江門某生活污水處理廠二期工程工藝設(shè)計(jì)

梁仁禮，溫澤軍，譚綺娜，李斯偉

(1. 開平市潭江環(huán)境投資有限公司，廣東開平 529300；2. 開平粵海水務(wù)有限公司，廣東開平 529300)

廣東江門某生活污水處理廠一期工程工程于2007年8月份竣工，設(shè)計(jì)規(guī)模為5×104m3/d，主體處理工藝采用改良型曝氣氧化溝，排放標(biāo)準(zhǔn)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)B標(biāo)準(zhǔn)及《廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值。自2015年起，一期工程已滿負(fù)荷運(yùn)行，已不能滿足服務(wù)范圍內(nèi)日益增加的污水量處理需要，需實(shí)施二期工程。

1 工藝方案

1.1 設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)

二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為2.5×104m3/d，工程建成后，該污水廠總處理規(guī)模為7.5×104m3/d。根據(jù)當(dāng)前環(huán)保要求，二期工程的排放標(biāo)準(zhǔn)將執(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)及《廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)的第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值。針對(duì)南方河網(wǎng)地帶城市進(jìn)水水質(zhì)濃度偏低的特點(diǎn)和一期工程歷年來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，二期工程的主要設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì) (單位：mg/L)Tab.1 Design Influent and Effluent Water Quality (Unit：mg/L)

注：括號(hào)外數(shù)為水溫>12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)；括號(hào)內(nèi)數(shù)為水溫≤12 ℃時(shí)控制指標(biāo)

1.2 工程方案

1.2.1 一期工程工藝流程及現(xiàn)狀分析

從歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)看，一期工程出水水質(zhì)基本能滿足國(guó)家一級(jí)B標(biāo)及相應(yīng)地方標(biāo)準(zhǔn)要求，但BOD5、NH3-N、TN、SS四類污染物指標(biāo)不能穩(wěn)定符合國(guó)家一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)要求，其工藝流程圖如圖1所示。因此，二期工程的設(shè)計(jì)要注重上述四類污染物的去除，并整體上提高系統(tǒng)的處理能力和穩(wěn)定性。

圖1 一期工程工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of the First-Stage Project

1.2.2 二期工程工藝流程

二期工程工藝應(yīng)具有高效、穩(wěn)定、成熟的技術(shù)特點(diǎn)，為確保能同時(shí)滿足國(guó)標(biāo)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)廣東地方標(biāo)準(zhǔn)要求，需在傳統(tǒng)二級(jí)生物處理工藝的基礎(chǔ)上，增加深度處理單元。為節(jié)約用地和便于管理，深度處理、消毒處理單元采用占地少、技術(shù)成熟先進(jìn)的工藝。

經(jīng)吸取成功案例經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)分析[1-2]，確定污水處理采用“AAO二沉池+高效沉淀池濾布濾池+紫外光消毒”工藝，污泥處理采用“重力濃縮+板框壓濾”工藝。工藝流程如圖2所示。

圖2 二期工程工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of the Second-Stage Project

2 工藝設(shè)計(jì)方案

一期工程中的進(jìn)水井、粗格柵和細(xì)格柵間、提升泵房、旋流沉砂池、鼓風(fēng)機(jī)房、配電房、綜合樓等設(shè)施的土建規(guī)模已按遠(yuǎn)期預(yù)留，二期工程僅需增加設(shè)備即可。二期工程建設(shè)內(nèi)容主要包括：新建AAO反應(yīng)池、二沉池、高效沉淀池、濾布濾池、污泥脫水車間、紫外線消毒槽、除臭設(shè)施等。為便于遠(yuǎn)期擴(kuò)展，上述除AAO池和二沉池外，其余設(shè)施的土建按均遠(yuǎn)期(5.0×104m3/d)規(guī)模預(yù)留。

(1)AAO反應(yīng)池

新建1座AAO反應(yīng)池(半地下式)，平面尺寸為75.40 m×30.55 m，池深為7.15 m，由預(yù)缺氧、厭氧、缺氧和好氧四個(gè)分區(qū)組成，設(shè)計(jì)總停留時(shí)間為11.5 h。

預(yù)缺氧區(qū)設(shè)計(jì)停留時(shí)間為0.5 h，配置潛水葉輪攪拌器1臺(tái)。厭氧區(qū)設(shè)計(jì)停留時(shí)間為1.5 h，配置推流器2臺(tái)；為降低回流污泥對(duì)厭氧稀磷的影響，采用分多格串聯(lián)設(shè)計(jì)。缺氧區(qū)設(shè)計(jì)停留時(shí)間為3.0 h，池體采用循環(huán)跑道式氧化溝，內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)；為降低攪拌功率、減輕污泥上浮，采用大葉輪低速推流器。好氧區(qū)設(shè)計(jì)停留時(shí)間為6.5 h，為節(jié)省用地和投資，池體采用推流廊式池體設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷0.08 kg BOD5/(kg MLSS·d)，混合液污泥濃度3.0 g/L，泥齡18.5 d，內(nèi)設(shè)回流潛水泵2臺(tái)，回流比為50%～100%，用于將好氧池區(qū)污泥回流到缺氧區(qū)；采用可提升式管式微孔曝氣器，提高曝氣效率、節(jié)能降耗。

(2)二沉池

新建1座二沉池，直徑為35 m，池邊水深為4.5 m，平均表面負(fù)荷為1.08 m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間為3.69 h。二沉池采用輻流式，周邊進(jìn)水、周邊出水設(shè)計(jì)，負(fù)荷較高，大大節(jié)省了占地[3]。

(3)高效沉淀池

為進(jìn)一步降低懸浮物、膠體和色度等，新建高效沉淀池1座：設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為5.42 m3/(m2·h)，反應(yīng)絮凝池停留時(shí)間為20 min；池體平面尺寸為15.0 m×15.0 m，池內(nèi)水深為6.5 m，池內(nèi)配置攪拌機(jī)、斜管組件、吸刮泥機(jī)和污泥回流泵等。為提高運(yùn)行靈活性和節(jié)約運(yùn)行成本，設(shè)置了穿越管道，可根據(jù)工況使高效沉淀池和濾布濾池聯(lián)動(dòng)或單獨(dú)運(yùn)行。

(4)濾布濾池

新建濾布濾池1座，平面尺寸為14.05 m×13.3 m，池深為5 m，為節(jié)約用地，與高效沉淀池合建。設(shè)計(jì)采用“外進(jìn)水”過濾方式，重力運(yùn)行，利用自然沉降和與濾布截留相結(jié)合的方式去除SS，并可根據(jù)水位差進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。

(5)紫外光消毒槽

一期工程采用接觸消毒池，其占地大、投藥管理不便，且敞開式布置容易招至和滋生蚊蟲，二期工程改用渠道式紫外線消毒槽。槽體單渠寬度為0.81 m，有效水深為1.05 m。

(6)污泥處理設(shè)施

新建污泥濃縮池1座，采用重力濃縮，池直徑10 m，配置攪拌機(jī)和加藥裝置。

一期工程的污泥脫水車間配置帶式壓濾機(jī)2臺(tái)(泥餅含水率≤80%)，但土建預(yù)留的空間不足，不能滿足二期工程需要。因此，需新建脫水車間，配置高壓板框壓濾機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)過濾面積為200 m2，設(shè)計(jì)污泥總干固量為2.65 DS/d，配套進(jìn)泥泵、加藥裝置、沖洗裝置等，要求泥餅含水率≤60%。

(7)除臭系統(tǒng)

一期工程沒有設(shè)置除臭系統(tǒng)，因臭氣問題，已引致過附近居民的投訴。為滿足環(huán)保對(duì)廠界廢棄氣排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，保障周邊居民生活不受影響，二期工程新建了UV光解和生物各1套除臭系統(tǒng)。粗細(xì)格柵間、提升泵房、旋流沉砂池、污泥脫水車間等采用了UV光解除臭裝置，處理風(fēng)量為2 000 m3/h，旁設(shè)噴淋塔，塔內(nèi)設(shè)風(fēng)機(jī)、填料、噴淋系統(tǒng)等；臭源設(shè)施經(jīng)封閉后，采用抽風(fēng)機(jī)和304不銹鋼管道進(jìn)行收集。AAO反應(yīng)池的預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池等采用了一體化生物除臭裝置，處理風(fēng)量為4 000 m3/h，設(shè)備尺寸為5.0 m×2.6 m×2.8 m，配置除臭主體設(shè)備、風(fēng)機(jī)、噴淋系統(tǒng)及自控系統(tǒng)等；對(duì)臭源池體上方采用弧形有機(jī)玻璃板封蓋后，利用抽風(fēng)機(jī)和玻璃鋼夾砂管道進(jìn)行收集。

3 運(yùn)行效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

二期工程于2017年1月1日起動(dòng)工建設(shè)，2017 年10月1日正式投入運(yùn)行。運(yùn)行至今，出水水質(zhì)各指標(biāo)均能穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、達(dá)標(biāo)排放。2017年10月～2018年7月的主要運(yùn)行監(jiān)測(cè)指標(biāo)如表2所示。

二期工程總投資為6 467.28 萬元，其中第一部分費(fèi)用為4 828.55 萬元，第二部分費(fèi)用為1 491.37 萬元，基本預(yù)備費(fèi)28 萬元。建成運(yùn)營(yíng)后，單位經(jīng)營(yíng)直接成本0.48 元/m3，污水單位電耗為0.31 kW·h /m3，為同類型項(xiàng)目的較低水平。

4 技術(shù)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)一期工程采用改良曝氣氧化溝工藝，但由于存在曝氣充氧效率較低、抗沖擊能力較弱、工況調(diào)節(jié)困難等問題，二期工程改用AAO工藝。AAO工藝可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)靈活調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，具有較好的脫氮除磷能力[3]。為解決當(dāng)進(jìn)水量、進(jìn)水濃度波動(dòng)較大時(shí)，曝氣過度將導(dǎo)致溶解氧偏高、浪費(fèi)，或曝氣不足將導(dǎo)致溶解氧不足等問題，曝氣裝置設(shè)計(jì)采用管式橡膠膜可提升式微孔曝氣器，采用梯度布置曝氣方式。該種曝氣裝置可根據(jù)工況靈活調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度，避免了溶解氧的浪費(fèi)或不足，提高了曝氣效率和氧利用率，降低了能耗，同時(shí)可提升式設(shè)計(jì)便于曝氣系統(tǒng)的局部維修或更換，避免導(dǎo)致整體停產(chǎn)。

表2 實(shí)際進(jìn)、出水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo) (單位：mg/L)Tab.2 Actual Monitoring Indicators of Influent/Effluent Water Quality (Unit: mg/L)

(2)一期工程采用國(guó)產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，但由于存在工作環(huán)境差、噪音大、能耗高等問題，二期工程改用噪音低、動(dòng)力效率高、調(diào)節(jié)靈活的進(jìn)口空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)。結(jié)合上述微孔梯度曝氣措施，使單位水量的曝氣能耗較一期工程降低了24%，大幅降低了運(yùn)行成本。

(3)一期工程沒有設(shè)置除臭設(shè)施，臭氣對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定污染。二期工程增設(shè)了除臭系統(tǒng)，對(duì)主要臭氣源的臭氣進(jìn)行收集后，通過抽風(fēng)機(jī)、管道等設(shè)施輸送到除臭裝置進(jìn)行處理，廠界(防護(hù)帶邊緣)廢氣排放最高允許濃度滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染。

(4)與傳統(tǒng)活性砂濾池相比，二期工程采用的濾布濾池具有投資省、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷高、出水水質(zhì)良好穩(wěn)定等特點(diǎn)，SS平均出水濃度僅為2.7 mg/L，單體運(yùn)行電費(fèi)用僅為0.01元/t左右。

(5)二期工程的污泥經(jīng)脫水至含水率60%以下后，外運(yùn)至鄰近的水泥廠進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置。利用水泥窯內(nèi)高溫、強(qiáng)堿、對(duì)流、渦旋環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)污泥的100%處置。通過水泥窯協(xié)同處置，不但資源化利用了污泥中的碳，節(jié)約了煤燃料，而且通過高溫燃燒，污泥中的重金屬元素將以固態(tài)化合物形式固化后，將連同其他無機(jī)物全部融入水泥熟料中，從而真正實(shí)現(xiàn)了“減量化、無害化、資源化”處置。

(6)二期工程新建設(shè)施布局緊湊、流程順暢，提高了土地利用率，總占地面積僅為2.45 hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》。平面設(shè)計(jì)布局合理，既能充分利用了既有設(shè)施，又能與一期工程較好地協(xié)調(diào)和融合，實(shí)現(xiàn)了一期、二期工程資源的整合，達(dá)到投資省、管理便利和降低管理運(yùn)行成本的目的。

(7)高效沉淀池、濾布濾池、污泥脫水車間、紫外線消毒槽等設(shè)施的土建按遠(yuǎn)期規(guī)模(5.0×104m3/d)預(yù)留，可便于后期的擴(kuò)容發(fā)展，同時(shí)節(jié)約土地和投資成本。

5 結(jié)論

二期工程污水處理采用“AAO +高效沉淀+ 濾布濾池”主體工藝，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作靈活，出水水質(zhì)達(dá)到了設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)；污泥采用深度板框壓濾工藝，泥餅含水率55.93%，便于外運(yùn)至鄰近的水泥窯協(xié)同處置，徹底解決了二次環(huán)境污染問題。工程投產(chǎn)后，顯著減少了排入潭江河流的污染物排放總量，改善了城市的水環(huán)境狀況。