合肥市肥東污水處理廠四期工程設計分析

陳奇良 王桂祥 趙義君

(上海市政工程設計研究總院集團第六設計院有限公司，安徽 合肥 230061)

肥東污水處理系統(tǒng)2030年服務面積為39.1 km2，服務人口約40萬人，已建一、二、三期位于沿河東路以東、合寧高速以北、橫大路以南、店忠路以西，設計總規(guī)模10萬m3/d，2018年—2020年日均處理約9.5萬m3，高峰時污水量達12.4萬m3/d，為解決肥東縣城污水處理能力不足問題，四期工程建設迫在眉睫。

1 設計水量與水質(zhì)

城市污水處理廠進水水質(zhì)與水量是污水處理廠工程設計的基本參數(shù)，關系到污水處理廠的建設規(guī)模和處理工藝的選擇，進而影響到整個工程的建設投資、占地面積和運行費用等[1,2]。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠設計的首要任務就是對污水處理廠的進出水水質(zhì)和水量進行充分的論證分析。

1.1 設計水量

肥東污水處理廠系統(tǒng)2030年服務面積為39.1 km2，利用城市建設用地污水量指標法和分類用水量預測2030年肥東污水廠服務范圍內(nèi)生活污水及工業(yè)污水總規(guī)模為15萬m3/d，同時考慮轉(zhuǎn)輸至肥東污水處理廠處理的初期雨水約3.2萬m3/d。結(jié)合廠區(qū)實際運行水量情況，考慮污水處理廠服務范圍內(nèi)地塊的開發(fā)強度不斷提升、建設時效、地區(qū)發(fā)展的不確定性，最終確定肥東污水處理廠四期工程設計總規(guī)模為10萬m3/d，近期建設規(guī)模5萬m3/d。

1.2 設計水質(zhì)

1)設計進水水質(zhì)。肥東污水處理廠一、二、三期工程設計進水水質(zhì)指標如表1所示。為保證污水處理廠運行安全穩(wěn)定，并為今后運行中適應水質(zhì)的變化留有一定的余地。統(tǒng)籌考慮一、二、三期工程2017年—2019年實際進水水質(zhì)頻率分析結(jié)果，參照了合肥市其他污水廠污水設計進水水質(zhì)，確定的四期工程設計進水水質(zhì)如表2所示。

表1 一、二、三期工程設計進水水質(zhì) mg/L

表2 四期工程設計進水水質(zhì) mg/L

2)設計出水水質(zhì)。按照《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放標準限值》規(guī)定，同時落實合肥市關于污水處理廠極度除磷的政策要求，確定肥東縣污水處理廠四期工程的主要設計出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設計出水水質(zhì)表

2 工藝設計

根據(jù)污水處理廠進出水水質(zhì)指標特點分析，污水廠對氨氮、總磷的去除率要求較高，同時考慮工藝流程的抗沖擊負荷和處理的穩(wěn)定性，從占地、投資、運營維護等方面比較，確定采用“二級生物處理+混凝+過濾+氣浮”工藝。

城鎮(zhèn)污水廠的懸浮型活性污泥法污水處理工藝主要有3個系列[3,4]：氧化溝系列；A/O系列；序批式反應器(SBR)系列。其中，A2O工藝占地小，投資省、運行費用低，可控性強、出水穩(wěn)定。本工程采用便于運行、運行效果良好的改良型A2O鼓風曝氣生物脫氮除磷處理工藝，即污水按比例分別進入預缺氧池和厭氧池，污泥外回流進入預缺氧池進行反硝化反應，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進入?yún)捬鯀^(qū)。這樣可以保證厭氧區(qū)的厭氧效果，提高系統(tǒng)的除磷能力(見圖1)。

本工程污水二級處理采用A2O工藝，根據(jù)調(diào)研國內(nèi)城市污水處理廠的運行經(jīng)驗，二沉池出水TP可以穩(wěn)定在1.0 mg/L以下。因此，為保證項目出水總磷濃度低于0.05 mg/L，需采用兩級化學除磷，一級化學除磷采用高效沉淀池，可使TP降至0.2 mg/L～0.5 mg/L。根據(jù)2019年6月份合肥市朱磚井污水處理廠總磷提標中試結(jié)果，生化系統(tǒng)出水經(jīng)過“高效氣浮”系統(tǒng)，先經(jīng)過混合反應區(qū)，充分混合絮凝反應，再進入氣浮池體，進行固液分離，出水TP達到提標改造要求的預期目標，穩(wěn)定TP<0.03 mg/L；SS<5 mg/L。深度除磷采用“高效氣浮”工藝。

根據(jù)美國環(huán)保署公開的城市污水處理廠低濃度磷去除工藝的技術，并從出水水質(zhì)可靠性、污水廠運營簡便性、運營成本合理性考慮，采用“生物除磷+兩級化學除磷”方式。根據(jù)合肥市朱磚井總磷提標中試結(jié)果，二級化學除磷采用高效氣浮池，可保證總磷出水穩(wěn)定達標。

針對本工程污水處理的特點，采用先進成熟可靠的工藝，考慮工藝的先進性、運行的穩(wěn)定性、調(diào)整的靈活性和出水的安全性，確定主體處理工藝為：采用“改良A2/O+高效沉淀池+反硝化深床濾池+高效氣浮池+加氯接觸消毒”。工藝流程如圖2所示。

3 總平面布置

按照總規(guī)要求，四期工程近期可用地面積32 680 m2，用地十分緊張。廠區(qū)采用集約、組合式布置，根據(jù)功能分為5個區(qū)：生產(chǎn)管理區(qū)、預處理區(qū)、二級處理區(qū)、深度處理區(qū)、污泥處理區(qū)。二級處理區(qū)生物反應池、二沉池采用組合式全地下結(jié)構，并在上部疊合兩個加藥間。廠區(qū)融入海綿城市理念，打造成生態(tài)海綿型場站示范區(qū)。

4 主要構筑物及設計參數(shù)

4.1 粗格柵及進水泵房

地下式鋼筋混凝土結(jié)構，平面尺寸22.10 m×12.60 m，池深17.50 m。粗格柵土建及設備按遠期10萬m3/d的規(guī)模一次建成，設2臺鋼絲繩牽引式格柵除污機，每臺寬1.5 m，安裝角度75°，柵條間隙20 mm，泵房共設6臺離心式潛污泵，近期安裝3臺(2用1備，1臺變頻)，單泵流量1 427 m3/h，揚程18.5 m，功率110 kW。

4.2 細格柵及曝氣沉砂池

地下式鋼筋混凝土結(jié)構，與曝氣沉砂池合建，平面尺寸11.80 m×8.10 m，設計規(guī)模5萬m3/d，設2臺板式細格柵除污機，柵條間隙3 mm，過柵流速0.75 m/s，功率1.1 kW。曝氣沉砂池設1座，分2格，平面尺寸28.80 m×8.10 m，設計規(guī)模5萬m3/d，停留時間約4 min(高峰流量)，單格凈寬2.4 m，設計有效水深4.60 m，有效長度24.00 m。曝氣量按0.2 m3空氣/m3污水配置，設3臺羅茨風機(2用1備)，單機風量4.3 m3/min，風壓3.5 m，功率4.5 kW。

4.3 生物反應池

地下式鋼筋混凝土結(jié)構，設1座，分2組，平面尺寸53.55 m×59.50 m×7.00 m單組規(guī)模2.5萬m3/d，系統(tǒng)設計泥齡16.5 d，污泥負荷0.047 kg BOD5/kg MLSS·d，MLSS4.0 g/L。有效總池容積17 188 m3，有效水深6 m，前置缺氧池有效容積1 042 m3，停留時間1.0 h，厭氧池有效容積1 562 m3，停留時間1.5 h，缺氧池有效容積4 166 m3，停留時間4.0 h，好氧池有效容積10 415 m3，停留時間10 h，總水力停留時間16.5 h。高峰時供氣量7 811 m3/h，氣水比7.5∶1。污泥外回流比100%，混合液內(nèi)回流比300%。布置微孔曝氣器3 980套，潛水攪拌器22臺，預缺氧池內(nèi)4臺，厭氧池、缺/好氧池內(nèi)10臺，缺氧池內(nèi)8臺。潛水水平軸流泵6臺，單臺流量：Q=1 302 m3/h，揚程1 m，功率：P=18.5 kW。

4.4 二沉池及污泥泵房

地下式鋼筋混凝土矩形池，設1座，分8組，平面尺寸66.45 m×53.25 m×6.00 m，最大表面負荷1.09 m3/(m2·h)，平均表面負荷0.80 m3/(m2·h)，有效水深4.0 m，設電動管式撇渣機和非金屬鏈板式刮泥機。剩余污泥泵3臺，污泥量23 700 kg DS/d。

4.5 中間提升泵房及高效沉淀池

中間提升泵房設計規(guī)模5萬m3/d，設潛水泵4臺，單泵設計流量961.2 m3/h， 揚程8.5 m，功率37 kW。高效沉淀池設計規(guī)模5萬m3/d，1座分2組，單組處理能力2.5萬m3/d，沉淀池直徑12 m，最大表面負荷16 m3/(m2·h)，分混合反應區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀池。

4.6 反硝化濾池

設計規(guī)模5萬m3/d，設1座，平面尺寸38.65 m×20.91 m，設計平均濾速5.47 m/h，最大濾速7.57 m/h。設反沖洗風機和反沖洗水泵。

4.7 高效氣浮池

設計規(guī)模5萬m3/d，設1座2格，平面尺寸32.57 m×30.50 m，最大表面負荷20 m3/(m2·h)，設快速混合攪拌器、刮泥機、增壓泵、空壓機、污泥泵、攪拌器、潛污泵等設備。

4.8 加氯接觸池

設計規(guī)模5萬m3/d，設1座，平面尺寸17.00 m×16.30 m，有效水深5 m，高峰流量氯接觸時間30 min。

4.9 污泥脫水機房

設計規(guī)模9.6 t DS/d，設1座，平面尺寸43.50 m×22.90 m，設2套污泥高干脫水設備，污泥脫水后含水率降至60%，設儲泥池1座2格，平面尺寸7.5 m×7.5 m，有效水深3.20 m。

4.10 除臭系統(tǒng)

設一體化成套生物除臭設備2套，玻璃鋼材質(zhì)，規(guī)模分別為4萬m3/h和1萬m3/h，除臭系統(tǒng)對粗格柵及進水泵房、細格柵、曝氣沉砂池、生物反應池和儲泥池、污泥濃縮脫水機房產(chǎn)生的臭氣進行凈化處理，標準達到GB 14554—1993惡臭污染物排放標準中惡臭污染物廠界二級標準和惡臭污染物15 m排放標準。

5 設計亮點分析

1)改良A2O生反池工藝設計。

傳統(tǒng)的A2O工藝中，厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽和溶解氧會對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響[5]，為了解決此問題，在厭氧區(qū)前端設置預缺氧池，二沉池約10%～25%出水進入預缺氧池，75%～90%出水進入?yún)捬鯀^(qū)，污泥外回流進入預缺氧池進行反硝化反應，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進入?yún)捬鯀^(qū)。這樣可以保證厭氧區(qū)的厭氧效果，提高系統(tǒng)的除磷能力?；旌弦夯亓鬟M入缺氧區(qū)，形成了改良AAO法。

2)高效氣浮除磷工藝設計。

肥東縣污水處理廠四期工程是安徽省第一座要求總磷出水標準達到不大于0.05 mg/L的生活污水處理廠，采用“生物除磷+兩級化學除磷”工藝，二級化學除磷采用高效氣浮保證總磷出水穩(wěn)定達標。

3)構筑物組合式、疊合布置。

生物反應池、二沉池及污泥泵房采用組合式布置，主體結(jié)構為全地下式，上部覆土綠化，并在二沉池上部疊合PAC，PAM加藥間和加氯及次氯酸鈉投加間，節(jié)約用地。

4)高效曝氣控制技術。本次工程處理的污水主要為生活污水、工業(yè)污水及初期雨水，初期雨水具有低C/N的特性，為保證水質(zhì)穩(wěn)定達標，采用高效曝氣控制技術，在生物脫氮除磷工藝缺氧段增設填料，運行中通過對溶解氧、氨氮、硝態(tài)氮、磷酸鹽、ORP等指標的監(jiān)測，結(jié)合off-gas技術對OTE和α值的實時監(jiān)測，借助云優(yōu)化決策平臺，在實現(xiàn)高效曝氣控制技術的基礎上，使得A2/O工藝能夠適應處理低碳氮比廢水。整個工藝過程需要進行精確控制，優(yōu)化運營，不僅可降低曝氣能耗和外碳源的投加，實現(xiàn)節(jié)能降耗，同時也給我國目前污水處理界面臨的低碳氮比廢水脫氮難、能耗高、污泥產(chǎn)量大等問題的解決提供一些工程經(jīng)驗。

6 結(jié)語

肥東縣污水處理廠四期工程設計充分考慮了項目出水標準高、占地面積小、工藝流程復雜等特點，采用“改良A2/O+高效沉淀池+反硝化深床濾池+高效氣浮池”的處理工藝，處理效果穩(wěn)定，主體構筑物地下式、疊合布置，節(jié)約用地，并融入海綿城市理念，打造成生態(tài)海綿型場站示范區(qū)。對巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠設計具有較好的借鑒意義。