郑州新区污水处理厂总工程规模为100万m3/d，一期规模为65万m3/d，污泥采用厌氧消化工艺，再生水脱色规模为20万m3/d，污泥干化规模为300 t/d(以含水率80%计)，出水水质指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，目前均已建成并投入运行。二期工程目前已立项建设，建成后总规模将达到100万m3/d。在设计过程中，采用了一系列新理念、新技术和新方法，将郑州新区污水处理厂建设成为资源化、集约化、信息化、低碳化的现代污水处理工程。
1 工程背景
由于城市高速发展，位于郑州市市区的王新庄污水处理厂周边用地性质和用地环境发生了很大变化，该区域规划为郑州市重要的交通枢纽和城市核心。经新一轮污水规划调整，在城市下游规划新建郑州新区污水处理厂，接纳原王新庄污水处理厂处理的中心城区污水，并承担沿线输送管线周边的物流园系统、中牟刘集组团等城市污水的处理，且同步提高郑州市城市污水处理的标准，并作为河道补充水改善受纳水体环境状况。
郑州新区污水处理厂工程总规模为100万m3/d，一期工程污水规模为65万m3/d，污泥采用厌氧消化工艺，再生水脱色规模为20万m3/d，污泥干化规模为300 t/d(以含水率80%计)，出水水质执行GB 18918-2002一级A标准。一期工程于2015年底建成通水，实际出水指标优于设计标准，且已满负荷运行。二期工程于2017年启动建设，建成后污水处理总规模达到100万m3/d，出水标准将进一步提高。
2 设计参数
2.1工程规模
根据《郑州市排水工程规划》《郑州国际物流园区市政基础设施布局专项规划》和《中牟县域市政基础设施专项规划》等规划，郑州新区污水处理厂承担王新庄污水系统、郑州国际物流园区系统和中牟刘集组团系统的污水，总规划服务面积为339.53 km2，服务人口为388.5万人，排水体制采用雨污分流制。
设计研究规划水量，采用分项指标法预测污水量约为100.36万m3/d，采用综合指标法预测污水量约为98.41万m3/d，采用单位面积指标法预测污水量约为113.58万m3/d，几种预测结果比较接近，经综合比较，结合王新庄污水处理厂实际水量的增长，确定新区污水处理厂污水规模为100万m3/d。
2.2设计进水水质
王新庄污水处理厂实际进水水质如表1所示，根据郑州市其他污水处理厂的设计进水水质，结合城市建设现状和发展方向，特别是环境保护控制的要求，综合确定郑州新区污水处理厂设计进水水质如表2所示。
2.3设计出水水质
郑州新区污水处理厂尾水排入小清河，最终汇入贾鲁河。根据环评要求，排放标准按贾鲁河陈桥断面水质目标进行控制，出水水质如表3所示，优于GB 18918-2002一级A标准。
2.4工程用地
郑州新区污水处理厂位于郑州中牟县姚家镇，工程建设用地面积为75.3 hm2，其中一期用地为49.1 hm2。
2.5污水处理工艺流程
郑州污水处理工艺技术已经有了较高的成熟设计运行经验，对于大型污水处理厂，以稳定运行、安全达标为原则，污水处理采用A2/O工艺，深度处理采用混凝沉淀+过滤工艺。
一期工程针对工程进水浓度高、出水标准高的要求，采用了前置缺氧段改良A2/O工艺，污水处理工艺流程如图1所示。
结合工程特点对生物反应池池型进行研究，采用兼具推流式与完全混合式优点的回转式氧化沟池型，如图2所示。
2.6污泥处理工艺流程
一期工程污泥进行厌氧消化，经脱水后300 t/d污泥进入干化系统，其余污泥进入郑州市八岗污泥厂堆肥。剩余污泥经重力浓缩后与初沉污泥混合，一并进入污泥浓缩机房，浓缩至含水率95%后进入污泥消化池。污泥处理工艺流程如图3所示。
2.7脱色工艺流程
根据规划，郑州新区污水处理厂有20万m3/d出水用于补充河道景观用水、道路绿化和热电厂冷却用水等，为提高景观用水品质并确保余氯指标，需进行再生水脱色及余氯补充。再生水脱色工艺流程如图4所示。
3 工程设计
3.1污水处理系统设计
3.1.1粗格栅及进水泵房
粗格栅及进水泵房共1座，进水泵房内设水泵8台(6用2备，2台变频)，Q=5 870 m3/h，H=20.4 m(19.2～21.7 m)。
3.1.2细格栅及曝气沉砂池
细格栅及曝气沉砂池2座，和粗格栅及进水泵房用渠道连接。平面尺寸为57.4 m×51.8 m。细格栅采用鼓型格栅除污机12台(b=6 mm)，沉砂池停留时间为8 min。
3.1.3初沉池
初沉池共8座，直径为40 m，表面水力负荷为3.5 m3/(m2˙h)，有效水深为4 m，池顶加玻璃钢除臭罩。
3.1.4生物反应池
生物反应池共2座8池，采用回转式氧化沟池型，耐冲击能力强。设计停留时间为21 h(前置缺氧段及厌氧段HRT为1 h，缺氧段HRT为8 h，好氧区HRT为11 h)，内回流比为300%，外回流比为100%，有效水深为6 m，气水比为7.5∶1。
3.1.5二沉池
二沉池共16座，采用周进周出二沉池，直径为50 m，表面水力负荷为1.12 m3/(m2˙h)，有效水深为4.5 m。
3.1.6高效沉淀池
高效沉淀池共2座6池，采用加砂高效沉淀池工艺，上升流速为31～43.7 m/h，PAM加药量为0.8～1.2 mg/L，PAC加药量为150 mg/L。
3.1.7中间提升泵房及V型滤池
V型滤池共2座4池，单格有效过滤面积为97.65 m2，设计滤速为9 m/h，强制滤速为9.48 m/h。
3.1.8紫外线消毒池
紫外线消毒池1座2池，有效紫外剂量≥25 mJ/cm2，每池设紫外线消毒渠2条，渠道宽度为2 900 mm，有效水深为1 090 mm，采用斜插式紫外线消毒系统，总灯管数量为672支，总配电功率为460 kW。
3.1.9鼓风机房
鼓风机房1座，设置9台单机高速离心鼓风机，其中7台(5用2备)风量为565 Nm3/min，风压为7 m，电机功率为910 kW;2台(常用)风量为283 Nm3/min，风压为7 m，电机功率为470 kW，为适应夏季高温运行环境，采用水冷却方式，屋顶设置冷却塔。
3.2污泥处理系统设计
3.2.1污泥浓缩系统
(1)污泥浓缩池。污泥浓缩池2座，直径为25 m，有效水深为4 m，有效停留时间为4 h，浓缩池主要目的为浓缩剩余污泥至含水率98%。
(2)污泥均质池及浓缩机房。污泥均质池及浓缩机房1座，将初沉污泥和重力浓缩后剩余污泥进一步浓缩至含水率95%，设置浓缩机5台(4用1备)，单台处理能力Q≥200 m3/h。
3.2.2污泥消化池系统
污泥消化池采用柱形结构，共6座，单池容积为12 700 m3，直径为25 m，垂直高度为32.6 m，地面以上高度为27.4 m，地面以下埋深为5.1 m，污泥消化时间为20 d，消化温度为37 ℃，污泥气产量为42 000 m3/d，采用多层浆叶搅拌器，电机功率为15 kW，保证污泥搅拌均匀。
3.2.3污泥气利用系统
污泥气利用系统包括1座污泥气增压风机房，设置锅炉增压风机3套(流量为750 Nm3/h，风压为35 kPa);火炬增压风机2套(流量为1 500 Nm3/h，风压为15 kPa);2座污泥气储柜(体积为5 000 m3，运行压力为8~10 mbar，1 bar=0.1 MPa);1座脱硫系统，包括粗过滤器2套，生物脱硫系统2套，干式脱硫塔2套，污泥气中H2S设计浓度为5 000 mg/Nm3，脱硫后H2S设计浓度为50 mg/Nm3;1座锅炉房，包括2台消化热水锅炉，3台干化导热油锅炉。
3.2.4污泥脱水系统
污泥脱水机房1座，设置脱水机4台(3用1备)，单台流量为100～150 m3/h。
3.2.5污泥干化系统
污泥干化车间1座，采用浆叶式干燥机，能源采用污泥气，并配置天然气供应系统作为备用能源。设置3条污泥干化线，单条干化线处理能力为100～120 t/d(含水率76%～80%)，出泥含固率为70%(进一步干化可至90%含固率)，蒸发量为2 976～3 241 kg/h。
系统稳定运行后，污泥消化产生的污泥气用于污泥干化，污泥干化的余热经能量回收装置回收用于污泥消化，实现污泥干化的能量平衡，不需要外加热源。
3.2.6污泥水处理系统
设置污泥水处理系统，对污泥处理过程中产生的浓缩池上清液、浓缩滤液、脱水滤液、消化池上清液进行除磷脱氮处理，包括除磷反应器1座，加入氧化镁后，与磷酸盐和氨形成鸟粪石沉淀，鸟粪石颗粒从水中被去除作为一种肥料用于农业生产;脱氮反应器1座，采用厌氧氨氧化工艺，实现氨氮的去除。
3.3再生水脱色系统设计
再生水采用臭氧进行脱色，臭氧制备间与加药间合建，臭氧投加量为5 mg/L，设置臭氧制备系统2套;臭氧接触池1座，停留时间为15 min(高峰流量)。
3.4总平面布置
郑州新区污水处理厂总平面布置分为4个区：由西向东依次为：污泥处理区和预处理区、生物处理区、深度处理处理区，厂前区位于厂区东南角，并预留二期用地，总平面布置如图5所示。
4 工程设计特点
4.1高标准全达标设计理念
郑州新区污水处理厂出水标准优于GB 18918-2002一级A标准，并采取脱色处理，能做到清澈见底，可有效补充河道水资源，对改善郑州市水体环境有很大贡献。
污水处理采用回转式氧化沟池型的前置缺氧段改良A2/O工艺、深度处理采用加砂高效沉淀池，保证稳定达标;污泥处理采用消化、干化、焚烧工艺，充分利用能源和资源;预处理区、泥区加盖除臭，强化除臭系统设计，做到环境友好;选用低噪声、震动小的设备，车间设置隔音门，内墙贴吸音材料。灵活多样的工艺手段，确保新区污水处理厂水、泥、气、声处理均达到较高标准。
4.2紧凑型集约化人性布置
预处理构筑物、生物处理构筑物、深度处理构筑物、污泥处理构筑物等进行了集约布置，近远期构筑物合理布局，为进一步发展创造良好的条件。
厂区中间巡视主通道宽度设置为9 m，每座反应池设置电瓶车通道上池，便于日常巡检及维修养护。
厂前区各个功能单体通过合理的布局，以及连廊的联系，有机的组合在一起，同时也通过这些空间的围合和分隔，划分出了大小不同景观区域，体现“自然、洁净、生态、安全”的设计理念。
4.3资源化回收型能源利用
一期工程污泥处理采用中温厌氧消化、热干工艺，污泥消化产生的污泥气用于污泥干化，污泥干化的余热经能量回收装置回收用于污泥消化，实现污泥干化的能量平衡，不需要外加热源，节约天然气25 000 m3/d。
为减少厌氧消化污泥水对污水处理的冲击，采用厌氧氨氧化和鸟粪石磷回收技术，对污泥水进行处理，实现磷资源的回收。
采用生物脱硫技术，将污泥气中的H2S还原为单质硫，回收利用。
4.4智慧化创新型技术集成
采用智能曝气系统，比常规控制方式节能10%～15%，每年可节约电耗455～683万kW˙h;厂前区预留光伏发电设备设置区域，装机容量达到150～200 kW;采用水源热泵系统，对厂前区建筑物、泥区控制室等进行集中供暖、制冷，节约电耗。
5 结语
郑州市新区污水处理厂工程是我国为数不多的百万吨级污水处理厂，且集污水处理、再生水回用、污泥处理为一体的综合污水处理工程。一期工程投入运行以来，实际出水水质优于设计标准，且运行稳定，高品质的再生水作为河道补充水，营造良好的生态效果;污泥中能源、资源得以回收利用;处理过程中产生的新的污染源得到有效控制;精细化的设计和运行管理，将郑州新区污水处理厂建成高效集约、低碳的资源节约型环境友好型现代污水处理工程。
原标题：百万吨级污水处理厂设计探讨——以郑州新区污水处理厂工程为例
