目前国内部分城市相继出台污水处理厂污染物地方排放标准, 其排放指标较一级A排放标准更为严格, 郑州市也在其中。郑州市颁布《贾鲁河流域水污染物排放标准》后正逐步实施《水污染防治行动计划》, 积极开展海绵城市、黑臭水体治理项目。市域范围内污水处理厂的出水水质直接影响郑州市所属的淮河流域水质目标的完成, 排水标准势必要求进一步提高。

　　 活性炭以其优异的吸附性能在市政给水、工业废水中应用较为普遍, 但价格等因素导致市政污水鲜有使用^[1~3]。随着技术的进步, 活性焦以其高性价比的优势, 使得市政污水处理厂大规模应用成为可能。为此, 郑州进行了以活性焦吸附为主工艺对二级处理出水进行深度处理的中试研究。中试结果见表1, 其出水水质完全满足《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) 类Ⅲ类标准的要求。马头岗污水处理厂升级改造工程即以此中试结果为指导进行工程设计。

　　 郑州马头岗污水处理厂总处理水量60万m³/d, 一、二期工程各30万m³/d, 主要收集处理排水系统内生活污水和工业废水。

　　 一期工程于2007年下半年建成通水, 设计排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 二级标准 (部分指标优于二级标准) ^[4];2010年7月进行升级改造, 改造后排放标准为一级B标准^[5]。二期工程于2013年开工建设, 设计出水水质为一级A排放标准。

　　 为合理确定升级改造工程进水水质, 有针对性地提出污染物去除措施, 统计分析了现状一、二期出水水质, 结合郑州市治理黑臭水体及淮河流域水质达标的要求, 确定工程进出水水质见表2。

　　 工程技术路线主要通过对现状生物反应池的挖潜, 改变缺氧及厌氧的停留时间、预留投加填料改为MBBR工艺解决氨氮、总氮的问题;通过活性焦吸附去除COD、色度;通过气浮及过滤去除TP及SS, 从而使出水全面达到设计标准, 其工艺流程见图1。

　　 气浮除磷池全厂设置1座, 分为8组, 每组分为独立2个系列, 共16个系列。每系列混合时间3.45min, 絮凝时间7.29min, 气浮表面负荷27.5m³/ (m²·h) 。

　　 全池设置16台进水闸门, 以便分区检修。设置混合搅拌器16台, 单台功率5.5kW, 絮凝搅拌器16台, 单台3kW。每4个系列共用1台气浮污泥排放泵, 共用1座污泥储池, 污泥泵采用潜污泵, 设置5台, 4用1冷备, 单台Q=50m³/h, 扬程H=30m, 功率N=7.5kW。每座污泥储池设置1台污泥搅拌器, 共4台, 单台功率15kW, 将气浮污泥快速搅拌均匀, 便于泵送。设置10套 (8用2备) 干式离心溶气回流泵, 单台Q=220m³/h, 扬程H=50m, 功率N=55kW, 溶气所需要的空压机及罗茨风机配套设置。

　　 气浮除磷池除磷及去除SS效果较好, 但气浮污泥难以浓缩脱水, 本工程气浮污泥输送至现状板框深度处理车间。

　　 深度处理工程水量60万m³/d, 分为两期建设, 一、二期各30万m³/d, 均需设置中间提升泵房。

　　 两座中间提升泵房平面布置基本相同, 仅从一、二期实际水力流程出发, 中间提升泵站的溢流及超越设置不同:一期进水由气浮处理池处溢流、一期中间提升泵后超越;二期进水由二期中间提升泵房处设置溢流及超越。

　　 两座中间提升泵房内分别设置潜污泵6台 (5用1备) , 单台Q=3 250m³/h, 一期扬程H=10.2m, 功率N=132kW;二期扬程H=9.25 m, 功率N=110kW。为节约能耗、适应污水水量波动, 每座泵房内其中2台设置变频。

　　 二期中间提升泵房进水井内设置有全厂水源热泵房取水潜污泵2台, 单台Q=173m³/h, 扬程H=20m, 功率N=18.5kW。

　　 活性焦吸附池是深度处理阶段的核心, 主要吸附去除COD及部分SS。活性焦实质是一种低比表面积 (一般≤600m²/g) 活性炭, 碘吸附值850 mg/g, 亚甲基蓝吸附值120 mg/g。相对于木质活性炭, 其中孔比例更高, 正是这种孔隙结构比例, 使活性焦在污水处理领域有广泛的空间, 其吸附性能更优, 具有价格相对便宜、机械强度高、耐磨损等优点。

　　 本工程总规模60万m³/d, 共设置活性焦吸附池4座, 每2座吸附池配套1座活性焦房。活性焦吸附池及活性焦房的布置见图2。单座吸附池内设置5m×5m活性焦吸附塔48座, 每列6座, 共8列, 每两列共用操作管廊, 单座活性焦吸附池共设置4个管廊。每座吸附塔高度9.5m, 内部活性焦, 装填粒径2~5mm, 装填高度7 m, 上升虑速约6.7m/h, 空床停留时间约60min。

　　 单座活性焦吸附塔配套设置排焦管路及排焦阀门、翻焦管路及翻焦阀门、冲洗管路及冲洗阀门等, 其工作时序可按表3进行布置 (每段工作时间具体项目可调) 。

　　 每座活性焦房为2座吸附池配套服务。活性焦房二层设有配水渠道及配水堰、空压系统和次氯酸钠加药系统, 配水渠为2座活性焦吸附池内的吸附塔均匀配水;空压系统为各管路上气动阀提供压缩空气;加药系统分别投加至活性焦配水渠及后续的V型滤池进水井。活性焦房一层设置有变配电间、震动脱水筛间及进焦池、滤液池等。

　　 单座活性焦房设置8台震动脱水筛, 单台筛面1 500mm×400mm;进焦干式离心泵10台, 8用2冷备, 单台Q=40m³/h, 扬程H=25 m, 功率N=7.5kW, 由于投加焦水混合物, 泵后未设止回阀;干式离心滤液排出泵2台 (1用1备) , 单台Q=40m³/h, 扬程H=25m, 功率N=7.5kW。

　　 消毒药剂次氯酸钠采用原液投加, 设置计量泵4台 (3用1备) , 单台Q=200~500L/h, 扬程H=50m, 功率N=0.37kW。

　　 活性焦吸附池翻焦、排焦过程中会有一部分细小的、磨碎的焦粒被出水带走, 影响出水感官性, 为进一步去除水中SS及流失的细颗粒焦炭, 本工程设置V型滤池作为把关单元。V型滤池共22格, 单格面积为120m², 设计滤速v=9.5m/h, 强制滤速v=9.9m/h, 滤料粒径1.35mm, 不均匀系数小于1.3, 滤料层厚度1.5 m, 滤板安装长柄滤头56个/m², 气冲强度15 L/ (s·m²) , 水冲强度2.5L/ (s·m²) , 扫洗强度1.8L/ (s·m²) 。

　　 借鉴二期工程经验:考虑到V型滤池反冲洗废水排放渠道容积较大, 未设置反冲洗废水排放池, 减少1座构筑物;另优化高程布置后使得反冲洗废水排放渠道内反冲洗废水可重力排放至厂区污水管道, 减少排放泵等设备及设备附件。这种排放方式简单有效, 但在设计时需要考虑厂区污水管道的排放能力, 避免反冲洗废水排放不畅导致溢流至厂区地面。

　　 本工程出水水质优良, 出水泵送至郑州龙湖中心岛及杨金工业园后作为水源热泵的冷热源后排放至贾鲁河作为景观用水。

　　 送水泵房按照60万m³/d配置土建及设备。集水井考虑特殊情况下的溢流措施。

　　 泵房内设置12台卧式离心泵, 分2组运行。第1组5台 (4用1备) , 送至杨金工业园;第2组7台 (6用1备) , 送至龙湖中心岛。单台参数均为Q=2 500m³/h, 扬程H=42m, 功率N=355kW, 均采用10kV高压供电。

　　 本工程总投资37 061.72万元, 其中第一部分工程费31 163.25万元, 二类费3 354.56万元。

　　 本工程全部电耗以60万m³/d为基数核算, 单位水量电耗为0.185kW·h/m³。其中一期出水部分0.089kW·h/m³;二期出水部分0.056kW·h/m³;送水泵房部分为0.11kW·h/m³。单独活性焦吸附部分为0.056kW·h/m³。

　　 工程单位成本费用0.57元/m³, 单位经营成本0.47元/m³。用地指标仅0.107m²/m³。