東港污水處理廠三期工程混合污水處理設(shè)計

沈 勇

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

南通市東港污水處理廠三期工程位于南通市港閘區(qū)，位于現(xiàn)有一、二期工程（5萬m3/d）東側(cè)，具體位置為永興路以東、興泰路以西、沿江路以北的圍合地塊內(nèi)。東港三期工程總規(guī)劃用地面積約為28.31 hm2，其中近期規(guī)劃用地面積約為17.5 hm2。

東港污水廠三期工程污水采用多模式AAO工藝，出水需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)之后通過尾水排放管排入2.5 km之外的華能電廠溫水排水渠，最終排入長江。工程于2013年3月開始施工，即將于2014年6月建成通水。

2 工程規(guī)模

2.1 規(guī)劃年限與污水水量

根據(jù)《南通市城市總體規(guī)劃》和正在修編過程中的《南通市排水專業(yè)規(guī)劃》，該工程服務(wù)范圍為南通市港閘片區(qū)，服務(wù)年限近期為2015年，遠(yuǎn)期為2020年。

通過綜合生活污水量預(yù)測以及工業(yè)廢水量預(yù)測，最終確定東港污水處理廠2015年建設(shè)規(guī)模為15萬m3/d，2020年建設(shè)規(guī)模為30萬m3/d。已建東港污水處理廠一、二期工程設(shè)計規(guī)模為5萬m3/d，因此，確定三期工程設(shè)計規(guī)模為10萬m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)計規(guī)模為25萬m3/d。

2.2 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

東港污水處理廠三期工程進(jìn)水水質(zhì)根據(jù)服務(wù)范圍內(nèi)的水質(zhì)分析以及一、二期工程實際水質(zhì)確定，出水水質(zhì)需達(dá)到國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，主要設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 主要設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

3 工藝設(shè)計方案

3.1 進(jìn)水特點

東港污水廠的主要服務(wù)區(qū)域為南通市港閘區(qū)，該區(qū)是南通市以工業(yè)為主、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為輔、城市居住相配套的重要組團(tuán)，下轄唐閘鎮(zhèn)街道等數(shù)個街道以及省級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)——港閘經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，因此，東港污水廠進(jìn)水不是純粹的生活污水，而是包含了較大比例的工業(yè)廢水。根據(jù)給水資料預(yù)測，東港污水廠一、二期工程現(xiàn)狀納管污水量為57 500萬m3/d，其中納管的生活污水和工業(yè)廢水比例為27∶73，而根據(jù)港閘區(qū)人口和用地的規(guī)劃預(yù)測，東港三期進(jìn)水中，生活污水和工業(yè)廢水比例為40∶60。

由于東港三期工程的進(jìn)水是生活污水及工業(yè)廢水的混合廢水，且其中工業(yè)廢水所占比例較高，因此，進(jìn)水水質(zhì)具有如下特點：（1）進(jìn)水水質(zhì)濃度較高，污染物濃度總體較一般生活污水濃度高；（2）進(jìn)水中溶解性難生物降解COD（S）I較高，經(jīng)過取樣測試，SI值占進(jìn)水COD比例基本維持在20%左右；（3）污水可生化性較差，B/C比、C/N比均較低。

3.2 污水處理工藝

針對東港污水處理廠的進(jìn)水特點，同時考慮到尾水需達(dá)到一級A的高出水標(biāo)準(zhǔn)，東港污水處理廠工藝方案針對其水質(zhì)特點進(jìn)行優(yōu)化選取。

3.2.1 前處理

前處理：設(shè)置水解酸化池及中沉池。

東港污水廠一、二期設(shè)置了水解酸化池，多年的運行數(shù)據(jù)表明：設(shè)置水解酸化池，不僅可去除部分污染物（包括S）I，降低后續(xù)生物處理的負(fù)荷，有助于提高系統(tǒng)的抗沖擊性和降低混凝沉淀的加藥量，而且可有效提高污水的B/C，緩解后續(xù)脫氮除磷的碳源不足，因此，該工程前處理設(shè)置水解酸化池及中沉池。

3.2.2 污水處理

污水處理：采用多模式AAO工藝。

東港污水廠處理廠三期擴(kuò)建工程是一座大型污水處理廠，所采用的工藝必須是成熟可靠的。隨著廠外管網(wǎng)的不斷完善和社會的發(fā)展，進(jìn)水水量和水質(zhì)會隨之發(fā)生變化，也需要考慮工藝的先進(jìn)性、運行的穩(wěn)定性、調(diào)整的多樣性和出水的安全性。

經(jīng)過方案比選，該工程采用多模式AAO生物脫氮除磷處理工藝，可以根據(jù)進(jìn)水水量、水質(zhì)特性和環(huán)境條件的變化，靈活調(diào)整運行模式，既可按常規(guī)AAO工藝運行，也可按倒置AAO或強(qiáng)化脫氮改良AAO法工藝模式運行，在提高處理效果基礎(chǔ)上，保證工藝可靠性。

（1）多模式AAO處理工藝功能分區(qū)

該工程推薦采用的多模式AAO工藝功能區(qū)布置詳見圖1。

圖1 多模式AAO功能分區(qū)布置圖

（2）多模式AAO處理工藝運行模式

多模式AAO工藝可以形成以下幾種運行模式。

a.模式1——常規(guī)AAO法

以下為常規(guī)AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

調(diào)整污水進(jìn)入點，污水從①進(jìn)入?yún)捬醭?，污泥外回流從①進(jìn)入?yún)捬醭?，混合液回流從③進(jìn)入缺氧池，形成了常規(guī)AAO法。

常規(guī)AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖2。

圖2 常規(guī)AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

b.模式2——倒置AAO法

以下為倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

調(diào)整污水進(jìn)入點，污水按比例從①、②分別進(jìn)入缺氧池和厭氧池，污泥外回流從①進(jìn)入缺氧池，以補(bǔ)充反硝化所需的硝酸鹽，提高脫氮效果?；旌弦夯亓鲝蘑龠M(jìn)入缺氧池，就形成了倒置AAO法。

倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖3。

圖3 倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

c.模式3——強(qiáng)化脫氮改良AAO法

強(qiáng)化脫氮改良AAO工藝是根據(jù)國際先進(jìn)的O/A理念而提出的新工藝，O/A理念由OXIC（好氧）/ANOXIC（缺氧）二段組成，應(yīng)用后置反硝化，并吸收傳統(tǒng)多點進(jìn)水AAO工藝（Step Feeding）的優(yōu)點，對進(jìn)水碳源進(jìn)行合理分配，采用前置硝化+后置反硝化，使整個系統(tǒng)的TN去除達(dá)到最佳。

以下為強(qiáng)化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

調(diào)整污水進(jìn)入點，污水從①進(jìn)入?yún)捬醭兀瑓捬醭爻鏊幢壤龔蘑?、④分別進(jìn)入缺氧池Ⅰ和缺氧池Ⅱ，污泥外回流從①進(jìn)入?yún)捬醭?，混合液回流從②進(jìn)入缺氧池Ⅰ，形成了強(qiáng)化脫氮改良AAO法。

強(qiáng)化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖4。

圖4 強(qiáng)化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

（3）多模式AAO工藝的技術(shù)優(yōu)勢和特點

多模式AAO工藝可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，運用不同運行模式來保證處理效果，提高污水處理的穩(wěn)定性，其技術(shù)特點總結(jié)如下。

a.通過污水和混合液進(jìn)水的合理布點，可以合理選擇污水進(jìn)水點和混合液回流點，實現(xiàn)不同運行工況。可通過堰門、閘門的不同開啟狀況靈活方便地實現(xiàn)常規(guī)AAO、倒置AAO和強(qiáng)化脫氮改良AAO工藝的轉(zhuǎn)換。

b.同時通過對進(jìn)水不同位置堰門的流量分配，達(dá)到碳源合理分配的目的。

c.根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化，通過調(diào)整實現(xiàn)不同運行工況，充分發(fā)揮各種處理工藝的特點，對污水進(jìn)行有針對性的處理。

d.整個生物反應(yīng)池布置簡潔，分區(qū)明確，池數(shù)適中。對稱布置，配水、配泥、配氣靈活、均勻，水渠、泥渠互不重疊，總體布置合理清晰，便于維護(hù)管理。

3.2.3 深度處理

深度處理：采用混凝沉淀+過濾工藝，活性炭投加作為保障措施。

由于進(jìn)水中溶解性難生物降解COD（S）I較高，二級生物處理對SI的去除效率很低，該工程考慮對二級出水進(jìn)一步混凝沉淀過濾。經(jīng)采樣并實驗分析，對二級出水進(jìn)一步混凝沉淀，最多可去除COD約20 mg/L。

“水解+生化+混凝沉淀”工藝流程可有效處理東港污水處理廠的進(jìn)水，但是考慮到污水廠水質(zhì)變化較大，該工程考慮設(shè)置活性炭投加裝置作為水質(zhì)保障的應(yīng)急措施。

3.3 污泥處理工藝

東港污水處理廠三期工程污泥處理以減量化為主，污泥經(jīng)濃縮脫水處理后（污泥含水率小于70%），與污水廠一、二期工程產(chǎn)生的污泥一起外運至觀音山電廠焚燒處置。

經(jīng)計算，東港污水處理廠三期工程10萬m3/d規(guī)模污水廠產(chǎn)生的剩余污泥及化學(xué)污泥總量為28 250 kg/d，濕污泥量為94 t/d（含水率70%）。

考慮到該工程脫水后污泥含水率需要小于70%，帶式壓濾機(jī)和離心機(jī)均無法滿足要求，從處理效果、工作場所環(huán)境、設(shè)備運行的穩(wěn)定可靠性、工程投資、經(jīng)常費用、運行維護(hù)、工程實例等各方面綜合比較，該工程污泥脫水推薦采用重力濃縮+板框脫水機(jī)處理工藝。

污泥處理工藝流程詳見圖5。

圖5 污泥處理工藝流程圖

3.4 污水廠工藝流程

東港三期工程處理流程如圖6所示。

圖6 東港污水處理廠三期工程處理流程圖

4 工程設(shè)計

（1）粗格柵及進(jìn)水泵房

三期工程設(shè)置粗格柵及進(jìn)水泵房1座，土建按遠(yuǎn)期25萬m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按12.5萬m3/d配置。粗格柵與進(jìn)水泵房合建，平面尺寸為23.7 m×22.6 m，地下埋深8.70 m。粗格柵采用B=1 600 m鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī) 2 套，柵隙20 mm，安裝角度為75°，功率為2.2 kW。進(jìn)水泵房近期設(shè)4臺潛水離心泵（3用1備），2臺變頻，遠(yuǎn)期增加4臺。單臺流量為630 L/s，揚程為14.4 m，功率為150 kW。

（2）細(xì)格柵及曝氣沉砂池

細(xì)格柵及曝氣沉砂池采用合建型式，近期共1座，設(shè)計規(guī)模為12.5萬m3/d，平面尺寸為55.6 m×10.8 m。細(xì)格柵寬1.8 m，轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵共3套，柵隙6 mm，安裝角35°，功率1.5 kW。曝氣沉砂池共2格，單格凈寬4.0 m，設(shè)計有效水深3.0 m，有效長度24 m。每格安裝鏈板式刮砂機(jī)1臺，寬B=1 000 mm，功率0.375 kW。曝氣量按0.2 m3空氣/m3污水配置，在細(xì)格柵的架空渠道下設(shè)鼓風(fēng)機(jī)房間，設(shè)3臺羅茨風(fēng)機(jī)（2用1備），單機(jī)風(fēng)量700 m3/h，風(fēng)壓4.5 m，功率15 kW。

（3）水解酸化池

三期工程設(shè)置水解酸化池2座，每座處理規(guī)模為5萬m3/d，每座分2組。水解酸化池平面尺寸為50.8 m×59.2 m，有效水深8 m，水力停留時間為10 h。水解酸化池采用完全混合式池型，每組設(shè)置4套功率為5.5 kW的推流器，使污水與污泥充分混合。

（4）中沉池

三期工程設(shè)置中沉池2座，每座處理規(guī)模為5萬m3/d。中沉池采用圓形中進(jìn)周出輻流式沉淀池，單池尺寸D=42 m，有效水深H=4.0 m，中沉池高峰表面負(fù)荷為 qmax＝1.95 m3/m2·h，平均表面負(fù)荷為q＝1.50 m3/m2·h。每座中沉池配置1套D=42 m中心傳動吸刮泥機(jī)。

（5）中沉池污泥泵房

三期工程設(shè)置中沉池污泥泵房1座，服務(wù)于2座水解酸化池及中沉池，污泥泵房將中沉池污泥回流至水解酸化池，并將中沉池剩余污泥輸送至污泥濃縮池。中沉池污泥泵房平面尺寸為9.8 m×9.2 m。配置有4臺潛水軸流泵作為回流污泥泵，3用1備，其中2臺變頻，單泵流量為386 L/s，揚程為3.6 m，功率為30 kW。同時，配置有2臺潛污泵作為剩余污泥泵，1用1備，單泵流量為40 L/s，揚程為8.2 m，功率為7.5 kW。

（6）生物反應(yīng)池

生物反應(yīng)池采用多模式AAO工藝，近期實施1座，處理規(guī)模10萬m3。每座分2池，每池5萬m3。

1座AAO池生物反應(yīng)池總平面尺寸105.9 m×103.3 m。每座AAO池中分厭、缺氧區(qū)、好氧區(qū)前段、兼性區(qū)、好氧區(qū)后段。厭氧區(qū)停留時間1.5 h，缺氧區(qū)停留時間6.0 h，好氧區(qū)前段停留時間5.9 h，兼性區(qū)停留時間為2.0 h，好氧區(qū)后段停留時間為3.1 h，總停留時間為18.5 h。生反池設(shè)計有效水深7.5 m。高峰時供氣量為36 000 m3/h，氣水比為8.6∶1，污泥外回流比為50%～100%，混合液回流比為100%～300%。

生反池進(jìn)水設(shè)單獨進(jìn)水渠，在厭氧、缺氧段各設(shè)置多個進(jìn)水點，具體為第一、四、五格設(shè)3處進(jìn)水點，配置可調(diào)堰門，根據(jù)各種不同的情況，合理分配進(jìn)水量，滿足脫氮除磷對碳源合理分配的要求。進(jìn)水渠末端設(shè)電動渠道閘門，關(guān)閉進(jìn)水可調(diào)堰門，開啟末端渠道閘門，可實現(xiàn)對生物反應(yīng)池的超越。每池在第一格厭缺氧區(qū)設(shè)置2臺潛水軸流泵，可將厭氧池出水輸送至后段兼性區(qū)（缺氧工況）作為反硝化碳源。

生反池設(shè)一條混合液配水渠。在第一、第二、第三格各設(shè)一進(jìn)水點，配置渠道閘門，滿足各種運行模式對混合液內(nèi)回流點的要求。每池設(shè)單獨外回流污泥渠，污泥外回流均回流至第一格，保證生物處理系統(tǒng)的泥量平衡。

厭、缺氧區(qū)采用完全混合式池型，通過設(shè)置24套直徑為2.5 m，功率為4.3 kW的潛水推流器使水流完全混合。兼性區(qū)通過設(shè)置8套潛水?dāng)嚢杵?，在缺氧工況下，滿足水力混合要求。

好氧區(qū)采用管式微孔曝氣管進(jìn)行曝氣，能使曝氣器排出的氣泡直徑維持在1～3 mm，曝氣管直徑90～120 mm，管有效長度1 000 mm；有效通氣量≥12.0 m3/h·根(+20℃，101.3 kPa)。

（7）二沉池配水井

二沉池配水井按10萬m3/d規(guī)模設(shè)計，三期共1座。

每1座配水井服務(wù)4座二沉池，配水井為圓形池，內(nèi)徑10 m，配水井旁設(shè)污泥泵房1座。污泥泵房內(nèi)安裝剩余污泥泵3臺（2用1備），采用潛水排污泵，單泵流量40 L/s，揚程9.6 m，二沉池采用間歇排泥，每天2班，每班4 h。污泥泵房內(nèi)還安裝外回流污泥泵6臺（4用2備，2臺變頻），配泵按回流比100%計，選用潛水軸流泵，單泵流量290 L/s，揚程3.7 m，水泵出水采用固定堰控制。在污泥泵房上部安裝有2 t的電動葫蘆1臺，便于水泵的安裝和維修。

（8）二沉池

二沉池采用圓形周進(jìn)周出輻流式二次沉淀池，共4座二沉池座，每座處理能力為2.5萬m3/d。二沉池直徑42 m，池邊有效水深4.2 m，高峰表面負(fù)荷為 qmax＝0.98 m3/m2·h，平均表面負(fù)荷為q＝0.75 m3/m2·h。每座二沉池配置 1 套 D =42 m水平管式吸泥機(jī)，功率為2.2 kW。

（9）高效沉淀池

高效沉淀池主要作用是污水與投加化學(xué)藥劑充分混合、反應(yīng)并沉淀。高效沉淀池共1座，平面尺寸為35.2 m×32.8 m，分2組，單組處理能力為5萬m3/d。每組設(shè)混合池1座，尺寸為4 m×4 m，混合時間為2.06 min，設(shè)D=2 500 mm混合攪拌器1臺；每組設(shè)反應(yīng)池2座，尺寸為8 m×6 m，反應(yīng)時間為16.58 min，共設(shè)D=3 500 mm絮凝攪拌器2臺；每組設(shè)沉淀池1座，尺寸為16 m×16 m，采用斜板沉淀池傾斜角度為60°，斜板長度為1.5 m，斜板間距為70 mm，斜板有效投影面積的高峰表面負(fù)荷為12.4 m3/m2·h，每座沉淀池設(shè)D=16 m濃縮刮泥機(jī)1臺。

（10）濾布濾池

三期工程設(shè)濾布濾池1座，采用外進(jìn)中出全淹沒布置轉(zhuǎn)盤濾布濾池。濾池分4池并列布置，每池設(shè)置濾布過濾器1套、反洗泵2臺，高峰設(shè)計濾速≤15 m3/h·m2。為方便檢修起吊，濾池上部安裝有2 t的電動單梁懸掛起重機(jī)1臺。

（11）加氯接觸池

三期工程采用二氧化氯消毒，設(shè)加氯接觸池1座。接觸池尺寸為28 m×20.9 m，分4條廊道布置，每條廊道寬5 m，有效水深為5 m，高峰流量時停留時間為31 min。在加氯接觸池末端中設(shè)置2臺潛水泵，單泵流量為125 m3/h，揚程50 m，用于加氯間二氧化氯發(fā)生器水射器供水。同時，加氯接觸池末端還設(shè)有1套變頻氣壓自動給水設(shè)備，供水能力為150 m3/h，用于供給廠區(qū)生產(chǎn)沖洗用水以及綠化澆灌用水。

（12）出口泵房

三期工程處理后的尾水排入2.5 km之外的華能電廠溫水排水渠，與電廠冷卻水一起排入長江。該處長江口歷年統(tǒng)計最高潮位為5.13 m，故需設(shè)出口泵房，高潮位時，由泵房提升后排放，低潮位時，近期可由拍門借重力自流超越出口泵房排江。出口泵房土建設(shè)計規(guī)模25萬m3/d，設(shè)備10萬m3/d。長江最高潮位5.13 m，最低潮位-1.53 m，平均高潮位1.87 m，平均低潮位-0.09 m。

出水泵房內(nèi)分為2格，共配置潛水軸流泵8套（6用2備），近期安裝 4 臺（3用1備），單泵流量Q=630 L/s，揚程3.6～9.1 m。

單格出水泵房平面尺寸17.95 m×11.70 m，出水泵房集水井設(shè)計最高水位3.20 m，最低水位1.80 m，集水井底標(biāo)高-1.70 m，頂標(biāo)高4.40 m。吊裝用電動葫蘆，起重量2 t，起升高度18 m。

（13）鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房平面尺寸為36.0 m×14.4 m，土建按25萬m3/d建設(shè)，設(shè)備按10萬m3/d配置。

鼓風(fēng)機(jī)采用空氣懸浮風(fēng)機(jī)，在溶解氧較高或處理量較小時通過變頻器可調(diào)整風(fēng)量，降低風(fēng)機(jī)能耗。鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)6臺鼓風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)量100 m3/min，風(fēng)壓8.8 m水柱。

鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)有進(jìn)風(fēng)廊道，安裝有帶過濾網(wǎng)的進(jìn)風(fēng)過濾器。

（14）加藥間

加藥間土建按25萬m3/d建設(shè)，設(shè)備按10萬m3/d配置。平面尺寸為30.0 m×13.8 m，主要投加藥劑包括混凝劑PAC、助凝劑PAM以及活性炭。加藥間下層為PAC原液池，上層設(shè)置3座溶液池，并配置5臺混凝劑隔膜計量泵（4用1備），遠(yuǎn)期增加7套（10用2備），近期PAC用藥量為2 000 kg/d。助凝劑溶藥和投加裝置為成套裝置，近期配置1套，制備能力為2.1 kg/h，投加濃度為0.01%，近期PAM用藥量為50 kg/d。設(shè)置活性炭投加裝置為應(yīng)急保障措施，在進(jìn)水水質(zhì)波動影響出水達(dá)標(biāo)時投加以確保出水CODCr達(dá)標(biāo)，活性炭投加裝置為成套裝置，共配置1套，投加能力為200 kg/h。

（15）加氯間

加氯間土建按25萬m3/d建設(shè)，設(shè)備按10萬m3/d配置。平面尺寸為15.6 m×9.6 m，近期安裝CLO2加氯裝置3套（2用1備），每套加氯能力為20 kg/h。

（16）污泥脫水機(jī)房及堆棚

三期工程脫水采用深度脫水工藝，設(shè)置脫水機(jī)房及堆棚1座，按10萬m3/d規(guī)模建設(shè)，尺寸為41.75 m×34.5 m。近期污泥量為28 250 kg/d，經(jīng)濃縮池濃縮至含水率≤98%，污泥體積為1 413 m3/d。污泥在貯泥池中投加污泥調(diào)理劑（石灰+FeCL3）后進(jìn)入脫水機(jī)房，共配置4臺板框壓濾機(jī)，3用1備，單臺板框壓濾機(jī)處理能力為Q=800 kgDS/h（以干泥量計）。板框壓濾機(jī)出泥通過皮帶輸送機(jī)輸送至污泥堆棚，最終外運至觀音山電廠焚燒處置。

5 結(jié)語

（1）東港污水處理廠三期工程設(shè)計規(guī)模為10萬m3/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為25萬m3/d。

（2）根據(jù)東港污水處理廠進(jìn)水為生活污水與工業(yè)廢水混合污水的特點，東港三期工程采用“水解酸化+多模式AAO+混凝沉淀過濾”組合處理工藝，適應(yīng)水量水質(zhì)變化，確保處理出水達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（3）根據(jù)污泥的減量化需求，東港三期工程采用“重力濃縮+板框脫水”工藝，脫水后污泥含水率<70%。