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

工藝流程

由于規(guī)劃的布吉污水處理廠場地狹長偏窄且不規(guī)則，實際用地面積又十分緊張，設(shè)計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行效果好，還需占地比較省。通過對多種工藝比較分析，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)尺長不宜大于60m，長深比不宜小于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；每兩格沉淀池之間下部聯(lián)通，設(shè)有導(dǎo)流墻。上下層池體平行獨立進水、獨立出水。進水渠內(nèi)污水通過設(shè)于渠道底部的每格沉淀池的進水孔進入堰前分水區(qū)，為保證進入上下層池體流量相同，在分水區(qū)通過設(shè)等長分水堰使污水分別進入雙層沉淀池上下層池體；通過分水堰后的污水，進入配水室，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，匯集后進入出水總渠，再進入下一級污水處理單元處理。出水堰上下層池體獨立設(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的正常運行。鏈?zhǔn)焦文鄼C通過鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈帶裝有刮板，沿池底緩慢移動，速度約1m/min，把上下層污泥緩緩?fù)迫朐O(shè)于進水區(qū)的污泥斗。上下層池體鏈?zhǔn)焦文鄼C共用一套刮泥機驅(qū)動，安裝于上層池體頂板上，不但維護方便，還可以保證上下層池體刮泥機同步運行。當(dāng)鏈帶刮板轉(zhuǎn)到水面時，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

二次沉淀池有別于其它沉淀池。首先，在作用上有其特點，它除了進行泥水分離外，還進行污泥濃縮，并由于水量水質(zhì)的變化，還要暫時貯存污泥。其次，進入二次沉淀池的活性污泥混合液在性質(zhì)上也有其特點。活性污泥混合液具有濃度高（2000～4000mg/L）、有絮凝性、質(zhì)輕、沉速較慢等特點，沉淀時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，使實際的過水?dāng)嗝孢h(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計的過水?dāng)嗝?，因此設(shè)計平流式二沉池時，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)；此外出口堰的長度要適當(dāng)增加，使單位堰長的出流量不超過5～8m3/(m.h)。

1基本設(shè)計參數(shù)

（1）設(shè)計規(guī)模布吉污水處理廠雙層平流式二沉池設(shè)計規(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的表面水力負(fù)荷分別如下：平均流量時表面水力負(fù)荷：0.90m3/（m2•h）。峰值流量時表面水力負(fù)荷：1.20m3/（m2•h）。

2分水區(qū)和配水區(qū)設(shè)計

沉淀池沉淀效果的好壞，進水分配的均勻性是決定因素之一，同時雙層沉淀池上下層池體的進入流量是否均衡，也與進水分配有關(guān)。本工程上下層池體采用等長分水堰進水，分水堰前設(shè)有分水區(qū)，分水區(qū)長寬尺寸為2.2×6.9m；分水堰總長度為6.4m，分為三段，其中中間段分水堰長度為3.2m，兩邊分水堰長度各為1.6m；污水進入分水區(qū)后，通過中間分水堰進入上層池體配水區(qū)，通過兩側(cè)分水堰進入下層池體配水區(qū)；進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入上層池體配水區(qū)，然后進入導(dǎo)流柵。上層池體配水區(qū)為梯形擴散區(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入下層配水區(qū)，然后進入導(dǎo)流柵；為避免上層池體排泥對下層池體配水區(qū)的擾動，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

（1）池長根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）沉淀區(qū)尺長不宜大于60m，考慮場地條件限制，故沉淀池總長度取73.5m，其中上層沉淀區(qū)長度60m，實際有效沉淀長度59.4m；下層沉淀區(qū)長度55.4m，實際有效沉淀長度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)計的經(jīng)濟跨距為6～9m及鏈?zhǔn)焦文鄼C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)實際有效寬度為6.45m，下層單格沉淀區(qū)實際有效寬度為7.10m。（3）沉淀面積根據(jù)沉淀池池長池寬的實際有效值，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)沉淀池實際總面積，反算沉淀池實際表面水力負(fù)荷如下：上層池體平均流量時表面水力負(fù)荷：0.91m3/（m2•h）。上層池體峰值流量時表面水力負(fù)荷：1.18m3/（m2•h）。下層池體平均流量時表面水力負(fù)荷：0.89m3/（m2•h）。下層池體峰值流量時表面水力負(fù)荷：1.16m3/（m2•h）。（5）沉淀池深綜合考慮沉淀時間、生化池深度、場地地質(zhì)情況及施工難度等多個因素后，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）沉淀時間復(fù)核除去進水區(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；故該工程沉淀池實際沉淀時間約為2.57h。

4出水區(qū)設(shè)計

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；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。單格沉淀池上層池體出口堰堰長64.2m，平均流量時出口堰負(fù)荷1.30L/（m•s），峰值流量時出口堰負(fù)荷1.95L/（m•s）；單格沉淀池下層池體出口堰堰長57.0m，平均流量時出口堰負(fù)荷1.68L/（m•s）；峰值流量時出口堰負(fù)荷2.19L/（m•s）。峰值流量時出口堰負(fù)荷大于《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定的出口堰負(fù)荷1.69L/（m•s），但根據(jù)實際運行情況及出水水質(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

該工程雙層平流沉淀池采用非金屬鏈條刮泥刮渣機，集泥采用梯形斷面泥斗，排渣采用電動管式撇渣機。鏈?zhǔn)焦文喙卧鼨C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，當(dāng)刮板位于池底時刮泥，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控制運行。該工程上下層池體均設(shè)置刮泥刮渣機，且上下層池體刮泥刮渣機共用一套驅(qū)動裝置，其中下層池體刮泥刮渣機僅起刮泥作用。共采用12套刮泥刮渣機，寬為5.05m，驅(qū)動功率1.5kW，行進速度0.4~0.8m/min，連續(xù)運行。每格沉淀池設(shè)一污泥斗，接納上下層刮泥機帶來的沉淀底泥，根據(jù)《室外排水設(shè)計規(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的污泥量計算；泥斗設(shè)計尺寸如下：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。電動管式撇渣機共設(shè)置12套，每套直徑為Φ250mm，長度為6.95m，每套撇渣管配套相應(yīng)的驅(qū)動裝置。每兩小時撇渣一次，同時撇渣格數(shù)按最不利兩格考慮，程序自動控制運行，浮渣經(jīng)撇渣管進入浮渣井，通過浮渣泵提升至預(yù)處理浮渣分離器。

運行效果分析

布吉污水處理廠工程于2011年2月建成，2011年3月正式投入運行。根據(jù)2011年3～10月份進、出水水質(zhì)報表，該工程運行實測進、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+纖維濾池的三級處理工藝運行情況優(yōu)良，各項指標(biāo)均達到設(shè)計目標(biāo)，污水處理合格率達100％，有效地減少了排入河道的污染物，保護周邊水環(huán)境。采用的雙層平流式沉淀池不但運行穩(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目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（建標(biāo)[2001]77號）》中同規(guī)模污水處理廠占地指標(biāo)（0.75m2/（m3•d-1））。

結(jié)語

相對一般平流沉淀池，雙層式平流沉淀池不僅占地面積省，同時還具有表面水力負(fù)荷大、沉淀效果好等優(yōu)點。在城市污水處理廠擴建或升級改造工程中，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，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。