抚顺三宝屯污水处理厂（DAT-IAT工艺）的设计

王维斌 王秀朵 张大群 张述超 付桂芳
（天津市市政工程设计研究院）

1 工程概述

1.1处理规模

　　 抚顺三宝屯污水处理厂是抚顺市城市污水治理工程的重要组成部分，是实施辽浑太流域治理的优先进行的项目之一，处理规模为：粗格栅、进水泵房平均设计流量50万m³/d，峰值流量为110 万m³/d；细格栅、沉砂池峰值流量为55万m³/d，平均流量为25万m³/d；二级处理、泥处理的处理规模为25万m³/d。
　　工程总占地14.5公顷。概算工程总投资2.59亿元。
1.2进出水水质及处理程度见下表

项 目进水浓度(mg/L)出水指标(mg/L)去除率(%) BOD₅1902586.8 COD_cr45010077.8 SS2042587.7 NH₃-N301550

1.3工艺流程简介
1.3.1污水厂工艺流程图如下

1.3.2污水流程简述
　　原污水由厂外进水方涵（双孔2600×2000）进入厂区的粗格栅井，经粗格栅进入进水泵房，进水泵房峰值设计流量为110万吨/天（雨季）。经过进水泵房提升后，55万吨/天的污水进入两组沉砂池及计量槽，其余部分进行第一次超越。经过沉砂池处理后的污水，进入配水闸井，在此进行第二次超越及配水到反应池，25万吨/天的污水量通过三条d1200钢筋砼管进入设于厂区中部的三组DAT-IAT池，进行二级处理，其余部分通过厂内超越方涵排到厂外（第二次超越）。SBR池出水进入接触池进行消毒处理，消毒后的污水排到厂外的李石河。
　　另外为了节省自来水用量，降低运行费用，加氯用水采用处理后的二级出水，同时在水射器的进水管上串联了两组Y型过滤器，以防止管道堵塞。
1.3.3污泥流程简述
　　全厂共设三组SBR池，每组三组池。每组的池子间歇排泥，每池排1小时，交替进行，这样对于每组池排泥是连续的。SBR池的剩余污泥由潜水排污泵提升，经管道流入污泥浓缩池。污泥浓缩后，由剩余污泥泵房中的螺杆泵抽升到脱水机房的混合池，然后进入离心脱水机进行脱水，脱水后的泥饼运到污水厂附近的垃圾填埋场进行卫生填埋。

2 DAT-IAT反应池

　　本处理厂采用先进的DAT-IAT工艺。全厂共设9座DAT-DAT反应池，在控制上，三座一组。每座反应池的平面尺寸为83.7m×40.7m，钢筋混凝土结构。水深5.11～6.0m，超高0.5m。由一个DAT和一个IAT串联组成,DAT连续进水，连续曝气(也可间歇曝气)；IAT也是连续进水，但间歇曝气。清水和剩余活性污泥均由IAT排出。
2.1 DAT-IAT主要反应过程
　　反应过程一般分为五个阶段：
　　进水阶段：与传统的SBR工艺不同的是，污水连续进入DAT-IAT系统。连续进水使进水的控制大大简化，也减少了管路及进水电动阀门的费用，这是SBR工艺是否适用于大型污水厂的首要条件。
　　反应阶段：一般来讲在DAT中连续曝气，池中水流呈完全混合流态，绝大部分有机物在这个池中降解。经DAT处理后的混合液通过两池间的双隔墙导流系统连续不断进入IAT，IAT间歇曝气进一步去除有机物，使处理出水达到排放标准，同时控制曝气时间和溶解氧浓度，可获得良好的脱氮效果。
　　沉淀阶段：沉淀阶段只发生在IAT。当IAT停止曝气后，活性污泥絮体静态沉淀与上清液分离。DAT-IAT工艺采用独特的双隔墙导流系统，有效地防止了污水自DAT流入IAT时，出现水力短流或扰动已沉淀的污泥层，因而具有良好的沉淀效果。
　　排水阶段：排水阶段只发生在IAT，当池水位上升到设计最高水位时，沉淀阶段结束，设置在IAT末端的滗水器开动，将上清液缓慢地排出池外，当池水位降到设计最低水位停止滗水。
　　待机阶段：在IAT池滗水后完成了一个运行周期，两周期间的间歇时间就是待机阶段。该阶段可视污水的性质和处理要求决定其长短或取消。富余的时间可增加其它阶段。
2.2主要设计参数
　　每座池设计水量2.78万m³/d，校核流量3.61万m³/d。
　　污泥负荷：Fw=0.085kgBOD₅/kgMLSS·d；
　　平均污泥浓度：Nw=4.3g/l；
　　剩余污泥含水率99.4%；
　　IAT池向DAT池回流活性污泥混合液最大回流比为200%。
　　SBR反应池设计水力停留时间HRT=16.59hr;
　　设计污泥泥龄SRT=20d。
　　全厂每天产剩余污泥总量DS=31T；
　　时序控制：
　　DAT连续进水、连续曝气（可调整），回流时间<2h；
　　IAT池设计连续进水，曝气1h、沉淀1h、滗水≤1h;
2.3主要设备
　　滗水器：在每组池的IAT端部设2组旋转式滗水器，每组滗水器由2个堰长L=8.5m的旋转式滗水器组成，每池每周期设计排水量3472m³。单组滗水器滗水量Q＝1736m³/h，滗水器设计堰口负荷Q=28.5l／s·m，设计滗水深度0.9m，滗水器滗水深度可在0.5～1.5m范围内调整。
　　曝气器：每座DAT池采用宜兴高塍玻璃钢化工厂生产直径192mm橡胶膜式微孔曝气器2880个，单只供气量按大于2.2m³/h。每座IAT池采用德国进口GVA橡胶膜式微孔曝气器1326个，直径300mm，单只供气量按大于6.9m³/h。
　　回流污泥泵：为保持DAT池内足够的混合液浓度，需从IAT池将混合液回流到DAT，对于全池平均MLSS=4.3g/l；IAT池MLSS约5g/l，DAT池约3.3g/l，最大污泥回流比200%。在IAT两侧墙处设两套回流污泥泵，单台泵流量Q=385l/s，扬程H=2.0m。回流污泥管在DAT池四角布置，末端设喷管，加强混合搅拌效果。
　　剩余污泥泵：每周期排剩余污泥一次，排泥浓度约为6g/l，每周期每池排剩余污泥量72m³，设计排泥时间为1h，每池设流量Q=75m³/hr，扬程H=10m，剩余污泥泵一台。

3 其它构筑物设计

3.1进水粗格栅井
　　污水厂进水为双孔2600×2200方涵，在进厂处设置了粗格栅井，粗格栅间隙为100mm，以去除体积较大的悬浮垃圾、木块等杂物。粗格栅井上设罩棚，栅渣用皮带输送机输送到污渣斗内。
3.2进水泵房
　　进水泵房的峰值设计流量为110万m³/d，选用10台（9用1备）飞力潜水泵，单泵流量：Q＝5062m³/h、扬程：H＝12.0m、配套电机功率：N＝215kW。为防止水泵倒灌、方便维修，在每台泵出水管上安装有止回阀和手、电两用闸阀。在进水处设6台宽度2米的回转式固液分离机，安装角度75°、格栅间隙25mm。为便于集水池放空清淤及设备的检修，将集水池分为两格。
　　旱季时五台泵运行，雨季时启动其它水泵。55万m³/d的进入污水一级处理构筑物，其余污水近期直接排放。
3.3沉砂池
　　共设两个系列，每个系列设两座钟式沉砂池，沉砂池直径为5800m的园型，下部为砂斗，每池处理能力为：Q＝1750L/s。两台沉砂池共用一台砂水分离机，处理能力为100m³砂水混合液/h或1.5吨砂／h。沉砂池中的沉砂经气提后，输送至砂水分离机。在沉砂池的出水渠道上设巴氏计量槽计量污水量，喉宽为1.75m。
　　在沉砂池进水渠上设置了细格栅，细格栅选择德国琥珀公司生产的自清洗细栅过滤器，该设备由筛筐、螺旋输送器、压缩器组成。细栅过滤器倾斜放置于渠道上，污水从前面流入筛筐，狭窄的栅格之间的空隙，悬浮和漂浮物以及纤维和硬毛被挡住，由粑齿将栅渣收集起来并投入中央栅渣槽，转动的螺旋输送器将栅渣送入压缩容器脱水压紧(脱水含固量可达30～40%DS)，实现了悬浮物、固体颗粒的去除、提升、挤压、脱水、排除一次完成。整个设备为全封闭结构、无异味、自动化水平高。每个系例设2台细格栅：直径：2400mm、过滤水深：1400mm、栅条净距：10mm。
　　在细格栅上设操作间，并设置采暖设施。
3.4加氯间及氯库
　　按季节性加氯考虑，出水设在线余氯分析仪实时监测出水余氯量，并输出0-20mA的信号到分控站，并以此控制加氯量。设计加氯量为7.0mg/L（PPM），选用美国CAPITAL公司的真空加氯机2台(1用1备)，加氯能力为75kg/h，同时配套提供全套的管路系统。在加氯正压区设置了氯气报警器，报警信号可在值班室及总控室显示，同时还发出音响报警，为防止意外事故发生，设置一套1000公斤级的漏氯吸收装置。所有设备均在分控站PLC的控制下自动运行。
　　加氯点设在污水处理厂的接触池的进水口处，为保证加氯用水射器的背压，设置离心加压泵两台，Q＝50m³/h，H＝40m。为节省自来水源，加氯背压水采用处理后的出水，同时增设了必要的防堵塞措施。
3.5接触池
　　接触池设计接触时间为30分钟，接触池分为两格，由闸门控制，必要时可通过闸门控制超越其中一座。每格尺寸L＝40m；B＝20m，有效水深4m。为防止短流每池设6个廊道。为了测量二级出水流量，在出水堰上设置了超声波明渠流量计。为了减少堰上水头，出水堰做为折线形，超声波明渠流量计的计算模型采用了先进了自校正模型。基本原理是：在原明渠矩形薄壁堰的公式的基础上，引入一个校正系数，该系数可根据巴式计量槽的计量结果进行自动校正（在不进行第二次超时，二者应相等）。这样可减小接触池的池深及整个流程的水头损失。
3.6鼓风机房
　　鼓风机房用四台可调导叶片的单级高速离心风机，三用一备，鼓风机单台设计流量Q＝24000m³/h，设计风压P＝0.7bar，配套电机功率630kW。鼓风机采用水冷方式，冷却系统主要设备：逆流式玻璃钢冷却塔一套，流量为Q＝86m³/h，安装在室外屋顶上；冷却循环水泵Q＝50m³/h，H=60m两台，一用一备。
　　为减小鼓风机的噪音，每台风机进出风管及放空管均设隔音罩，另外出风管设置于地下管廊中，进一步降低噪音。为了保证微孔曝气器的正常工作，在进风廊道的四个进风口处设置了四台自动卷绕式空气过滤器，该设备对于大于1μm的灰尘除尘效率为70％；对大于5μm灰尘，除尘效率大于80％；对大于8μm灰尘去除效率大于96％。
3.7浓缩池
　　设两座辐流式浓缩池，上口直径22m，池边有效水深4.3m，超高0.3m，池底坡度15%。池内设一台带搅动栅的中心传动刮泥机，并带工作桥。为便于清通维修，进泥管采用上部进泥，每池进泥管上设手、电动闸阀一个，可控制两池进泥状态。
3.8剩余污泥泵房
　　设一座半地下式剩余污泥泵房，安装两台螺杆泵直接从浓缩池内抽吸污泥，并送至脱水机房的混合池。螺杆泵的主要设计参数为：流量：Q＝55m³/h、扬程：H＝10m。
3.9脱水机房
　　脱水机房由污泥混合池、脱水机房及泥饼堆放间合建而成。污泥混合池平面尺寸为7.5m×2.5m，有效水深3.5m。为了避免剩余污泥在混合贮池内沉淀，设有飞力潜水搅拌机一台。
　　脱水间平面尺寸为18.74m×12m，分上下两层，底层安装制药液装置一套，最大制备能力10kg/hr聚合物粉末，药液浓度0.5%，投药泵3台(2用1备)，选用计量泵，Q=0.5～1.5m³/hr，H=20m。另外设螺杆泵三台（两用一备），从混合池抽吸污泥到脱水机。脱水机安装在二层，设脱水机3台(两用一备，与螺杆泵和投药泵一一对应)，处理能力为30m³/hr，脱水后污泥通过安装在二层楼板下的无轴螺旋输送机，输送至污泥堆放间，运到污水厂附近的垃圾填埋场进行卫生填埋。上述所有设备在分控站PLC的控制下自动运行。
　　污泥堆放间与脱水机房合建，污泥堆放间与脱水机房合建。为防止冬季泥饼冻结，堆放间内考虑采暖。

4 附属建筑物经济指标

　　全厂设综合楼、浴室等附属房间，主要经济指标见下表：

序号编号名　　 称建 筑 面 积备注 1301综合楼2200 2302浴室250 3303锅炉房255计算热负荷：1.1MW 4304餐厅306 5305车库380 6306仓库390 7307机修车间444 8308门卫28

5 电气设计

5.1变配电系统设计
　　全厂共设三座变电站，63KV变电所一座，10KV变电所两座。
　　厂内设63kV变电所一座，采用单电源供电，由抚顺市电力部门提供一路63kV电源，变电所内设单台主变，变压器容量为6300kVA。
　　全厂负荷最集中的构筑物是鼓风机房和进水泵房。由于总图平面布置的限制，鼓风机房与进水泵房距离较远。在设计中进行了经济、技术方面的比较，确定设10kV变电站两座。在厂区中部，鼓风机房附近设一座主变、配电站，安装两台630kVA变压器，供污水厂除进水泵房以外的所有低压设备电力及照明用电（鼓风机为高压电机，由10KV电源直接供电）。在进水泵房南侧设一座分变配电站，安装两台1600kVA变压器，供10台230kW进水泵用电。
5.2负荷计算及无功补偿
　　本工程的负荷计算，设备采用需求系数法，照明及生活用电按单位面积用电量计算。得结果如下：有功功率P_js=4195kW、无功功率Q_js=3146kVar、总功率S_js=4642kVar。选用6300KVA变压器一台，变压器负载率为74％。
　　为提高电网功率因数，节省能源，在两座10KV变配电站的高、低母线侧分别设无功功率补偿装置，10KV侧补偿容量为4×200 KVAR。0.4 KV侧补偿容量分别为2×400KVAR，2×180 KVAR，经补偿后，功率因素可达0.95以上。

6 自控设计

6.1控制系统
　　全厂自控采用集散型控制系统，三级构成：第一级—就地控制(即MCC控制)；第二级—现场控制站(即PLC控制)；第三级—中央控制室(即操作站)。中央控制室设于厂前区综合楼内，负责监控全厂污水处理过程中各工艺参数的变化情况，设备工作状态和运行管理。
　　根据污水处理过程各个分区的功能不同，在本污水处理厂生产区内共设置五个现场控制站。第一分控站(PLC1)主要负责的构筑物为：粗格栅、进水泵房、变配电系统；(2)第二分控站(PLC2)主要负责的构筑物为：细格栅、沉砂池、计量槽；第三分控站(PLC3)主要负责的构筑物为：鼓风机房、SBR反应池；第四分控站(PLC4)主要负责的构筑物为加氯系统；第五分控站主要负责的构筑物为：浓缩池、脱水机房。
　　为使污水厂管理者及时获得更直观的现场情况，全厂设置了闭路电视监视系统，配备全天候摄像机4台，固定式摄像机6台。分别安装在变电站、脱水机房、鼓风机房等处。
6.2主要设备的控制简述
　　（1）格栅：正常情况下，由PLC控制定时开停，当格栅前后的液位差大于设定值时，则连续运行，直至液位差达到正常值一定时间后，恢复定时运行状态。
　　（2）螺旋输送机或皮带机：与服务设备（格栅、分砂机或脱水机等）联动运行。提前开启，滞后关闭。
　　（3）污水泵：主要靠水位来确定水泵的运行。多台泵应按先开先停、后开后停、轮流倒车原则进行控制。
　　（4）钟式沉砂池及配套设备：按设定的时间程序控制顺序闭环运行。
　　（5）DAT-IAT池：由两套编制的时间程序闭环运行，分别为正常程序和应急程序。溶解氧控制由根据设定的溶解氧浓度，调节空气管上的电动蝶阀开度。
　　（6）鼓风机及配套设备：在分控站PLC控制下全自动运行。PLC根据压力表输出的4-20MA的信号调节进风导叶片，必要时调整鼓风机的开启台数，保持总出气管上压力恒定。
　　（7）加氯机及配套设备：在分控站PLC控制下全自动运行。加氯机由余氯分析仪测得的0-20MA的信号调节加氯量。
　　（8）脱水机及配套设备：在分控站PLC控制下全自动运行。

7 设计特点及经验总结

7.1采用先进的处理工艺DAT—IAT工艺
　　本处理厂采用先进的DAT-IAT工艺。该工艺由一个DAT池和一个IAT池串联组成,DAT连续进水，连续曝气(也可间歇曝气)，IAT也是连续进水，但间歇曝气，处理后的清水和剩余活性污泥均由IAT排出。由于这种工艺进水是连续的，所以克服了很多间歇进水SBR工艺的不利因素，特别适合于大型污水处理厂。另外该工艺独特的双隔墙设计，有效的防止了水力短流和对沉淀污泥的扰动。是大型污水处理厂设计中值得推广的一种工艺。再有，通过对各阶段时间的调整和对溶解氧的控制，该工艺可获得良好的脱氮效果。
7.2工艺管线的施做
　　为了施工和安装方便，污水处理厂工艺管线（包括污水和污泥）一般都采用铸铁管，有时也用钢管。本工程由于处理规模较大，工艺管线较粗，若采用铸铁管费用太高。经比较确定采用预应力混凝土管，以节省投资。在管道转弯及三通处，采用转换接头及标准件进行连接，而不是混凝土压力井的方式，降低了工程造价，方便了安装施工。但要注意的是，采用这种办法钢管件的防腐处理一定要严格。
7.3输配水方面
　　一座污水处理厂，特别是大型污水处理厂设计中，工艺选择和总图布置固然重要，但输配水方面的精心设计，往往会大幅度降低总投资。在抚顺污水处理厂充分考虑这个问题，在很多方面做了细致周到的考虑，为国家节省了大笔的建设费用。现举例说明之：
　　（1）如前所述，污水厂做了两次超越。第一次超越目前仅是雨季时出现，但由于不远的将来，污水厂将实施二期工程，目前泵站水泵设计已充分考虑了到二期污水处理所需要的扬程，仅就超越而言，这个扬程明显是富余了。于是在设计超越砼方涵充分利用扬程，采用较小的断面尺寸，以节省土建投资。
　　（2）对于全厂三组9座SBR的配水，设计中往往采用配水井，这需要设专门的构筑物另外水头损失较大。由于DAT-IAT工艺对水量水质冲击适应性较强的特性及污水量在一天内变化不均匀现实情况，所以在设计中采用了分流闸井和管道配水结合的方式：在配水闸井内通过调节闸门的开启高度，控制到各组反应池污水量，到各座DAT-IAT池的配水采用类似大阻力配水系统的原理，即通过一条较粗的干管及到三座DAT—IAT池的较细支管实现配水的目的。这样既保证了配水的均匀性，以节省了工程投资。
　　（3）对于接触池超越问题，也进行了独特的设计。一般污水处理厂的消毒接触池是季节性加氯，如果在不加氯或检修时，往往需要超越接触池。一般的设计是采用超越管道及闸井的办法，这样对于大型污水处理厂，往往因增设管线及土建配套需增加较多的投资。在本次设计中，采用了将两座接触池合建的方式，由于接触池较大，直接合建会给土建设计增加很多难度，本工程采用双池通过联通管联接的方式，用闸门进行切换。这样既减少了土建难度，节省了管道及专门的闸门井，也解决了接触池的超越问题。
7.4加氯方面的节水
　　在加氯方面我们也做了独特的设计。在污水处理厂的加氯工艺中，很多都是用自来水做为加氯用水（在没有中水的情况下），实际上每小时几十吨甚至上百吨的自来水做为加氯水射器背压水流入污水中，无疑是巨大的浪费。为此本工程与加氯供货商进行认真充分的研究，决定用处理后的污水做为代替自来水，并采取了必要的防止水射器堵塞的措施。值得指出的是，由于采用了这一方案，余氯分析仪也可设在加氯间而不必在出水处另设房间。
7.5严寒地区必要的措施
　　因地处东北地区，冬季气候寒冷，在设计中充分考虑这一因素。采取了必要的工程措施：
　　（1）在管线综合时，尽量使怕冻的管道设在冰冻线以下，其它管线不应都因此增加埋深。
　　（2）处理构筑物在进行经济比较后，适当增加埋深，防止冬季热量散失过快，影响处理效果。
　　（3）在很多处理构筑物上增设了上部建筑，并按巡视要求进行采暖设计。
　　（4）对某些构筑物及管道增设必要的保温措施
7.6全自动的控制
　　全厂自控采用集散型控制系统，共分三级：第一级—就地控制(即MCC控制)；第二级—现场控制站(即PLC控制)；第三级—中央控制室(即操作站)。厂内所有设备及主要处理过程均为自动控制运行。另外，还设置了闭路监视系统，监视全厂各重要部分的运行情况。使抚顺三宝屯污水厂成为一座工艺先进、自动化程度很高的现代化工厂。