许昌市经济开发区位于许昌市西南部，是以发制品产业为主营业务的工业园区，是我国乃至全球最大的发制品产业集聚区^[1]。发制品生产工序包括浸酸、中和、漂洗和染色工艺，排水中污染物有染料、焦磷酸钠、油脂、胶蛋白和毛发纤维等。目前发制品生产废水处理工艺各不相同，园区内现有污水处理站一般包含混凝、水解酸化和氧化还原等技术单元。发制品企业是典型的序批式生产行业，具有间歇性排水、水质水量波动大的特点，各企业分散式处理小规模的生产废水不仅难度大、成本高而且监管不便、部分处理站甚至成了新的“污染源”。为了有效提高许昌市水环境质量，许昌市经济开发区管理委员会积极推进许昌市屯南污水处理厂的建设，计划收集发制品企业预处理后的生产废水，与生活污水集中处理达标后排入自然水体。

许昌市屯南污水处理厂污水处理能力6万m³/d。一期工程设计规模3万m³/d，生化池采用AAO工艺处理综合废水。本研究对许昌市屯南污水处理厂一期工程设计进行梳理，考察了满负荷运行状态下AAO工艺处理综合废水的运行效果，以期为同类污水处理厂的设计提供参考。

根据《河南省许昌经济开发区总体规划（2006-2020）》，许昌市屯南污水处理厂一期工程服务15万人口。参考许昌市现状用水量和许昌市给水工程规划确定生活用水定额，取值160L/（人·d）；近期管网收集率70%，则生活污水处理量1.68万m³/d。调研统计，园区已入驻和拟入驻的企业生产废水排放量1.21万m³/d。考虑处理余量，一期工程的主要构筑物设计规模取值3万m³/d。

生活污水各项水质指标选用《室外排水设计规范》（GB 50014-2006)^[2]的下限值。根据许昌市环保部门批复，发制品企业生产废水预处理后水质达《污水综合排放标准》（GB 8978-1996)^[3]的二级标准方可外排进入屯南污水处理厂。加权平均可计算一期工程进水水质指标。工程出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准^[4]。具体设计水质如表1所示。

如图1所示，工业废水与生活污水在排水管网内进行混合，形成的综合废水通过污水干管输送至粗格栅，拦截毛发纤维等较大漂浮物后，综合废水由泵房提升到细格栅进行细小悬浮物的去除，旋流沉淀池沉去除颗粒态污染物后结束工艺流程的一级处理。

进水COD、BOD₅、TN和NH₃-N污染物质的有效去除依赖于AAO生化池-二沉池的二级处理。AAO生化池同时摄取废水中含磷物质，通过排放剩余污泥的形式去除污水中的大部分TP，但是TP的达标排放更依赖于后续的混凝沉淀工艺。V型滤池和紫外消毒池是综合废水的最后处理单元，是出水SS和粪大肠菌群达标的有效保障。

废水处理中产生的污泥经过脱水处理，含水率达标后外运进行专业化处置。

许昌市污水处理厂总占地面积约5.5hm²，厂区西侧和南侧预留二期工程建设用地，预留面积总计1.93hm²。污水处理厂总平面布置如图2所示。

粗格栅与提升泵房合建，土建规模6万m³/d，平面尺寸19.6m×12.5m。一期工程安装1用1备的粗格栅，待二期工程竣工后互为备用。提升泵房安装2用1备的潜污泵，单台Q=1 140m³/h,H=16m,N=110kW。

细格栅与旋流沉砂池合建，土建规模6万m³/d，平面尺寸15.25 m×8.10 m。细格栅过栅流速0.70m/s，格栅宽度1.6m，栅条间隙5mm。旋流沉砂池1用1备，单池直径3.65m，设计表面负荷200m³/（m²·h），水力停留时间28s。单座沉砂池主要设备有12～20r/min的变速搅拌机1台，功率N=1.5kW；除砂能力20～27L/s的砂水分离器1台，功率N=0.75kW；鼓风机1台，流量Q=2m³/min，功率N=3.0kW。

一期工程设计2座生化池，单池尺寸74.3m×31.9m。AAO生化池分为选择区、厌氧区、缺氧区和好氧区，水力停留时间分别是0.47h、1.61h、4.24h和12.97h。设计平均污泥浓度3.5g/L，泥龄20d，负荷0.064kgBOD₅/（kgMLSS·d）。单座生化池配置2用1备的硝化液回流泵，单台Q=320m³/h,H=2m,N=5.5kW；硝化液回流比200%。

鼓风机房是生化池供气的配套建筑物，土建规模6万m³/d，平面尺寸31.3m×13.0m。一期工程按3万m³/d污水处理能力安装2用1备的罗茨鼓风机，单台Q=86.30m³/min,P=63.7kPa,N=132kW。

配水井与污泥泵井合建，设计规模3万m³/d，平面尺寸14.5m×7.65m。配水井将混合后的生化池出水再次分配至二沉池。将污泥泵井中污泥回流至生化池选择区，设计回流比78%。同时在污泥泵井抽排含水率99.3%的剩余污泥，日均排泥量约548m³/d。

一期工程的二沉池设计了2座直径30.7m的周进周出辐流式沉淀池，表面负荷0.90m³/（m²·h），有效水深4.3m。单池配置中心传动单管吸泥机1套，周边速度2～3m/min，功率N=1.5kW。

网格絮凝斜管沉淀池设计为1座2格，土建规模3万m³/d，平面尺寸36.35m×18.15m。絮凝剂被投加至反应池前段池体，通过水力搅拌完成絮体的絮凝，设计絮凝时间16.78 min。后段池体为斜管沉淀区，设计清水上升流速2.5mm/s，絮体沉降速度0.3mm/s。

加药间是网格絮凝斜管沉淀池的主要配套建筑物，平面尺寸13m×9.2m。加药间土建规模6万m³/d，预留远期加药系统的安装位置。絮凝剂选用聚合氯化铝，药剂投加量为30mg/L。

V型滤池设计为1座4格，平面尺寸27.10m×21.95m，土建规模3万m³/d。设计滤速5.6m/h，过滤水头1.5～2.5m。滤池采用气水反冲洗技术，清洗空气强度15L/（s·m²），清水强度5L/（s·m²）。反冲洗全过程历时12min。

紫外消毒池土建规模6万m³/d，平面尺寸18.75m×7.60m。一期工程安装1套模块式紫外线消毒装置，设计消毒灯管48支，紫外透光率65%，紫外线有效剂量20mJ/cm²。

储泥池和污泥脱水间是污泥处理的主要单元，土建规模分别是3万m³/d和6万m³/d。进出储泥池的污泥含水率分别是99.3%和99.0%，储泥池有效内径8m，有效水深4.1m，污泥浓缩时间7h。污泥脱水间平面尺寸22.7m×10.6m。投加阳离子聚丙烯酰胺辅助带式脱水机进行污泥脱水，投药量3.5g/kgMLSS。储泥池和污泥脱水间处理后的污泥含水率低于80%，最终被运输至许昌市魏清污泥处理厂进行专业化处置。

许昌市屯南污水处理厂一期工程总投资8 277.16万元，其中工程直接费用5 903.66万元，工程其他费用1 749.59万元，基本预备费、贷款建设期利息和流动资金分别是382.66万、197.40万和43.84万元。

一期工程投入运行后，单位水电力消耗量约0.428kW·h/m³，耗电量小于我国50%以上的同等或相近规模污水处理厂^[5]；聚合氯化铝单位水消耗量30g/m³，聚丙烯酰胺单位水消耗量0.45g/m³。不考虑人工费、折旧费和污泥处置费的污水处理成本约0.395元/m³。

项目投入运营后，年用水量876m³，年电力消耗468.71万kW·h，折算为年综合能耗消耗量576.12tce(1tce=1t标准煤），单位产品能耗0.052 6kgce/m³。

2016年8月，许昌市屯南污水处理厂一期工程进水量达2.8万m³/d，水厂基本达到满负荷运行状态。图3分析了满负荷运行后污水处理厂连续6个月的运行效果。实际进水中，高达70%时间的进水COD浓度大于350mg/L的设计目标，个别日期的COD甚至接近1 000mg/L。进水的NH₃-N较稳定，平均质量浓度接近43 mg/L的设计目标。由图3可知，进水中TP浓度波动较大，统计数据中34%的进水TP质量浓度大于设计进水目标。水厂实际进水水质与设计目标存在差异，以及水质的大幅度波动，主要是因为发制品企业超标排放。

虽然一期工程的进水水质波动大，但是COD和TP出水平均浓度分别为（38±34)mg/L和（0.3±0.7)mg/L，达标率分别为88%和99%；出水NH₃-N平均浓度（2.0±2.9)mg/L，远低于设计目标值。复杂的进水条件下，一期工程综合出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的设计指标，证明了AAO工艺对发制品产业聚集区综合废水具有良好的处理效果。

许昌市屯南污水处理厂一期工程主要构筑物设计规模3万m³/d，采用格栅-旋流沉砂池-AAO生化池-周进周出辐流式沉淀池-网格絮凝斜管池-V型滤池-紫外消毒池的工艺流程处理含1.21万m³/d发制品工业废水的综合废水，单位水电耗和药剂成本0.395元/m³，单位产品能耗0.052 6kgce/m³。

水厂满负荷运行后连续6个月的水质监测结果表明，水厂综合出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的设计指标，COD和TP达标率分别高达88%和99%，出水平均质量浓度分别是（38±34)mg/L和（0.3±0.7)mg/L；出水NH₃-N平均浓度低至（2.0±2.9)mg/L。