１工程背景
某城市污水处理厂一期工程始建于２００５年，设计处理能力为５万ｍ３／ｄ，以处理生活污水为主，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８－２００２）一级Ｂ标准［１］。从２００７年建成运行至今排放达标，且出水稳定。由于城市发展迅速，该区域调整了部分的污水规划，将新建开发区产生的生活污水纳入该厂处理范围。一期工程２０１１年平均处理水量已达６万ｍ３／ｄ，全年多个月份都处于满负荷运行状态，已无法接纳新增的污水。２０１２年开始设计并建造该污水处理厂的二期工程。该厂一期工程采用ＺＴ廊道交替池为主体的处理工艺，该工艺是Ｕｎｉｔａｎｋ工艺的改进型，采用多时段的控制方法，集反应、沉淀、出水于一体。一期工程经过多年的运行，工艺节能效果显著，出水稳定。考虑到一、二期工程的连续性及现场维护作业的习惯，二期工程仍采用ＺＴ廊道交替池工艺。根据多个连续性工程的现场经验，设计时的工程边界条件在建成后运营时常会发生一些变化，不同管理者的操作习惯及使用要求也会有所差别。故二期工程时，以ＺT廊道交替池为主体的整套处理工艺在设计上还有优化的空间。二期工程设计的主要参数见表１。
２一期工程运行概况
一期工程工艺流程见图１。ＺＴ廊道交替池工艺作为一种自动化程度较高的污水处理工艺，由于采用的ＺＴＤ调控体系高效节能，处理出水一直稳定达标。本工程一、二期设计处理水量相当，出水要求一致，所以工程的主体工艺流程不变，且一期的设计可以作为二期工程的参考。一期工程中的污泥脱水间和鼓风机房的预留空间扩建能力有限，同时二期工程要求独立核算，故该厂二期工程在预留空地上重建一套完整处理单元，与一期工程互相联系，但又彼此独立运行。
３二期工程的升级优化设计
城市系统工程近期规划期限为５年，中期规划为１０年，远期规划期限为２０年。由于城市发展迅速，时间跨度较大，工艺的完善与设备的更新都会影响到新建工程与原有工程的衔接。而设备的更新换代迅速，本着向小型化、节能化及自控化的方向发展，本工程选用的设备与一期工程中所用的设备也有差异，由于工程设备常受到投资及维护等多方面影响，故本工程以探讨研究边界条件变化后对工艺的优化为主，而设备的优化升级，暂不做重点分析。由于本工程服务片区远离旧城区，２００７年一期工程建成时，进水一直不够稳定，一般只能达到设计水量的５０％左右，即初期进水水量远小于设计水量，这也是国内大量新建污水处理厂普遍存在的问题。同时由于该地区进行大量基础建设，管网建立不够完善，进水水质不稳定，对水厂的运行造成一定影响。二期工程的设计中结合了一期工程的现场状况，在一期工程的设计基础上，结合实际运行的具体要求进行优化设计。
３．１进水泵房的优化
一期进水泵房设置两条进水渠道，分别设置两组格栅，两组格栅中部共用检修平台且设置有楼梯。设计手册中对格栅工作台高程的设计，要求大于最高设计水位０．５～１．０ｍ。根据现场运行状态，泵房运行时，为降低水泵运行功耗节省用电，有效降低水泵的几何扬程，提高了进水泵房运行的常水位，经常高于设计常水位３ｍ以上。这样导致检修平台被完全淹没，无法对粗格栅进行检修。同时由于共用检修平台，两组粗格栅渠道间接联通，当提高了运行常水位时，还会造成两组格栅互通。即关闭闸板１与闸板２即可对渠道内格栅进行检修，但由于高水位运行水流通过共用检修平台进入楼梯间，从而进入检修渠道，人员无法在渠道内进行作业（见图２）。考虑泵房运行水位常高于设计常水位，满足现场运行的使用习惯，二期工程对泵房该处进行了优化：将检修平台设计为双层，以方便泵房在高、低水位时都可以对渠道内的粗格栅进行巡查。同时取消了位置两组粗格栅中间的楼梯间，将楼梯间分别设置于两侧，即图２中一期工程进水泵房的填土区位置，从而实现了两组渠道内粗格栅完全独立运行。
３．２曝气沉砂池的优化
３．２．１进水方式的优化
一期工程曝气沉砂池一侧设置有超越渠道，目的是在曝气沉砂池的两格同时检修时可以不停产，应急时的来水可直接超越曝气沉砂池，进入ＺＴ池。就多年运行经验来看，曝气沉砂池的曝气系统及吸砂排渣系统设备稳定可靠，基本不会出现两组沉砂池同时需检修的情况，故在本次设计中取消原设计的超越渠道。曝气沉砂池通过在池内一侧鼓入空气，会使水流产生垂直于水平轴的竖向流，其与在沉砂池内的水平流叠加产生螺旋流，从而使有机物和砂子得到分离，进而使砂粒得到沉淀去除［３］。规范规定曝气沉砂池的进水方向应与旋流方向一致［４］，这种进水方式可以使曝气沉砂池流态更接近于环流，且减少当进水量大、流速快时曝气沉砂池的短流现象。经过调查发现在现场操作时，在进水水质含砂量较小的时段，有时会停止曝气，将曝气沉砂池兼作平流沉砂池使用。基于这些变化因素的考虑，故在二期工程中曝气沉砂池的进水处设计了４组闸门，通过控制启闭可实现２种进水方式。一般情况下，闸门Ｂ、Ｃ关闭，闸门Ａ、Ｄ开启，通过细格栅后的进水沿侧壁切向环流进入曝气沉砂池。当现场需要停止曝气运行时，闸门Ａ、Ｄ关闭，闸门Ｂ、Ｃ开启，可作为平流式沉砂池使用，进水设计见图３。
３．２．２出水堰的优化
２００７年一期水厂在建设时周边服务地块并未完全开发，导致水厂通水运行时的来水量不稳定，多数时间没有达到设计水位。最典型问题的就是曝气沉砂池出水堰的堰上水头过低，沉砂池中的运行水位小于设计水位，导致沉砂池中刮渣机的刮板离开池内水面，去除浮渣受到影响。故本次工程设计中将二次沉砂池的出水堰口处加设不锈钢可调节堰板，通过升降堰板，从而改变曝气沉砂池的运行水位，保证刮渣机的正常运行，详见图４。
３．２．３去除能力的优化
由于污水处理厂周边有集中建有大量水泥搅拌站，同时收纳污水的片区市政管网建设还不完善，周边的粉尘及细砂不可避免地进入污水处理厂。这些微颗粒在曝气沉砂池中无法有效去除，继而在ＺＴ廊道交替池中快速沉积，影响了ＺＴ池的曝气效果，增加了池体的维护难度。所以在二期工程设计前，分别对一期工程的曝气沉砂池的吸砂斗中的沉砂及ＺＴ池中的积砂进行采样分析，其采样分析报告见表２。表２表明，曝气沉砂池中的砂水分离器的出砂以粉砂为主，ＺＴ池中的砂砾以中砂为主，曝气沉砂池及ＺＴ池中颗粒＜０．０７５ｍｍ的粉砂含量比例较大。其中在ＺＴ池沉砂中的细砂、粉砂的沉砂量所占比例较大，而原设计的曝气沉砂池对粗砂中砂去除良好，但对细砂及粉砂去除能力有限。一期工程曝气沉砂池是针对粒径＞０．１ｍｍ砂粒而设计，而对水泥及施工粉尘砂，不能有效拦截。其中一般经验值，砂粒的粒径为０．２ｍｍ的颗粒截流效率为８５％，０．１ｍｍ的颗粒截留效率仅为５０％，粒径＜０．０７５ｍｍ的砂的去除率＜１０％。而对于所有沉砂池，沉砂效率首先取决于水力停留时间［５］。考虑到以上影响因素，二期工程增加了曝气沉砂池的水力停留时间，从而增加了池长。水平流速由原一期工程的０．１ｍ／ｓ减少到０．０６ｍ／ｓ，水力停留时间提高到５ｍｉｎ。
３．３ＺＴ廊道交替池的优化
一期工程中ＺＴ廊道交替池在５年的运行中，始终处理效果稳定达标，且节能效果显著。其２０１０年电耗＜０．１８ｋＷ·ｈ／ｍ３，满足设计要求。所以主体工艺保持不变，仅对其排泥略做调整。一期工程ＺＴ池各分区内采用潜污泵湿式排泥，但运行发现在排泥一定时段后会有水排出，影响排泥的效果。故二期工程在设计时，改为采用干式污泥泵抽吸排泥，并且在污泥泵吸泥总管上设置支管吸泥，以减少其排泥不够均匀的影响，见图５。
３．４ＵＶ消毒池的优化
ＵＶ消毒池是出厂最后的处理工序，该处常设有各类监测装置，一般的水厂其回用水也取于此。然而ＵＶ池出水渠内水量较大、流速较快，用离心泵抽取会挟带大量气泡影响水泵工况，常选用潜水泵取水回用。但由于流速较大不断冲击水泵及线缆，常造成水泵的供电短路断电。二期工程中，为降低ＵＶ消毒池出水的冲击力，提高出水渠道淹没水深，在ＵＶ消毒池水位控制器出水后的出水渠道段设计两道不锈钢孔板，两孔板孔眼交错，形成配水隔墙，有效降低了来水对水泵的冲击影响。同时在水泵后设置隔墙以保证水厂运行初期的淹没水深（见图６）。
３．５鼓风机房的优化
一期工程鼓风机选用离心式鼓风机，机房净空高度为１０ｍ，设计有电动单梁式起重机。但由于近些年来，鼓风机的小型化，其各种组件均可现场拆装。二期工程根据现场的使用要求对该点重新设计。首先取消电动单梁式起重机，风机组件均可以由小型机械现场进行拼装吊装。其次降低厂房高度，由原设计１０ｍ净空减小到５ｍ净空，有效减少了造价。
４二期工程的运行效果及技术经济分析
二期工程是以一期工程为参考依据，结合现场要求及实际运行状况对整体工艺做出的优化设计。在验收通水稳定运行后，进出水的各项污染物指标均达到了设计排放标准，主要进出水水质见表３。由于该厂的二期工程是独立的工程，污水处理厂中的各项设施均需配套新建，在满足工程项目行政办公与生活服务设施区绿地率宜为２５％～３５％的要求下，二期工程将建设用地指标由原来的０．８１ｍ２／ｍ３降为０．４０ｍ２／ｍ３，远低于国家规定的城市污水处理厂建设用地控制面积中Ｖ类水厂用地指标（１．２０～４．２５ｍ２／ｍ３）［６］。由于该工艺节能的优势，单位水量电耗可降至０．１８ｋＷ·ｈ／ｍ３［７］，对于处理水量较小的Ｖ类水厂，该工艺处理电耗优势明显。低电耗有效降低了水厂运行成本，预计该厂单位水量处理总费用＜０．４５元／ｍ３。
５结语
（１）水厂的各期工程及新建相似工程时，必须因地制宜，重新结合现场条件及往期工程在应用中存在的问题，重新优化设计。（２）在满足设计要求及规范要求的同时，井下机电论文优化工艺设计须以满足现场使用作为首要条件。（３）ＺＴ廊道交替池的生物处理工艺不但节能效果显著，且最大化的节省了建设用地。对用地紧张建设规模小的新建及改造污水处理厂有重要意义。
作者: 闫智涛 蒋小弟 单位:深圳市市政设计研究院有限公司
