北海市紅坎污水處理廠提標(biāo)改造項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)

呂文博，徐 靜

（1.蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

北海市紅坎污水處理廠總處理規(guī)模為20萬m3/d，分為兩期建設(shè)。一期工程于2009年建成并投入使用，處理規(guī)模10萬m3/d。二期工程于2015年建成并投入使用，處理規(guī)模10萬m3/d。污水廠一、二期工程均采用氧化溝處理工藝，主要工藝流程為：粗格柵→進(jìn)水提升泵房→細(xì)格柵→沉砂池→氧化溝→沉淀池→消毒→一、二期匯流井→出水提升泵房→深海排放。一、二期出水水質(zhì)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B標(biāo)準(zhǔn)。

污水廠建成運(yùn)行以來，由于進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定，尤其是TN、TP高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，同時(shí)現(xiàn)狀除磷加藥點(diǎn)不能使藥劑與污水充分混合，導(dǎo)致部分時(shí)段TN、TP出水不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。北海市緊鄰海域，為響應(yīng)國務(wù)院2015年印發(fā)的《水污染防治行動計(jì)劃》，確保出水水質(zhì)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A標(biāo)準(zhǔn)，需對污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 工藝介紹

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)

（1）污水廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

污水廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 污水廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

（2）因本工程為提標(biāo)改造，深度處理進(jìn)水水質(zhì)應(yīng)采用二級出水水質(zhì)。由北海市紅坎污水處理廠提供2012年至2014年的二級出水水質(zhì)資料，見表2。

由表 2 可知，BOD5、CODcr、SS、NH3-N 指標(biāo)基本能達(dá)到一級A標(biāo)，出水各指標(biāo)波動范圍集中在表1所列最大值及最小值范圍內(nèi)；TN指標(biāo)基本能達(dá)到一級B標(biāo)，出水水質(zhì)波動范圍集中在9～30 mg/L；污水處理廠運(yùn)行以來，TP指標(biāo)一直未達(dá)到一級B標(biāo)，出水水質(zhì)波動范圍集中在2.60～7.80 mg/L。通過對二級出水各污染指標(biāo)的分析，深度處理進(jìn)水水質(zhì)各指標(biāo)取值時(shí)綜合考慮，通過概率分析，并結(jié)合污水廠現(xiàn)狀出水綜合考慮，深度處理具體進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表3。

2.2 污水深度處理重點(diǎn)去除指標(biāo)

通過對污水廠2012～2014年二級出水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，出水水質(zhì) BOD5、CODcr、氨氮、SS 已基本滿足一級A排放標(biāo)準(zhǔn)要求，從最大值來看，存在個別超標(biāo)的數(shù)據(jù)，但超標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)幾率均小于5%，從超標(biāo)數(shù)值上來看，通過調(diào)整現(xiàn)狀氧化溝曝氣工藝段曝氣量等運(yùn)行條件即可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但是需要增加曝氣控制系統(tǒng)；出水水質(zhì)總氮已達(dá)到一級B排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但兼顧氨氮和總氮數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)出水氨氮濃度較低，因此超標(biāo)的總氮基本上為其中的硝酸鹽氮部分，超標(biāo)數(shù)值在5 mg/L左右；出水總磷濃度超出一級A排放標(biāo)準(zhǔn)很多，大約在6 mg/L左右，是污水廠現(xiàn)在存在的主要問題。

表2 2012～2014年污水廠二級出水水質(zhì)采集表

表3 污水廠深度處理進(jìn)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)指標(biāo)

因此，深度處理工藝選擇需要重點(diǎn)考慮TN、TP指標(biāo)去除。

2.3 深度處理工藝選擇

城市三級處理的工藝一般可以分為基本的處理單元如混凝、沉淀（澄清、氣?。?、過濾、消毒。在水質(zhì)要求更高時(shí)需要采用中水處理單元技術(shù)有：活性炭吸附、反滲透、除氨、離子交換、折點(diǎn)加氯、電滲析、臭氧氧化等，以及近年來發(fā)展起來的活性砂過濾工藝、反硝化深床濾池、高密度澄清池、生物磁混凝高效沉淀技術(shù)、高效絮凝斜管沉淀工藝均能滿足要求。

目前國內(nèi)能夠達(dá)到一級A標(biāo)的工藝很多，對去除TP，上述工藝基本都能達(dá)到要求；對于去除TN，混凝沉淀過濾效果不佳，但反滲透、反硝化深床濾池工藝及后置反硝化生物濾池可以滿足TN出水要求。

因此，本工程需要考慮化學(xué)除磷和反硝化脫氮。

2.4 工藝流程

根據(jù)上述分析，深度處理主體工藝采用BAF后置反硝化生物濾池技術(shù)+LHPS高效斜管沉淀池工藝。深度處理規(guī)模20萬m3/d，深度處理廠進(jìn)水從一期、二期二沉池出水總管上接入，通過超細(xì)格柵去除較小漂浮物，避免濾池和濾嘴很快堵塞，污水通過超細(xì)格柵后進(jìn)入調(diào)節(jié)水池，由潛污泵提升進(jìn)入后置反硝化生物濾池，污水經(jīng)后置反硝化生物濾池將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮?dú)饣騈2O后進(jìn)入LHPS高效斜管沉淀池，使各類有機(jī)物和懸浮物有效去除，最后污水進(jìn)入紫外線消毒渠消毒后排放或回用?？傮w工藝流程見圖1。

圖1 反硝化生物濾池+高效絮凝斜管沉淀池工藝流程圖

因深度處理進(jìn)水水質(zhì)BOD5/TN≤1，屬于碳源不足，反硝化難以徹底進(jìn)行，為了提高反硝化效率，保證出水總氮達(dá)標(biāo)，需要投加碳源，本工程采用投加乙酸鈉，單位NO3-N去除量的碳源投加量為5.38（g/g）。除磷藥劑采用三氯化鐵，產(chǎn)生的剩余污泥由污泥泵輸送至現(xiàn)狀污泥濃縮池，然后進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)行深度脫水，污泥含水率達(dá)到60%后，泥餅外運(yùn)填埋。后置反硝化生物濾池產(chǎn)生的反沖洗廢水，進(jìn)入反沖洗廢水池，由廢水泵提升進(jìn)入污水一級及二級處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3 工程設(shè)計(jì)[1-3]

核心處理單元及加藥是深度處理部分的重點(diǎn)，直接影響處理成果，以下重點(diǎn)介紹本工程核心處理單元及加藥部分設(shè)計(jì)情況。設(shè)計(jì)規(guī)模20萬m3/d，設(shè)計(jì)流量：平均時(shí)流量8 333 m3/h，最大時(shí)流量10 833 m3/h（Kz=1.3）。

3.1 電磁流量計(jì)井

電磁流量計(jì)設(shè)在進(jìn)入超細(xì)格柵渠的總進(jìn)水管上。用于監(jiān)測深度處理系統(tǒng)進(jìn)水流量，并根據(jù)實(shí)際進(jìn)水量確定碳源投加量。

電磁流量計(jì)井采用地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸：L×B=6.0 m×4.0 m，深4.0 m。內(nèi)設(shè)DN1600電磁流量計(jì)1臺，功率N=1.0 kW。

3.2 超細(xì)格柵與調(diào)節(jié)池

超細(xì)格柵與調(diào)節(jié)池合建。為保障生物濾池順利工作，避免濾池和濾嘴頻繁堵塞，在調(diào)節(jié)池前設(shè)置超細(xì)格柵。

超細(xì)格柵采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸：L×B=20.0 m×7.0 m，單渠寬 2.0 m，渠深 4.0 m，每條渠道安裝了1臺柵隙2 mm的內(nèi)進(jìn)式網(wǎng)板超細(xì)格柵，安裝角度90°，過柵損失0.2 m，柵前水深2.0 m，功率1.1 kW。為清除柵渣，配備無軸螺旋輸送機(jī)1臺，效長度為7 000 mm，功率為3.0 kW；配備螺旋壓榨機(jī)1臺，螺旋壓榨機(jī)壓榨能力不小于2.0 m3/d，功率為3.0 kW。超細(xì)格柵沖洗配套中壓沖洗泵2臺，1用1備，單臺流量Q=6 m3/h，H=50 m，功率N=5.0 kW，高壓沖洗泵2臺，1用1備，單臺流量Q=5 m3/h，H=100 m，功率N=7.5 kW。

調(diào)節(jié)池采用地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)池面積436.5 m2，池深6.0 m，有效水深4.0 m，內(nèi)設(shè)無堵塞潛水排污泵5臺，4用1備，單泵流量2 800 m3/h，揚(yáng)程10.0 m，功率110 kW。潛污泵配變頻控制，配套電動單梁懸掛起重機(jī)一臺，配套電動葫蘆1套，起重量10 t，起吊高度10.0 m，配套功率15.0 kW。水泵根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)液位，由PLC自動控制，水泵按順序輪值運(yùn)行，也可現(xiàn)場手動控制。

3.3 后置反硝化生物濾池

后置反硝化生物濾池是將二級出水中的硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮?dú)饣騈2O，是降低廢水TN指標(biāo)的核心處理單元。設(shè)計(jì)采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座10格，單格凈尺寸：10.5 m×6.0 m，池深9.50 m，濾料采用陶粒。

設(shè)計(jì)參數(shù)：單格濾池面積63 m2，濾料厚度3 m，濾料尺寸4～8 mm，設(shè)計(jì)濾速13 m/h，強(qiáng)制濾速14 m/h（1格濾池反沖洗），反沖洗周期48 h，反沖洗水強(qiáng)度30 m3/m2.h，反沖洗氣強(qiáng)度90 Nm3/m2.h，反沖洗中氣洗6.0 min，氣水聯(lián)合洗15.0 min，清水漂洗5.0 min。

主要設(shè)備：濾料體積2 000 m3，濾嘴10×3 500個，電動閘板10臺，壓力指示傳送器10臺，空氣分布裝置10套，阻止濾料流失裝置10套，硝酸氮在線1臺，磷酸根在線1臺。配套防濾料流失裝置10套，L=6.0 m，材質(zhì)為不銹鋼和PPH；空氣布?xì)庋b置10套，L=10.5 m，材質(zhì)為不銹鋼；電動閘板B×H=600mm×600mm，10套，單套配套功率N=1.0kW；配套濾板540塊（單池54塊）。

3.4 LHPS高效斜管沉淀池

LHPS（Lamellare High Performance Settller）組合反應(yīng)器，是將混凝區(qū)，絮凝區(qū)，沉淀濃縮區(qū)和斜管分離區(qū)的組合體。LHPS是集混凝、絮凝、沉淀、濃縮功能于一體，它代替功能單一的沉淀池，比傳統(tǒng)的工藝大大縮小了體積和占地面積，并且將各類有機(jī)物和懸浮物有效去除。

設(shè)計(jì)采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共設(shè)置4座高效斜管沉淀池，單座凈尺寸B×L×H=15 m×23 m×7.4 m。設(shè)計(jì)參數(shù)：混凝停留時(shí)間3 min，絮凝停留時(shí)10 min，沉淀池的面積225 m2×4，上升流速9.2 m/h，安裝斜管的面積140 m2×4，斜管上升流速4.9 m/h。配套主要設(shè)備：混凝攪拌器4臺，單臺功率N=15 kW，絮凝攪拌器4臺，單臺功率15 kW（配有變頻器），導(dǎo)流桶4個，斜管面積140 m2，集油管4根（DN300，L=15 m），刮泥機(jī)4臺（直徑15 m，0.75 kW），回流污泥泵 8 臺，Q=110 m3/h，H=2 bar，剩余污泥泵5臺，Q=25 m3/h，H=3 bar，泥位計(jì)4臺，pH計(jì)1臺，污泥流量計(jì)4臺。

3.5 加藥間

LHPS組合反應(yīng)器混凝、絮凝階段需分別投加混凝劑與絮凝劑，以提高沉淀效果。設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)加藥間一座，平面尺寸L×B=17.1 m×8.6 m，層高7.0 m。

混凝劑采用聚合聚合FeCl3，設(shè)計(jì)藥劑投加量10.5 mg/L?；炷齽┩都訂卧渲?0 m3聚合聚合FeCl3儲罐2個，配套投加計(jì)量泵4臺（3用1備），單臺泵流量Q=200 L/h，H=20 m，功率N=5.5 kW。

絮凝劑采用聚丙烯酰胺（PAM），設(shè)計(jì)投加量0.5 mg/L。絮凝劑投加單元配置PAM一體化加藥機(jī)2臺，制備容積4 000 L/臺，配套功率N=4.0 kW；配套螺桿泵5臺（4用1備），單臺投加量Q=1500L/h，H=20 m，功率N=7.5 kW。

混凝劑與絮凝劑分別對應(yīng)投加至LHPS組合反應(yīng)器混凝、絮凝單元。

3.6 碳源投加間

深度處理進(jìn)水水質(zhì)BOD5/TN≤1，屬于碳源不足，反硝化難以徹底進(jìn)行，為了使反硝化進(jìn)行，保證出水總氮達(dá)標(biāo)，需要投加碳源。因本工程所在地冬季平均水溫在20℃以上，因此水溫對反硝化影響較小。不同外加碳源對系統(tǒng)的反硝化影響不同，即使外加碳源投加量相同，反硝化效果也不同。常用的外加快速碳源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析見表4。

經(jīng)分析對比，雖然投加甲醇成本較乙酸、乙酸鈉要低，但甲醇屬于易爆高?；瘜W(xué)品，運(yùn)行操作中存在不安全因素，乙酸對使用環(huán)境及出水PH值有影響。該項(xiàng)目因碳源單位投加量比較少，同時(shí)考慮藥劑存儲及使用的安全性，外加碳源采用乙酸鈉。

乙酸鈉投加在后置反硝化生物濾池，設(shè)計(jì)投加量500 L/h。設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)碳源投加間一座，平面尺寸L×B=4.5 m×8.6 m，層高7.0 m。配置乙酸鈉溶解裝置2套，配套電機(jī)功率N=3.0 kW；配套乙酸鈉投加泵3臺（2用1備，變頻調(diào)速），單臺泵流量Q=500 L/h，H=20 m，功率 N=2.2 kW。

4 結(jié) 論

通過對北海紅坎污水處理廠現(xiàn)狀二級處理出水結(jié)果分析，確定污水廠深度處理主體工藝采用BAF后置反硝化生物濾池技術(shù)+LHPS高效斜管沉淀池工藝；通過對外加碳源的對比分析，確定外加碳源采用乙酸鈉，以確保反硝化效率。并對深度處理工藝中核心單元BAF后置反硝化生物濾池、LHPS高效斜管沉淀池及加藥系統(tǒng)按以上工程參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)參數(shù)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)工程技術(shù)人員在污水廠設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行參考和借鑒。