深圳横岭污水厂深度处理工艺及消能板应用研究

深圳横岭污水厂深度处理工艺及消能板应用研究

沈子露

威立雅水务工程（北京）有限公司 上海  200041

摘 要：深圳横岭污水处理厂（二期）深度处理工艺段采用BIOSTYR反硝化生物滤池+ ACTIFLO加砂沉淀池+ACTIDYN污泥浓缩池的工艺流程来处理污水和剩余污泥，使经过处理后的污水和污泥达标排放。本文详细介绍了深圳横岭污水处理厂深度处理工程中用到的三个污水处理工艺。BIOSTYR反硝化生物滤池工艺的功能是去除污水中的总氮，使得总氮由25ppm降到15ppm；ACTIFLO加砂沉淀池工艺的功能是去除污水中的总磷和悬浮物，使得总磷由2ppm降到0.3ppm，悬浮物由20ppm降到10ppm；ACTIDYN污泥浓缩池工艺的功能是将BIOSTYR反硝化生物滤池工艺段和ACTIFLO加砂沉淀池工艺段排出的反洗废水和剩余污泥进行浓缩，降低厂区污泥处理工艺段的负荷，经ACTIDYN污泥浓缩池工艺处理后，污泥浓度可由0.7g/L提升至25g/L。由于水量过大，ACTIFLO加砂沉淀池的进水存在配水不均的风险，可能会影响ACTIFLO加砂沉淀池对总磷和悬浮物的去除效果，也会提高运行费用。本文详细介绍了消能板对于解决该工程中配水不均问题的应用。

关键词：Biostyr生物滤池、ACTIFLO加砂沉淀池、ACTIDYN浓缩池、配水不均、消能板

引言：

近年来，随着我国生态文明建设的持续发展，污水排放的标准不断提高，对污水处理厂出水的要求越来越高。很多地区的污水处理厂出水标准由一级A提高到地表IV或准地表IV，对总氮，总磷，悬浮物的出水要求都有所提高。污水深度处理工艺可以对以上污染物进行进一步的深度处理，污水深度处理工艺已经成为很多污水处理厂必须的工艺流程。

1 深圳横岭污水处理厂（二期）项目简介

深圳横岭污水处理厂（二期）位于深圳市龙岗区，设计处理规模为40万吨/天，出水执行一级A标准，该项目于2011年10月开始运行。根据深圳市水务局要求，横岭污水处理厂（二期）要进行提标改造，增设深度处理工艺段，2019年11月底出水达到地表水准IV类标准。

深圳横岭污水处理厂（二期）深度处理项目处理水量较大，出水水质要求严格，如何正确的选择工艺路线和解决好每个工艺段中由于高水量负荷带来的问题成了本工程的设计难点。

经过深刻的分析和讨论，威立雅水务工程（北京）有限公司为该工程选定的工艺路线是BIOSTYR反硝化生物滤池+ ACTIFLO加砂沉淀池+ ACTIDYN污泥浓缩池的工艺路线。

反硝化生物滤池系统按照要求，在允许的占地范围内布置，本工程中，根据进出水水质计算，配置BIOSTYR反硝化生物滤池系统的处理能力为20万吨/天，剩余20万吨/天的水量旁通过BIOSTYR反硝化生物滤池工艺段，直接流入ACTIFLO加砂沉淀池工艺。

根据反硝化生物滤池进出水质特点以及现有污水扩建的用地限制，SS、TP深度去除工艺使用ACTIFLO加砂沉淀池工艺，系统能力为40万吨/天。

系统配套的浓缩池采用ACTIDYN高效浓缩池工艺，根据反硝化生物滤池的反冲洗水排水量以及ACTIFLO加砂沉淀池排泥量计算，系统能力约为2.8万吨/天。

2 深圳横岭污水处理厂深度处理工艺介绍

本工选用BIOSTYR反硝化生物滤池+ ACTIFLO加砂沉淀池+ ACTIDYN污泥浓缩池的工艺路线。BIOSTYR反硝化生物滤池工艺去除总氮，ACTIFLO加砂沉淀池工艺去除总磷和总悬浮物，ACTIDYN污泥浓缩池工艺负责将BIOSTYR反硝化生物滤池工艺段排放的反洗废水和ACTIFLO加砂沉淀池工艺段排放的剩余污泥进行浓缩。

工艺流程如图1所示：

图 1  深度处理工艺流程图

2.1 BIOSTYR反硝化生物滤池系统描述

2.1.1 BIOSTYR反硝化生物滤池工艺原理

本工程推荐使用的生物滤池工艺为BIOSTYR反硝化生物滤池工艺。BIOSTYR反硝化生物滤池是一种上向流生物滤池。池内滤料采用双层轻质填料。过滤和净化结束后所收集来的废水自滤床顶部处被充分收集利用和最终排出,并尽量避免再与污染的大气污染物进行再接触,这样做也正好避免解决掉了污水处理厂在高压下轴向污水混合流净化系统设计使用环境中时因将未预加过滤处理或过滤处理的污水通过直接管道吸入空气与受污染区大气颗粒物发生再接触吸附作用后而又会重新产生某种特殊形式的臭味的产生的现象。处理完后所排出掉的废水一般也一般都可被泵直接过滤用来或者直接用来作为反冲洗回用水处理用的(通过重力反向冲洗) 水处理, 而一般无需单独启动反冲洗泵。

图 2  Biostyr反硝化生物滤池示意图

2.1.2 该工程中BIOSTYR反硝化生物滤池的设计特点

深圳横岭污水处理厂（二期）总处理水量40万吨，BIOSTYR反硝化生物滤池工艺段设计处理水量20万/吨，旁通水量20万/吨。采用10格，每格84平米反硝化BIOSTYR反硝化生物滤池的设计。10格滤池并联运行，每格均可单独独立运行。

针对深圳横岭污水处理厂（二期）的特点，综合考虑进水可能的水质条件以及出水的水质要求，为了确保滤池出水在总氮达标的同时避免COD穿透问题的发生，采用的是双层滤料配置的设计。本工程中的生物滤池工艺结合了上向流的BIOSTYR反硝化生物滤池与移动床膜生物反应器ANOXK5两种技术，在BIOSTYR反硝化生物滤池内，利用原有滤池底部空间，加入额外的ANOXK5填料，增加了有效反应容积，使生物滤池在可接受污染物负荷，反冲洗周期，抵抗滤料流失等滤池综合性能上得到了极大的改善。

本工程中，BIOSTYR反硝化生物滤池位于硝化型生物滤池的下游，通过提升泵站进水，其主要功能如下：

在外加碳源的协助下，通过生物反硝化反应，对上游来水中的总氮进行去除；

在总氮的去除过程中，基于生物自身的生长需要去除部分上游来水中的正磷酸盐，比例为每反硝化1mg/l的硝态氮，消耗0.025mg/l的正磷酸盐。

图 3  Biostyr反硝化生物滤池中的双层滤料示意图

反硝化生物滤池接收来自上游硝化滤池的出水，其中含有较高的溶解氧浓度，位于Biostyrene球型滤料下层的0.5米高的ANOXK5填料首先担当消耗来自上游硝化滤池的溶解氧的作用，在填料的最底层生长的仍是好氧型的细菌，ANOXK5填料较大的比表面积（800m2/m3）确保了生物的稳定附着，同时圆盘式多孔式的设计还提供了更优的水力切割作用，极大的优化了滤池内部水力扩散以及外加碳源扩散的效果。

溶解的氧在ANOXK5滤材层消耗后,可以确保在最上层的3.5米深的Biostyrene球式滤材达到完全的缺氧、厌氧的状态,所以所有附着在滤材表面的菌膜都是经过反硝化作用产生的异养型微生物,从技术上确保了实际中有效的硝酸盐负荷和物理计算结果一致,也防止了因为硝酸盐负荷过多而引起的滤池处理出流或COD穿透现象。

经过以上设计，该工程的污水经过BIOSTYR反硝化生物滤池后，总氮可由25ppm降到15ppm，达到出水要求。

2.1.3 本工程BIOSTYR反硝化生物滤池设计优点

本工程采用双层滤料BIOSTYR反硝化生物滤池设计。该设计有如下优点：

1)底层的ANOXK5填料可以有效的降低进水溶解氧对滤池运行的冲击，确保上层的3.5米生物滤池滤料全部处于反硝化状态，增加滤池应对来水总氮变化的抗负荷能力，解决了COD穿透问题。

2)ANOXK5额外的水力切割作用，使外加碳源在滤池内部扩散更均匀，碳源的利用更为充分。通过ANOXK5填料在流态作用下对上层滤料底部的松脱作用，有效延长滤池的过滤周期。解决反洗过程中由于阀门故障，或误操作而导致的滤料流失，滤料10年损失率小于0.3%。

2.2 ACTIFLO加砂沉淀池系统描述

2.2.1 ACTIFLO加砂沉淀池工艺原理

ACTIFLO加砂沉降池工艺基本原理和传统的水处理工艺技术 (混凝、絮凝和沉降) 的基本原理非常接近，都采用了混凝剂脱稳，通过高分子物质絮凝剂聚集，再通过斜板的沉降去除沉淀物，得到上清液出水。

图 4  ACTIFLO加砂沉淀池示意图

ACTIFLO加砂沉降池工艺的主要技术进步是增加了微砂，作为产生最大密度絮体的"种子"和压载物，絮体也因此提高了密度，更易于沉降，然后再经过沉降被去除。

2.2.2 本工程中ACTIFLO加砂沉淀池的设计特点

本工程中ACTIFLO加砂沉淀池的总处理水量是40万吨/天，设计4条并联运行的沉淀池单元，每个单元可可单独独立运行。

BIOSTYR反硝化生物滤池的出水与另外50%的上游硝化滤池出水充分混合后，再流入后续的ACTIFLO加砂沉淀池处理工艺，利用混凝絮凝沉淀的物理化学效果, 去除SS和TP等物质，ACTIFLO加砂沉淀池的出水再进入后续紫外消毒工艺。

该工程选用优质的斜板材料，结合独特的加砂设计，由絮凝池产生的矾花质密易沉淀，由于威立雅在沉淀池内污泥收集区的独特设计，大部分污泥在未进入斜板区时已沉淀下来，污泥会很容易的沉降到ACTIFLO沉淀池的底部。

此外，由于向水中投加了微砂辅助絮凝沉淀效果，所以ACTIFLO沉淀池工艺在COD的去除方面也有一定的效果，主要的去除机理还是通过混凝沉淀的夹带作用，对来水中仍存在部分颗粒性COD进行进一步的去除，从而保证最终出水的COD指标稳定小于30mg/l。同时BOD的指标也会进一步的降低。根据威立雅国内深度深度处理业绩的运行数据显示，ACTIFLO加砂沉淀池对COD、BOD等指标仍有15%以上的去除率。

该项目中的ACTIFLO加砂沉淀池，可成功把总磷由2ppm去除到0.3ppm，悬浮物由20ppm去除到10ppm以下。

2.2.3 本工程中ACTIFLO 加砂高速沉淀池设计优点

本工程中ACTIFLO 加砂高速沉淀池工艺有以下优点：

1)由于以微砂为核心所产生的絮体沉降速度快，因此ACTIFLO加砂高速沉积池工艺能够允许很大的水力荷载, 且用地面积较小；

2)絮体沉淀的性能好, 出水质量高。絮体沉降速度快，当经过斜管区后，大量絮体开始下沉，因此斜管不需经常清洗；

3)微砂循环保持池中更多的悬浮物含量，接受入水时悬浮液浓度的冲击力增强, 因此分离效率好，出水水质也好；

4)控制系统重新启动时间较少，在短时间内即可达到较安全的出流水质。

2.3 ACTIDYN污泥浓缩池系统描述

2.3.1 ACTIDYN污泥浓缩池工艺原理

BIOSTYR反硝化生物滤池的反冲洗废水与ACTIFLO加砂沉淀池的剩余污泥流入ACTIDYN污泥浓缩池工艺段进行浓缩，将浓缩后的上清液回流至BIOSTYR反硝化生物滤池前端的进水泵站，最后浓缩后的污水再由剩余污泥螺杆泵输送至污泥处置体系，完成了最后的处理。

ACTIDYN污泥浓缩池系统包含配备有混合器的混凝池和絮结池，还有有效的斜板沉淀罐和污水浓缩区。

图 5  ACTIDYN污泥浓缩池示意图

2.3.2 该工程中ACTIDYN污泥浓缩池的设计特点

为确保浓缩池系统在长期运行可能的维护维修期间，反硝化生物滤池系统及ACTIFLO加砂沉淀池系统仍可以正常的进行反洗和排泥，推荐使用2格浓缩池的配置，正常运行中，2格同时参与工作，但单格的水力负荷计算及工艺计算可满足其中一格在一定长度的维护维修期间仍可正常工作。

该项目中，ACTIDYN污泥浓缩池工艺段的总处理能力为3.8万吨/天。BIOSTYR反硝化生物滤池的反冲洗废水和ACTIFLO加砂沉淀池的剩余污泥经过ACTIDYN污泥浓缩池工艺段后，污泥浓度由0.7g/L浓缩至25g/L，达到厂区污泥处理工艺段的进泥浓度要求。

2.3.3 本工程中ACTIFLO 加砂高速沉淀池设计优点

本工程中ACTIDYN污泥浓缩池工艺有以下优点：

1)配置了加速絮凝装置，可以高效的促进聚合反应的产生，也可以更有效的利用絮凝池的容量，从而更好的控制扰动的产生；

2)推进器的速度高，又不会产生系统扰动；

3)絮体沉淀的性能好，出水质量高。絮体沉降速度快，当进入斜管区后，由于大量絮体早已沉淀，斜管不需经常清洗；

4)控制系统重新启动时间较少，在短时间内即可达到较安全的出流水质。

3 消能板的应用

3.1 ACTIFLO加砂沉淀池进水不均问题描述

深圳横岭污水处理厂（二期）深度处理工程中遇到的一个设计难点是如何保证ACTIFLO加砂沉淀池的4个并联运行的沉淀池单元进水量保持一致的问题。

BIOSTYR反硝化生物滤池的出水和旁通水量进入ACTIFLO加砂沉淀池进水渠的时候，由于水量过大，加之ACTIFLO加砂沉淀池进水渠较窄，普通流量下进水渠中的水流速为0.75 m/s, 峰值流量下水流速可达0.97m/s。给排水设计规范中建议进水渠的流速不超过0.5m/s[1]。当进水渠中的流速高于0.5m/s时，进水渠中的水力冲击较大，会引起4个ACTIFLO加砂沉淀池单元进水分配不均匀的问题。

3.2 消能板设计

为解决上述问题，该工程的设计中，ACTIFLO加砂沉淀池的进水口处设计了进水消能板。消能板如下图所示。

图 6 进水消能板安装示意图

上述进水消能板材质为304不锈钢，本工程中的消能板装置分为3块，每一块上均匀布置φ200的圆孔。两个进水管进水处的消能板倾斜安装，目的是为管道出口处的水流进行消能，防止来水直接冲击到对面的墙体上，形成浪涌。

还有一块消能板水平安装，目的是为混合后的总进水进行二次消能，防止向上流的水动能较高。

图 7 进水消能板制作图

加砂沉淀池的进水通过上述消能板后，进水渠中的水流速减小到平均流速下0.38m/s, 峰值流速下0.49m/s。平均和峰值流量下的进水流速均降至设计要求的安全上限值以下。水流经过上述三块消能板后，大部分进水动能被消耗，由水力冲击产生的水涌现象消失，来水在进水渠中的流动变得平缓，4个并联的ACTIFLO加砂沉淀池单元的进水得到均匀分配。

4 结论与建议

综上所述，横岭污水处理厂项目中的污水经过Biostyr反硝化生物滤池+ ACTIFLO加砂沉淀池+ ACTIDYN浓缩池之后，出水水质和剩余污泥质量都达到了深圳横岭污水处理厂（二期）工程深度处理工艺段要求的排放标准。ACTIFLO加砂沉淀池进水分布不均问题也通过消能板的设计和安装解决得到了完美的解决。

参考文献：

[1] 给水排水设计手册 第5册 城镇排水/北京市市政工程设计研究总院有限公司主编，第3版，[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.2

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