱觸媒式臭氧尾氣處理裝置進(jìn)行處理，使尾氣處理裝置出口處臭氧濃度低于0.1 ppm。

清水池池頂覆土1.5 m，設(shè)置綠化景觀。清水池分為2池，總調(diào)節(jié)容積5776 m3，停留時(shí)間2 h，低水位接觸時(shí)間0.52 h，保證氯消毒效果時(shí)間要求。為了提高出水加氯消毒的效果，保證消毒劑與清水的有效接觸時(shí)間（CT值），每格內(nèi)設(shè)導(dǎo)流墻，長(zhǎng)寬比為52.6。

配水泵房為半地下式鋼筋混凝土矩形結(jié)構(gòu)，為干式泵房，泵房?jī)?nèi)近期設(shè)備安裝規(guī)模按3萬(wàn)m3/d考慮，高時(shí)系數(shù)取1.65，近期設(shè)3臺(tái)臥式離心泵(2用1備)，2臺(tái)變頻。為遠(yuǎn)期預(yù)留4臺(tái)泵位，遠(yuǎn)期為5用2備，5臺(tái)變頻。水泵為中水位自灌式啟泵。

小湯山再生水廠的污泥集中處理，采用離心脫水機(jī)脫水至含水率80%后外運(yùn)。污泥處理系統(tǒng)包括貯泥池、脫水機(jī)房、污泥轉(zhuǎn)運(yùn)間、儲(chǔ)藥間、加藥間及配電室。儲(chǔ)泥池設(shè)2池，停留時(shí)間3 h，每個(gè)儲(chǔ)泥池設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。脫水機(jī)房與污泥轉(zhuǎn)運(yùn)間、儲(chǔ)藥間、加藥間及配電間合建。脫水機(jī)采用離心脫水機(jī)，共3臺(tái)（2用1備），24 h運(yùn)行，污泥脫水后含水率<80％，安裝3臺(tái)污泥切割機(jī)、3臺(tái)污泥進(jìn)料泵，用于脫水機(jī)進(jìn)泥。污泥脫水后，由無(wú)軸螺旋輸送機(jī)輸送至泥餅泵，再由泥餅泵提升至污泥轉(zhuǎn)運(yùn)間的污泥料斗內(nèi)，設(shè)污泥料斗2個(gè)，每個(gè)容量為50 m3，儲(chǔ)泥量1 d，污泥由泥車外運(yùn)。

該水廠除臭采用的是生物除臭，包括風(fēng)機(jī)、散水泵、除臭塔等。除臭的建（構(gòu)）筑物包括：粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生物池厭氧區(qū)、缺氧區(qū)及污泥脫水系統(tǒng)。臭氧量主要根據(jù)水面面積計(jì)算，曝氣沉砂池包括曝氣量。設(shè)除臭塔和風(fēng)機(jī)各2臺(tái)，單組臭氣處理量為17500 Nm3/h，為節(jié)約占地、將生物除臭設(shè)備放在生物池頂。

將小湯山再生水廠打造成花園式水廠的目的在于展示節(jié)能環(huán)保及污水利用的成果，為青少年科普教育提供平臺(tái)。該水廠景觀設(shè)計(jì)采用中式風(fēng)格，設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于“水”，通過(guò)景觀手法以“塘”的形式展現(xiàn)出來(lái)。景觀主要位于配水區(qū)上，局部景觀效果見(jiàn)圖2。

該水廠冷熱源設(shè)計(jì)采用淺表水源熱泵技術(shù)，熱泵系統(tǒng)取水自細(xì)格柵出水井，熱泵機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)3臺(tái)取水泵從細(xì)格柵出水井取水，取水干管上設(shè)置自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器；熱泵系統(tǒng)就近回水至廠區(qū)污水井。考慮細(xì)格柵出水井出水水質(zhì)的情況，設(shè)置污水專用換熱器裝置間接換熱。

廠區(qū)內(nèi)單體冬季計(jì)算總熱負(fù)荷668.7 kW，夏季計(jì)算總冷負(fù)荷276.6 kW。熱泵機(jī)房安裝3臺(tái)污水源熱泵機(jī)組，單臺(tái)制冷量290 kW，制熱量288 kW。冬季3臺(tái)同時(shí)運(yùn)行供熱，夏季運(yùn)行1臺(tái)為廠區(qū)附屬用房（綜合樓、傳達(dá)室）供冷。

04

結(jié)論

小湯山再生水廠采用多段A2/O工藝+浸沒(méi)式超濾+臭氧消毒+次氯酸鈉消毒工藝，出水主要用于城市雜用水及景觀用水。污水再生利用在水質(zhì)缺水地區(qū)和城市范圍內(nèi)具有較為廣闊的應(yīng)用前景，本工程可為國(guó)內(nèi)外同類工程提供借鑒模式和參考依據(jù)。水廠目前已基本建設(shè)完成，處于調(diào)試階段，正式運(yùn)行后預(yù)計(jì)削減BOD5 4956.7 t/a，COD 9453.5 t/a，SS 6259.8 t/a，NH3-N 983.7 t/a，TN 1022 t/a，TP 145.6 t/a，其環(huán)境、社會(huì)效益顯著。

微信對(duì)原文有刪減。原文標(biāo)題：小湯山再生水廠一期工程設(shè)計(jì)案例；作者：韓寶平、張炯、程樹(shù)輝等；作者單位：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司；刊登在《給水排水》2018年第6期。