南昌青山湖污水廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)方案

陳昱霖

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

青山湖污水處理廠位于南昌市艾溪湖西北側(cè)、高新區(qū)北瀝村徐家東側(cè)。一期工程污水處理規(guī)模為33萬(wàn)m3/d，一期擴(kuò)容工程污水處理規(guī)模為17萬(wàn)m3/d，現(xiàn)狀總規(guī)模為50萬(wàn)m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總占地面積達(dá)21.43萬(wàn)m2。由于服務(wù)范圍包括合流系統(tǒng)，因此現(xiàn)狀進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池按照雨季規(guī)模99萬(wàn)m3/d進(jìn)行設(shè)計(jì)；一期工程主體工藝采用氧化溝工藝，一期擴(kuò)容工程主體工藝采用CASS工藝，現(xiàn)狀污水廠無(wú)消毒設(shè)施。

當(dāng)前出水執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法滿足城市發(fā)展的建設(shè)需求。為進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)南昌市的節(jié)能減排工作目標(biāo)，對(duì)污水廠的提標(biāo)建設(shè)已刻不容緩。為此對(duì)青山湖污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造建設(shè)，提標(biāo)后的污水處理規(guī)模仍為50萬(wàn)m3/d，尾水執(zhí)行GB 18918—2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

1 污水處理廠現(xiàn)狀及改造要求

1.1 現(xiàn)狀水量、進(jìn)出水水質(zhì)

青山湖污水廠現(xiàn)狀處理水量為50萬(wàn)m3/d，實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示，經(jīng)一級(jí)處理和生物處理后，尾水執(zhí)行GB 18918—2002二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)除外)。

1.2 原有工藝運(yùn)行狀況分析

大部分已建污水處理及污泥處理構(gòu)筑物運(yùn)行狀況良好，出水水質(zhì)均達(dá)到已建工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但目前實(shí)際進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，主要原因是有部分河水混入進(jìn)水管渠中，對(duì)生活污水造成了稀釋。隨著污水收集系統(tǒng)的完善，污水廠進(jìn)水污染物濃度也將有所提高。

表1 青山湖污水廠現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Current Influent and Effluent Water Quality of Qingshanhu WWTP

1.3 提標(biāo)工程設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)要求

青山湖污水廠尾水排入贛江南支，出水水質(zhì)應(yīng)滿足河道的環(huán)境功能要求。根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)要求，本次工程按一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，惡臭污染源的排放執(zhí)行GB 18918—2002廠界廢氣排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，南昌市對(duì)污水處理的標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高，考慮到污水廠的用地以及將來(lái)的發(fā)展，本工程在設(shè)計(jì)中需考慮將來(lái)污水廠提標(biāo)的發(fā)展。結(jié)合前面的分析，升級(jí)工程的主要進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 提標(biāo)工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Designed Influent and Effluent Water Quality of Upgrading Project

注：括號(hào)外數(shù)值為水溫>120 ℃時(shí)的控制指標(biāo)，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為水溫≤120 ℃時(shí)的控制指標(biāo)

1.4 污水處理廠升級(jí)改造原則

在水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，為了實(shí)現(xiàn)污水處理廠高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行，并控制工程投資，在提標(biāo)改造工程的設(shè)計(jì)中，主要遵循以下原則：(1)選擇先進(jìn)、高效、合理、經(jīng)濟(jì)、能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的污水處理工藝；(2)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量以及受納水體的現(xiàn)狀，綜合考慮區(qū)域的實(shí)際情況，選擇處理效果好、具有除磷脫氮功能、低能耗、低運(yùn)行費(fèi)、低基建費(fèi)、操作管理方便、技術(shù)成熟的污水處理工藝；(3)工藝選擇應(yīng)充分考慮與已建設(shè)施的結(jié)合，減小提標(biāo)改造工程實(shí)施對(duì)污水廠正常運(yùn)行的影響。

2 污水處理廠升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)

2.1 污水處理工藝選擇

進(jìn)水的BOD/COD=0.52，屬于可生化性較好的污水。同時(shí)，進(jìn)水的BOD/TN=3.7，屬于碳源足夠的污水，且BOD/TP也較高，故工程宜采用具有脫氮除磷效果的活性污泥法作為主要的污水處理工藝。

本工程的污水處理方案：(1)對(duì)已建CASS池進(jìn)行改造，通過(guò)增加隔墻及潛水?dāng)嚢杵?，將其改造為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、缺/好氧區(qū)，同時(shí)利用管道串聯(lián)已建氧化溝，形成改良氧化溝生物反應(yīng)池，并減量至30萬(wàn)m3/d運(yùn)行；(2)新建AAO生物反應(yīng)池，采用多模式AAO工藝，規(guī)模為20萬(wàn)m3/d。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水要求，采用生物除磷工藝，并輔以化學(xué)除磷，確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，工藝流程如圖1所示。

多模式AAO污水處理工藝可以根據(jù)進(jìn)水水量、水質(zhì)以及環(huán)境條件變化，靈活調(diào)整運(yùn)行模式，使污水工藝在不同季節(jié)按不同模式運(yùn)行，確保不同水溫和水質(zhì)條件下的脫氮除磷效果。

2.2 生化處理改造工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)已確定的工藝流程，在充分利用已建處理構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改造，并新建部分構(gòu)筑物。其中已建粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、沉砂池、二沉池等均已滿足升級(jí)工藝的生產(chǎn)要求，仍然利用；對(duì)已建CASS池、氧化溝進(jìn)行改造，并新建AAO反應(yīng)池、二沉池、加氯接觸池等。

圖1 青山湖污水處理廠提標(biāo)改造工程工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Qingshanhu WWTP Upgrading Project

2.2.1 改良氧化溝生物反應(yīng)池

改良氧化溝生物反應(yīng)池由已建的CASS反應(yīng)器和氧化溝反應(yīng)池改造而成。一期擴(kuò)容工程建有CASS反應(yīng)池2座8池，有效水深6 m，超高0.8 m，單池有效容積為7 587 m3。一級(jí)B提標(biāo)工程后CASS反應(yīng)池作為厭、缺氧池，并保留部分好氧區(qū)(交替區(qū))。調(diào)整后原CASS反應(yīng)池區(qū)域總停留時(shí)間(HRT)為4.9 h，其中厭氧池HRT∶缺氧池HRT∶交替池HRT=1∶2.2∶1.7。

一期建設(shè)氧化溝反應(yīng)池2座，共分8池，單池容積為9 000 m3，采用立式曝氣機(jī)進(jìn)行供氧。提標(biāo)工程建設(shè)后氧化溝作為改良氧化溝生物反應(yīng)池的好氧池，水深5 m，HRT為5.8 h。

改造后改良氧化溝生物反應(yīng)池總HRT為10.7 h，其中厭氧池為1 h，缺氧池為2.2 h，好氧池為7.5 h。氣水比為7.3∶1。同時(shí),為實(shí)現(xiàn)混合液回流，在每個(gè)好氧池前段均增加回流污泥泵井1座，共8座；每座泵井中設(shè)潛水軸流泵2臺(tái)，單臺(tái)水泵規(guī)格Q=1 172 m3/h，H=3 m。

2.2.2 新建生物反應(yīng)池

本次提標(biāo)改造工程新建AAO反應(yīng)池1座2組，設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，反應(yīng)池總?cè)莘e為108 333 m3。每組反應(yīng)池安裝2臺(tái)厭氧池立式攪拌器、8臺(tái)缺氧池立式攪拌器、4臺(tái)水平軸流泵、3 400個(gè)板式微孔曝氣器。

在厭、缺氧段設(shè)置多處進(jìn)水點(diǎn)，通過(guò)可調(diào)節(jié)堰門分配進(jìn)水量，同時(shí)滿足優(yōu)質(zhì)碳源的合理分配。同時(shí)在每組池設(shè)置單獨(dú)外回流污泥渠道、內(nèi)回流污泥渠道，可根據(jù)進(jìn)水條件的不同，將污泥回流至厭氧區(qū)、缺氧區(qū)之前，形成常規(guī)AAO、多點(diǎn)進(jìn)水AAO和倒置AAO等多種模式的切換。多模式AAO反應(yīng)池的流程如圖2所示。

圖2 多模式AAO反應(yīng)池工藝流程圖Fig.2 Process Flow Chart of Multimode AAO Reaction Tank

2.2.3 新建二沉池、二沉池配水井及回流污泥泵房

本次提標(biāo)改造工程新建二沉池8座，每4座為一組，與前端的一組反應(yīng)池對(duì)應(yīng)。單座設(shè)計(jì)規(guī)模為2.5萬(wàn)m3/d。采用直徑為45 m的輻流式二沉池，高峰流量時(shí)的設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為0.85 m3/(m2·h)，每座配置中心傳動(dòng)單管刮吸泥機(jī)一臺(tái)。

新建二沉池配水井及污泥泵房2座，每座對(duì)應(yīng)4組二沉池，單座設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d。每座配置回流污泥泵和剩余污泥泵，回流污泥輸送至新建的AAO反應(yīng)池，剩余污泥輸送至已建的污泥緩沖池。

2.2.4 新建加氯接觸池

本工程新建加氯接觸池共1座，其中土建部分按66萬(wàn)m3/d的遠(yuǎn)期規(guī)模建造，設(shè)備部分按50萬(wàn)m3/d的處理規(guī)模配置。

加氯接觸池有效容積約為13 750 m3，有效水深為4.5 m，HRT為30 min。接觸池末端設(shè)2套潛水離心泵(1用1備)作為二氧化氯發(fā)生器的動(dòng)力水來(lái)源。

2.3 污泥處理工藝設(shè)計(jì)

一期已建污泥處理系統(tǒng)包括污泥緩沖池、污泥濃縮機(jī)房、消化池、儲(chǔ)泥池、污泥脫水機(jī)房及沼氣柜等，如圖3所示。本次提標(biāo)改造后，污水廠總污泥產(chǎn)生量為55 717 kg DS/d。本次工程對(duì)已建污泥處理設(shè)施進(jìn)行全部利用，并調(diào)整濃縮機(jī)、脫水機(jī)的工作時(shí)間；由于消化池處理能力不足，污泥量超出部分由濃縮機(jī)房直接輸送至脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理。本次升級(jí)工程主要增加管道和閥門等。

圖3 污泥處理系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow Chart of Sludge Treatment System

2.4 除臭設(shè)計(jì)

根據(jù)環(huán)評(píng)要求，本次升級(jí)工程對(duì)預(yù)處理區(qū)、厭氧區(qū)、污泥處理區(qū)進(jìn)行除臭處理，采用生物土壤濾池除臭工藝。通過(guò)對(duì)主要開(kāi)敞構(gòu)筑物進(jìn)行加蓋、加罩等，并布置集氣風(fēng)機(jī)和風(fēng)管等，將臭氣集中收集到生物土壤濾池進(jìn)行處理。除臭后滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—1993)和GB 18918—2002廠界廢氣排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

加強(qiáng)型生物土壤除臭裝置利用土壤中生存的微生物，在臭氣通過(guò)土壤時(shí)將其成分氧化分解。當(dāng)臭氣接觸到含有大量微生物的透氣活性土壤層時(shí)，將被微生物完全氧化并轉(zhuǎn)化為CO2、水及微生物細(xì)胞生物質(zhì)，從而達(dá)到除臭目的，具體處理工藝流程示意如圖4所示。

圖4 除臭系統(tǒng)工藝流程圖Fig.4 Process Flow Chart of Deodorization System

2.5 近遠(yuǎn)期工程銜接

污水廠經(jīng)多期建設(shè)，構(gòu)筑物及地下管線布置復(fù)雜。本工程為污水廠一級(jí)B提標(biāo)工程，近期將啟動(dòng)一級(jí)A提標(biāo)工程，遠(yuǎn)期污水廠將進(jìn)行擴(kuò)容工程。故本次提標(biāo)工程構(gòu)筑物布置堅(jiān)持高效集約的原則，僅新增用地7.24萬(wàn)m2。本次提標(biāo)工程管線布置、水力高程設(shè)計(jì)上為一級(jí)A提標(biāo)工程預(yù)留水頭，并在廠區(qū)東北角預(yù)留深度處理設(shè)施的位置。廠區(qū)南側(cè)空地為遠(yuǎn)期擴(kuò)容工程預(yù)留。同時(shí)新建AAO反應(yīng)池已按一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，反應(yīng)池設(shè)計(jì)HRT滿足一級(jí)A提標(biāo)要求。改良氧化溝生物反應(yīng)池?cái)M采用MBBR工藝進(jìn)行改造，在厭氧區(qū)投加MBBR填料，增加厭氧區(qū)生物量，滿足一級(jí)A提標(biāo)需求。

青山湖污水廠各期工程平面布置如圖5所示。

3 運(yùn)行效果

2017年青山湖污水處理廠一級(jí)B提標(biāo)工程完成，正式投入運(yùn)行。根據(jù)2017年1月～6月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，污水廠實(shí)際出水水質(zhì)優(yōu)于一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。改良氧化溝生物反應(yīng)池和新建AAO生物反應(yīng)池運(yùn)行效果良好，多模式AAO工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷能力。

表3 2017年1月～6月實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Practical Influent and Effluent Water Quality from January to June,2017

注：括號(hào)外數(shù)值為水溫>120 ℃時(shí)的控制指標(biāo)，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為水溫≤120 ℃時(shí)的控制指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

(1)城市污水處理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從目前的狀況分析，污水管網(wǎng)制約了污水的收集。加快完善城市已建污水管網(wǎng)，推進(jìn)截污工程，才能充分發(fā)揮污水廠的效用。

(2)在升級(jí)改造設(shè)計(jì)中要考慮到污水處理廠還在運(yùn)行，在工藝的選擇及構(gòu)筑物的改造設(shè)計(jì)中，均應(yīng)考慮施工中分段分組實(shí)施的可行性，將施工對(duì)污水處理廠正常運(yùn)行的影響降到最低。

(3)在廠區(qū)的布置上，要結(jié)合污水處理廠原有的功能區(qū)劃，合理布置新建構(gòu)筑物；同時(shí)還要考慮遠(yuǎn)期工程、污泥工程等項(xiàng)目預(yù)留用地布置的合理性。