同安污水廠改造與擴(kuò)建工程案例

吳艷華，張曉維，許從愿，劉泰鈴，陶光輝，陳春明

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

1 同安污水廠概況

同安污水廠現(xiàn)狀規(guī)模為10萬m3/d，包括一期、二期和三期工程。其中，一期工程規(guī)模為5.0萬m3/d，于2003年投產(chǎn)運(yùn)行；二期擴(kuò)建時(shí)，服務(wù)范圍內(nèi)工業(yè)廢水逐漸增多，將一期工程5萬m3/d調(diào)整為承擔(dān)4萬m3/d處理任務(wù)，二期工程承擔(dān)6萬m3/d處理任務(wù)，一期和二期工程總規(guī)模達(dá)到10萬m3/d，二期工程于2009年投產(chǎn)；三期工程是規(guī)模為10萬m3/d的提標(biāo)改造工程，也于2018年年初完成并投入運(yùn)行。污水廠現(xiàn)狀處理工藝為：細(xì)格柵+曝氣沉砂池+多點(diǎn)進(jìn)水AAO生化池+幅流式二沉池+中間提升泵房+混凝沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池?，F(xiàn)狀出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中BOD5、NH3-N、TN指標(biāo)執(zhí)行地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展、城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大及截污管網(wǎng)工程的大力實(shí)施，污水量增長(zhǎng)迅速，必須對(duì)現(xiàn)有污水廠進(jìn)行擴(kuò)建。根據(jù)污水量預(yù)測(cè)分析，確定同安污水廠遠(yuǎn)期總規(guī)模為25萬m3/d。近期需擴(kuò)建10萬m3/d(即本次四期工程)，預(yù)留5萬m3/d遠(yuǎn)期再擴(kuò)建?？紤]到工業(yè)廢水的混入，進(jìn)水水質(zhì)濃度高及出水水質(zhì)要求高的特點(diǎn)，擴(kuò)建工程采取了流程較長(zhǎng)的處理工藝方案，擴(kuò)建工程整體處理思路與現(xiàn)狀處理工藝基本一致。

2 工藝方案

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水廠進(jìn)水CODCr、BOD5、TP、TN等均較高，近4年95%覆蓋率CODCr達(dá)到814.4 mg/L，平均值達(dá)到375.1 mg/L；95%覆蓋率TP達(dá)到19.43 mg/L，平均值達(dá)到9.6 mg/L；95%覆蓋率TN達(dá)到52.16 mg/L，平均值達(dá)到33.0 mg/L；各項(xiàng)污染物進(jìn)水濃度高，處理難度大。

近年來，隨著環(huán)保執(zhí)法力度的逐漸加大，以及對(duì)工業(yè)企業(yè)違法偷排查處力度加強(qiáng)，污水廠的進(jìn)水水質(zhì)基本處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，因此，污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)取值如表1所示。

根據(jù)環(huán)境保護(hù)局的批復(fù)意見，同安污水廠出水水質(zhì)要求執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 189180—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中BOD5、NH3-N、TN指標(biāo)執(zhí)行地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，與《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)中城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相比，僅糞大腸菌群指標(biāo)不滿足要求，雜用水要求小于3個(gè)/L，出水執(zhí)行表2標(biāo)準(zhǔn)。

表1 同安污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Influent Quality of Tong'an WWTP

表2 同安污水廠出水水質(zhì)Tab.2 Effluent Quality of Tong'an WWTP

2.2 工程設(shè)計(jì)水量

根據(jù)總用水量預(yù)測(cè)及污水量測(cè)算，同安污水廠近期規(guī)模為20萬m3/d，遠(yuǎn)期總規(guī)模為25萬m3/d?，F(xiàn)狀規(guī)模為10萬m3/d，本次擴(kuò)建規(guī)模為10萬m3/d。

2.3 工藝流程的確定

同安污水廠的尾水標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)大部分廠站相比，已是高標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)現(xiàn)狀同安污水廠進(jìn)水混入工業(yè)廢水和尾水要求回用的特點(diǎn)，擴(kuò)建工程采用強(qiáng)化常規(guī)處理工藝，并增設(shè)深度處理工藝，使出廠水水質(zhì)始終滿足或優(yōu)于尾水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3.1 常規(guī)處理工藝

同安污水廠現(xiàn)狀處理工藝前端未設(shè)置初沉池，因此，面對(duì)高濃度進(jìn)水及重金屬突擊時(shí)，對(duì)生化池及后續(xù)處理構(gòu)筑物的處理效果沖擊較大，結(jié)合同安污水廠現(xiàn)存問題，吸取現(xiàn)狀污水廠的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，擴(kuò)建部分采用的強(qiáng)化常規(guī)處理工藝如下。

(1)增設(shè)初沉池，通過一級(jí)高效沉淀池的初沉，在去除SS的同時(shí)，去除約20%的有機(jī)污染物，有效降低了后續(xù)生物處理的負(fù)荷，更有利于生物處理的效果。在面對(duì)重金屬等污染物質(zhì)的沖擊時(shí)，通過SS的沉淀去除，也可以同步降低一部分重金屬的濃度，減輕對(duì)后續(xù)生物處理的不利影響。

(2)重視內(nèi)碳源的分配，在生物處理工藝上，設(shè)計(jì)比現(xiàn)狀生物處理更長(zhǎng)的好氧停留時(shí)間，確保氨氮的徹底硝化；另外，選擇三點(diǎn)進(jìn)水AAO，對(duì)生化池分多點(diǎn)進(jìn)水，營(yíng)造不同的缺氧、好氧環(huán)境，充分利用內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化，可大幅度降低外碳源的用量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

2.3.2 深度處理工藝

為了進(jìn)一步去除污水中較易沉積的懸浮物及BOD5、TP，深度處理設(shè)置二級(jí)高效沉淀池，考慮到污水廠進(jìn)水TN偏高，同時(shí),為更好地同現(xiàn)狀深度處理工藝進(jìn)行銜接，保持工藝的一致性和管理的便利性，深度處理階段采用反硝化濾池，確保出水TN達(dá)標(biāo)。為了確保尾水的順利排放，在現(xiàn)有的中間提升泵房?jī)?nèi)增設(shè)設(shè)備，對(duì)擴(kuò)建工程的污水進(jìn)行中途提升。

2.3.3 污泥處理工藝

現(xiàn)有污泥處理區(qū)位于廠區(qū)西北側(cè)，原污泥處理區(qū)按照規(guī)模10.0萬m3/d建設(shè)，污泥濃縮池和污泥脫水車間空間均不足，沒有改造空間，且污泥處理區(qū)距離現(xiàn)有居民安置房較近，屢次遭到投訴。因此，本次對(duì)廠區(qū)污泥處理區(qū)進(jìn)行整體遷建，在廠區(qū)東南側(cè)重建全廠污泥處理區(qū)，規(guī)模滿足全廠遠(yuǎn)期25萬m3/d污水產(chǎn)生的剩余污泥處理能力，脫水后污泥外運(yùn)焚燒處理。

該套污泥系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

圖1 同安污水廠污泥處理流程示意圖Fig.1 Diagram of Sludge Treatment Process of Extension Project of Tong'an WWTP

同安污水廠現(xiàn)有污泥處理工藝為“重力濃縮+離心脫水”工藝，運(yùn)行較為正常，能滿足現(xiàn)狀污水處理廠的運(yùn)行需求。本次擴(kuò)建為最大程度地利用現(xiàn)有設(shè)備，仍保持該工藝流程不變，在廠區(qū)東南側(cè)新建全廠的污泥處理中心、污泥濃縮池、污泥脫水車間、脫水設(shè)備。建設(shè)完成后，將現(xiàn)有污泥脫水車間內(nèi)的設(shè)備搬遷至新的污泥脫水車間內(nèi)，處理后的泥餅運(yùn)輸至騰龍樹脂焚燒處置。

2.3.4 擴(kuò)建、改造工程工藝流程

通過分析比選并結(jié)合同安污水廠現(xiàn)狀處理工藝，確定擴(kuò)建工程的工藝流程如圖2所示。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 污水處理系統(tǒng)

3.1.1 新建粗格柵及提升泵房

現(xiàn)有粗格柵及進(jìn)水泵房按照旱季規(guī)模10.0萬m3/d建設(shè)，泵房?jī)?nèi)6個(gè)泵位已全部安裝到位，現(xiàn)有泵房及出水管道均無法滿足擴(kuò)容到25.0萬m3/d，因此，本次擴(kuò)建需新建一座粗格柵及進(jìn)水泵房，土建規(guī)模按照15.0萬m3/d，設(shè)備安裝規(guī)模按照10.0萬m3/d。格柵間包括格柵除污機(jī)及檢修閘門，共設(shè)置格柵機(jī)3套，渠道寬度為1.30 m，柵條間隙為20 mm，安裝傾角為70°。泵房?jī)?nèi)設(shè)潛污泵4臺(tái)，3用1備，單泵參數(shù)：Q=1 806 m3/h，H=13 m，P=110 kW。泵房?jī)?nèi)配套起吊設(shè)備和閘門等。

3.1.2 新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池

新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池一座，土建規(guī)模為15.0萬m3/d。

細(xì)格柵間共分為3個(gè)廊道，近期安裝，其中2個(gè)廊道里的循環(huán)齒耙清污機(jī)，渠道寬度為2.30 m，柵條間隙為5 mm，安裝傾角為60°，在格柵后設(shè)置1臺(tái)無軸螺旋輸送機(jī)及壓榨機(jī)，將柵渣輸送至渣斗和渣車，脫水后的柵渣含水率應(yīng)小于60%。格柵前后各設(shè)置1臺(tái)手電兩用渠道插板閘門，尺寸為1.4 m×1.70 m，作為格柵檢修時(shí)切斷水流使用。

建設(shè)曝氣沉砂池一座，內(nèi)分為兩個(gè)廊道，尺寸為28.9 m×12.90 m，有效水深為3.20 m，峰值流量停留時(shí)間為5.45 min。

曝氣沉砂池內(nèi)設(shè)置移動(dòng)橋式吸砂機(jī)，跨度為12.2 m，配置2臺(tái)除砂泵，單泵流量為42 m3/h，H=7.0 m，將砂斗內(nèi)沉積砂粒提升后，輸送至砂水分離器，經(jīng)過砂水分離后，外運(yùn)處置，空氣干管設(shè)置在沉砂池中部，采用羅茨風(fēng)機(jī)供氣。經(jīng)收集后的浮渣由撇渣管收集外排。

圖2 同安污水廠擴(kuò)建工程工藝流程Fig.2 Process Flow of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.3 新建一級(jí)高效沉淀池(初沉池)

新建一級(jí)高效沉淀池一座，作為全廠的初沉池，可降低后續(xù)生化處理構(gòu)筑物的負(fù)荷，減小生化處理構(gòu)筑物容積，減少投資。土建規(guī)模按照遠(yuǎn)期規(guī)劃規(guī)模25.0萬m3/d建設(shè)，共分為5格，其中兩格接現(xiàn)狀生化池，兩格接本次新建的AAO生化池，預(yù)留一格為遠(yuǎn)期再擴(kuò)建的生化池使用。本次新建高效沉淀池土建尺寸為98.50 m×26.05 m×5.90 m，混合區(qū)停留時(shí)間為4.56 min；絮凝區(qū)停留時(shí)間為9.42 min，沉淀區(qū)最大表面負(fù)荷為18.36 m3/(m2·h)，平均表面負(fù)荷為14.12 m3/(m2·h)。

3.1.4 新建多點(diǎn)進(jìn)水AAO生化池

本次新建的生化池采用多點(diǎn)進(jìn)水AAO生化池，土建規(guī)模為10.0萬m3/d，共設(shè)置2座，每座分為2格，每格規(guī)模為2.5萬m3/d。

單格設(shè)計(jì)流量為0.29 m3/s，系統(tǒng)平均MLSS取3.5 g/L，污泥齡取24 d，設(shè)計(jì)溫度為15～30 ℃，污泥負(fù)荷為0.085 kg BOD5/(kg MLSS·d)，容積負(fù)荷為0.298 kg BOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間為19.28 h。其中，厭氧區(qū)停留時(shí)間為2.21 h，缺氧區(qū)停留時(shí)間為6.17 h，好氧區(qū)停留時(shí)間為10.9 h。設(shè)計(jì)平均需氧量為2 109.24 kg/h；污泥回流比為50%～100%；混合液回流比為100%～200%[1]。

每座多點(diǎn)進(jìn)水AAO生化池尺寸為124.8 m×52.3 m×9.20 m，進(jìn)水70%分配在水池前端，20%分配在缺氧區(qū)中部，10%分配在好氧區(qū)。

3.1.5 新建平流沉淀二沉池

為更好地與生化池組合，節(jié)省占地，二沉池采用矩形平流式二沉池，與生化池對(duì)應(yīng)，土建規(guī)模為10.0萬m3/d，共2座，單座對(duì)應(yīng)規(guī)模為5.0萬m3/d。

二沉池平均時(shí)表面負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)，最大時(shí)表面負(fù)荷為1.01 m3/(m2·h)，固體負(fù)荷為51.49 kg/(m2·d)，最大時(shí)沉淀時(shí)間為3.03 h，平均時(shí)停留時(shí)間為4 h，單座平面尺寸為68.15 m×52.30 m，有效水深為3 m。二沉池采用中心傳動(dòng)刮吸泥機(jī)進(jìn)行排泥。

3.1.6 現(xiàn)狀中間提升泵房改造

現(xiàn)狀中間提升泵房土建已按25萬m3/d規(guī)模一次建成，采用半地下式結(jié)構(gòu)，尺寸為29.5 m×10.0 m×8.6 m。本次擴(kuò)建按10萬m3/d規(guī)模新增水泵及相應(yīng)電氣設(shè)備，增設(shè)3臺(tái)大泵，2用1備，單臺(tái)參數(shù)Q=2 700 m3/h，H=8.0 m，N=90 kW。

3.1.7 新建高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分3格，每格規(guī)模為5萬m3/d，總平面尺寸為44.6 m×27.2 m×7.7 m，近期安裝其中兩個(gè)格內(nèi)的設(shè)備，一格為遠(yuǎn)期預(yù)留。

單格池子處理流量為2 083 m3/h，混合池停留時(shí)間為1.28 min，絮凝反應(yīng)池停留時(shí)間為3.95 min，；沉淀池斜管面積為162 m2，斜管區(qū)平均表面負(fù)荷為12.87 m3/(m2·h)，最大表面負(fù)荷為16.73 m3/(m2·h)。

3.1.8 新建反硝化深床濾池

建設(shè)反硝化深床濾池1座，分為12格，土建總規(guī)模為15萬m3/d，設(shè)備安裝規(guī)模為10.0萬m3/d，余4格遠(yuǎn)期安裝設(shè)備。

3.1.9 新建接觸消毒池

尾水采用電解法現(xiàn)場(chǎng)制備次氯酸鈉投加，接觸消毒池保證消毒劑和尾水的混合以及接觸時(shí)間≥30 min。擴(kuò)建工程新建接觸消毒池1座，平面尺寸為30.6 m×30.4 m，有效容積為4 200 m3，滿足遠(yuǎn)期15.0萬m3/d規(guī)模消毒需要。由于用地緊張，接觸消毒池與綜合處理車間采用疊放方式建設(shè)，地下室建設(shè)為接觸消毒池，上部建設(shè)加藥間、管理用房等設(shè)施，如圖3所示。

圖3 同安污水廠擴(kuò)建工程消毒工藝流程Fig.3 Disinfection Process of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.10 新建外加碳源車間

3.1.11 新建投藥系統(tǒng)

在初沉池和深度處理高效沉淀池內(nèi)擬投加PAFC作為絮凝和除磷藥劑，助凝藥劑采用PAM。

初沉池中投加化學(xué)藥劑，主要作用是絮凝，強(qiáng)化初沉池SS的去除效果，因此PAFC藥劑(10%溶液)投加量按照50 mg/L設(shè)計(jì)，PAM投加量按照0.5 mg/L設(shè)計(jì)。深度處理高效沉淀池內(nèi)，PAFC(10%溶液)投加量按照100 mg/L設(shè)計(jì)，PAM投加量按照1.0 mg/L設(shè)計(jì)。PAFC投加點(diǎn)位于高效沉淀池混合區(qū)，PAM投加點(diǎn)位于高效沉淀池絮凝區(qū)。

3.2 污泥處理系統(tǒng)

重建全廠污泥處理區(qū)，規(guī)模滿足全廠遠(yuǎn)期25萬m3/d污水產(chǎn)生的剩余污泥處理能力，設(shè)備按照近期進(jìn)行安裝。按遠(yuǎn)期25萬m3/d污水規(guī)模計(jì)算：剩余污泥干重為37.5 t/d，含水率為99.2%；化學(xué)污泥干重為4.41 t/d，含水率為99.2%。

3.2.1 新建濃縮池

新建濃縮池設(shè)計(jì)規(guī)模為25萬m3/d，采用圓形鋼筋砼濃縮池Φ=18 m、H=5.0 m，4座，頂部輕質(zhì)材料加蓋。

工程需濃縮污泥總干重為41.91 t/d，需濃縮污泥體積約5 238.75 m3/d，污泥停留時(shí)間為23.3 h，濃縮前進(jìn)泥含水率取99.2%，濃縮后污泥量為1 397 m3/d，含水率為97.0%。

3.2.2 新建儲(chǔ)泥池

儲(chǔ)泥池接納濃縮池濃縮后的污泥和初沉池排放而來的污泥，污泥含水率為97%，儲(chǔ)泥池內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)，保證污泥濃度均勻，保障離心脫水機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為脫水機(jī)運(yùn)行供應(yīng)充足的均質(zhì)污泥。

儲(chǔ)泥池儲(chǔ)存時(shí)間按照2.0 h確定，所需總?cè)莘e為163.4 m3。儲(chǔ)泥池分為2格，平面尺寸為9.0 m×3.0 m，有效深度為3.0 m，每格池內(nèi)設(shè)置3臺(tái)污泥攪拌機(jī)，保證污泥均質(zhì)。

3.2.3 新建污泥脫水車間

新建的污泥脫水車間土建按照遠(yuǎn)期總規(guī)模

25.0萬m3/d建設(shè)，采用離心脫水機(jī)脫水，機(jī)房主要由投藥系統(tǒng)、反沖洗水系統(tǒng)以及濃縮脫水系統(tǒng)構(gòu)成。其中,反沖洗水來自廠區(qū)回用中水，由加壓泵送至。

4 運(yùn)行效果分析

同安污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行工藝為：細(xì)格柵+曝氣沉砂池+ AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+二級(jí)高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池。2018年以來，污水廠進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)劇烈，進(jìn)水濃度居高不下，較前幾年，進(jìn)水濃度顯著偏高，在此惡劣條件下，污水廠絕大部分時(shí)間運(yùn)行較為穩(wěn)定；出水BOD5一直維持在9.3 mg/L以下，CODCr一直維持在38 mg/L以下，SS一直維持在9 mg/L以下，TP一直維持在0.1 mg/L以下，色度一直維持在4以下，TN和NH3-N僅在工業(yè)企業(yè)偷排的情況下存在排放超標(biāo)的情況，正常情況下TN維持在9 mg/L以下， NH3-N維持在1.3 mg/L以下，達(dá)到廈門制定的類地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

本次擴(kuò)建工程的主體流程與現(xiàn)狀工藝基本一致，但針對(duì)這兩年運(yùn)行中存在水質(zhì)沖擊大、投藥量大等問題做了技術(shù)改進(jìn)：增加了一級(jí)高效沉淀池(初沉池)和AAO池多點(diǎn)進(jìn)水措施。因此，本次擴(kuò)建工程完成后，出水穩(wěn)定性應(yīng)優(yōu)于現(xiàn)狀。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

同安污水廠擴(kuò)建及現(xiàn)狀改造工程，工程建設(shè)項(xiàng)目總投資為59 335.81萬元，其中工程靜態(tài)投資為58 062.14萬元；建設(shè)期貸款利息為980.0萬元，鋪地流動(dòng)資金為293.67萬元。污水廠單位水量總成本為2.05元/m3(融資前)、2.21元/m3(融資后)；污水廠單位水量經(jīng)營(yíng)成本為1.29元/m3(融資前)、1.29元/m3(融資后)。

6 結(jié)論

同安污水廠擴(kuò)建及現(xiàn)狀改造工程建成后，污水廠總規(guī)模達(dá)到20萬m3/d，采用了細(xì)格柵+曝氣沉砂池+一級(jí)高效沉淀池+多點(diǎn)進(jìn)水AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池主體處理工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高濃度污水的有效處理，出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中BOD5、NH3-N、TN指標(biāo)執(zhí)行地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。工程建成投產(chǎn)后取得了較顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。