皖北某污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

曹令通

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

皖北某污水處理廠遠(yuǎn)期總規(guī)模為8.0萬m3/d，現(xiàn)狀一期工程污水處理規(guī)模為2.0萬m3/d，而日常進(jìn)水量達(dá)到了1.8～2.1 萬 m3/ d，基本上達(dá)到了滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，廠外污水收集管網(wǎng)仍在不斷完善，沿河截污工程也在不斷建設(shè)之中，由于污水處理廠的收水范圍有所調(diào)整，經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，除了原排水規(guī)劃內(nèi)收集的污水，新增了：光明路泵站轉(zhuǎn)輸?shù)奈鬯考s0.8 萬 m3/d，酒廠產(chǎn)生的污水量約0.14萬m3/d，東外環(huán)污水管網(wǎng)工程建成后收集的周邊生活污水量約0.11萬m3/d，北外環(huán)泵站及高鐵新區(qū)新增的污水量約0.8萬m3/d，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，污水處理廠新增服務(wù)范圍內(nèi)的污水增加量約為1.85萬 m3/ d。這些污水一旦接入廠內(nèi)，污水處理量將達(dá)到3.65～3.95萬m3/d，而現(xiàn)狀廠區(qū)土建規(guī)模為4.0萬m3/d，一期工程設(shè)備安裝規(guī)模為2萬m3/d，將不能滿足污水的處理需求，急需擴(kuò)容。由于現(xiàn)狀廠區(qū)設(shè)備運(yùn)行多年，損壞嚴(yán)重，出水達(dá)標(biāo)困難，所以，為了改善廠區(qū)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，提高出水穩(wěn)定性，對(duì)現(xiàn)狀一期工程的改造勢(shì)在必行[1]。

相對(duì)新建污水處理廠而言，改擴(kuò)建污水處理廠難度較大，既要進(jìn)行擴(kuò)建，還要進(jìn)行改造，又要考慮盡量減少對(duì)現(xiàn)有污水處理廠正常運(yùn)行的影響。所以，本次污水處理廠改擴(kuò)建工程的設(shè)計(jì)困難較多，除了要解決廠區(qū)現(xiàn)狀一期工程存在的缺陷，還要考慮二期擴(kuò)建面臨的問題，經(jīng)過多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后才確定設(shè)計(jì)方案。

1 一期工程存在的問題

1.1 預(yù)處理段存在的問題

預(yù)處理段主要包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、均質(zhì)事故池以及水解酸化池。現(xiàn)狀：粗格柵渠（4.0 萬 m3/ d規(guī)模）前后閘門損壞嚴(yán)重，進(jìn)水泵房?jī)?nèi)安裝的3臺(tái)水泵（2.0 萬 m3/d規(guī)模），2用1備，缺少變頻控制；曝氣沉砂池（4.0萬m3/d規(guī)模）內(nèi)橋式吸砂機(jī)銹蝕嚴(yán)重，配套的砂水分離器及羅茨風(fēng)機(jī)均已損壞，目前已均不能正常運(yùn)行；均質(zhì)事故池及水解酸化池土建均為4.0萬m3/d規(guī)模，水解酸化池設(shè)備一期工程僅安裝了2.0萬m3/d，兩座池內(nèi)現(xiàn)狀閥門銹蝕嚴(yán)重，不能正常使用[2]。

1.2 二級(jí)生物處理段存在的問題

二級(jí)生物處理段主要包括A/A/O氧化溝和二沉池。一期工程建設(shè)的2座2.0萬m3/d規(guī)模的A/A/O氧化溝土建部分，設(shè)備安裝1座，主要設(shè)備包括3臺(tái)90 kW的倒傘表曝機(jī)，3臺(tái)高速潛水?dāng)嚢杵鳎?臺(tái)低速潛水推流器，其中2臺(tái)低速潛水推進(jìn)器損壞，倒傘表曝機(jī)曝氣效率低，能耗較大；一期工程建設(shè)的2座2.0萬m3/d規(guī)模的二沉池土建部分，設(shè)備安裝1座，設(shè)備運(yùn)行良好但另一座未安裝設(shè)備的池體走道板已經(jīng)隆起，擴(kuò)建工程實(shí)施時(shí)不能直接安裝設(shè)備，需對(duì)池體進(jìn)行改造。

1.3 深度處理段存在的問題

深度處理段主要包括二次提升泵房、曝氣生物濾池、混合反應(yīng)池、V型濾池、接觸消毒池。二次提升泵房現(xiàn)狀土建按照4.0萬m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按照2.0萬m3/d安裝2臺(tái)潛污泵，1用1備，其中一臺(tái)水泵磨損嚴(yán)重。池內(nèi)水泵缺少變頻控制，水泵出水管路缺少止回閥。曝氣生物濾池現(xiàn)狀土建按照4.0萬m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按照2.0萬m3/d安裝，一期工程安裝曝氣風(fēng)機(jī)3臺(tái)，反沖洗風(fēng)機(jī)3臺(tái)（一、二期共用），反沖洗水泵3臺(tái)（一、二期共用），其中3臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)及3臺(tái)反沖洗風(fēng)機(jī)均損壞嚴(yán)重不能使用，且曝氣生物濾池系統(tǒng)前端未安裝精細(xì)格柵，池內(nèi)濾板翻板，濾頭堵塞，曝氣管路損壞，濾料存在跑料及板結(jié)問題，管廊內(nèi)閥門全部銹蝕損壞。

混合反應(yīng)池采用機(jī)械攪拌，池內(nèi)3臺(tái)立式攪拌器全部損壞，起不到攪拌混合作用。V型濾池現(xiàn)狀土建按照4.0萬m3/d規(guī)模建設(shè)，共分為5格，設(shè)備按照2.0萬m3/d安裝3格，其中一格濾池下部翻板，不能正常使用，3臺(tái)反沖洗風(fēng)機(jī)損壞，濾池V型混凝土進(jìn)水槽土建質(zhì)量差，高低不平，配水極不均勻，濾池配套的反沖洗廢水池排水不暢。

1.4 污泥系統(tǒng)存在的問題

污泥系統(tǒng)包括污泥泵房、污泥脫水機(jī)房等。污泥泵房現(xiàn)狀土建已經(jīng)按照4.0萬m3/d規(guī)模建設(shè)，設(shè)備按照2.0萬m3/d規(guī)模安裝3臺(tái)污泥回流泵以及2臺(tái)剩余污泥泵，其中，2臺(tái)污泥回流泵損壞，生物處理系統(tǒng)污泥回流量嚴(yán)重不足，影響處理效果；1臺(tái)剩余污泥泵已損壞，另一臺(tái)時(shí)好時(shí)壞，不能正常運(yùn)行。

污泥脫水機(jī)房?jī)?nèi)脫水機(jī)為帶式污泥脫水機(jī)，出泥含水率僅能達(dá)到80%左右，不能滿足本次改擴(kuò)建工程降低含水率至60%的要求，需將污泥脫水系統(tǒng)改造為深度脫水，使脫水后的污泥含水率在60%以下；考慮到深度脫水需配套污泥調(diào)理系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、板框機(jī)系統(tǒng)、污泥輸送系統(tǒng)及儲(chǔ)泥罐等設(shè)備，原污泥脫水機(jī)房建筑高度及寬度不足，不能滿足深度脫水設(shè)備的安裝要求。

2 工藝流程優(yōu)化

本次污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)與污水處理廠現(xiàn)狀執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)一致，即執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，因此，本次改擴(kuò)建工程不需要提標(biāo)，重點(diǎn)是解決現(xiàn)狀一期工程存在的問題以及二期擴(kuò)建需面臨的問題。經(jīng)過多次踏勘現(xiàn)場(chǎng)以及與建設(shè)單位多方位的對(duì)接和探討，并根據(jù)梳理的現(xiàn)狀一期工程存在的問題，經(jīng)多方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選后，對(duì)部分工藝段進(jìn)行優(yōu)化，確定本次改擴(kuò)建工程的工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠改擴(kuò)建工程優(yōu)化后工藝流程圖

從解決問題的角度出發(fā)，改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)需對(duì)一期工程確定的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，主要是將表曝氧化溝優(yōu)化為底部微曝型氧化溝，以此提高氧轉(zhuǎn)移效率，降低曝氣能耗；在現(xiàn)狀二沉池至二次提升泵房之間的管道上新建一座格柵渠，安裝兩臺(tái)內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式精細(xì)格柵，避免曝氣生物濾池濾頭堵塞；同時(shí)，要將污泥脫水機(jī)房拆除重建，現(xiàn)狀的帶式污泥脫水系統(tǒng)改為污泥濃縮及板框脫水系統(tǒng)，配套污泥調(diào)理系統(tǒng)、污泥輸送及存儲(chǔ)系統(tǒng)等。

3 改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理段改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

粗格柵渠更換5臺(tái)粗格柵前后1.0 m×1.0 m鑄鐵鑲銅方閘門；進(jìn)水泵房新增2臺(tái)潛污泵（其中1臺(tái)變頻）達(dá)到4用1備，滿足擴(kuò)建2.0萬m3/d的規(guī)模需求。曝氣沉砂池更換橋式吸砂機(jī)1套，兩格沉砂池共用，更換砂水分離器2套，更換配套羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2用1備。均質(zhì)事故池原設(shè)計(jì)采用空氣攪拌，更換空氣管道上16套銹蝕損壞的手動(dòng)蝶閥，管徑DN150，采用不銹鋼材質(zhì)。水解酸化池現(xiàn)狀土建規(guī)模為4萬m3/d，一期工程安裝了2.0萬m3/d設(shè)備，池內(nèi)攪拌也為空氣攪拌，本次改造更換20套空氣管道上銹蝕損壞的手動(dòng)蝶閥，管徑DN150，采用不銹鋼材質(zhì)；擴(kuò)建新增二期設(shè)備包含4 300 m3半軟性組合填料系統(tǒng)、20套DN80不銹鋼手動(dòng)蝶閥及空氣攪拌管路系統(tǒng)等。

3.2 二級(jí)生物處理段改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

更換一期A/A/O氧化溝池內(nèi)的2臺(tái)損壞的低速潛水推流器，功率4.3 kW，新增二期高速潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)，功率3.7 kW，低速潛水推進(jìn)器6臺(tái)，功率4.3 kW；改造一期氧化溝池內(nèi)曝氣方式，由倒傘曝氣改為底部微孔曝氣管曝氣；擴(kuò)建工程也采用底部微孔曝氣管曝氣的方式，提高充氧效率，降低廠區(qū)運(yùn)行能耗；配套5臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，4用1備，單臺(tái)風(fēng)量為60 m3/min，風(fēng)壓6.0 m，功率75 kW；安裝微孔曝氣管1 760套，長(zhǎng)度1 m，直徑DN70，配套控制閥門及管路系統(tǒng)。二沉池為中進(jìn)周出式，改造二期二沉池土建，將現(xiàn)狀隆起的常規(guī)混凝土二沉池走道板改造為耐磨水磨石走道板，土建改造完成后安裝1套周邊全橋式刮泥機(jī)，直徑為40 m，配套進(jìn)水導(dǎo)流筒、出水三角堰、浮渣擋板、浮渣斗、濾渣斗、污水渠道清污刷等。

3.3 深度處理段改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

（1）為了保障曝氣生物濾池的安全運(yùn)行，防止濾池濾頭堵塞，現(xiàn)狀二沉池至二次提升泵房之間的管道上新建一座細(xì)格柵渠，分為兩格，每格凈寬1.4 m，總尺寸為8.45 m×4.20 m×5.35 m，安裝2套內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式精細(xì)格柵，柵孔直徑1 mm，配套格柵反沖洗系統(tǒng)、柵渣清洗壓榨裝置和不銹鋼溜槽1套。二次提升泵房更換1臺(tái)磨損的潛污泵，新增1臺(tái)變頻潛污泵，流量1 167 m3/h，揚(yáng)程7.0 m，滿足擴(kuò)建后規(guī)模需求；同時(shí)增設(shè)3套止回閥位于3臺(tái)潛污泵出水閥門井內(nèi)。

（2）曝氣生物濾池系統(tǒng)更換3套一期曝氣風(fēng)機(jī)及3套共用的反沖洗風(fēng)機(jī)，機(jī)型為羅茨風(fēng)機(jī)，拆除現(xiàn)狀一期曝氣生物濾池曝氣管路、濾板，并補(bǔ)充濾料，曝氣風(fēng)機(jī)出口管道新增止回閥，抬高2 m曝氣管高度，防止風(fēng)機(jī)進(jìn)水；新增二期曝氣風(fēng)機(jī)3臺(tái)，配套曝氣管路、反沖洗氣洗管路、水洗管路、濾板、濾頭、濾料以及控制閥門等全套設(shè)備。由于一期濾池內(nèi)濾板翻板導(dǎo)致濾料板結(jié)跑料等不利情況發(fā)生，本次改擴(kuò)建工程將一、二期池內(nèi)已建的濾梁、濾柱全部拆除新建，新建濾梁、濾柱后，每格濾池底部現(xiàn)澆一整塊濾板，新裝濾頭和曝氣設(shè)備，保障運(yùn)行安全。

（3）混合反應(yīng)池池內(nèi)更換現(xiàn)狀3臺(tái)損壞的立式攪拌器，并新增3臺(tái)立式攪拌器，均采用無齒輪箱節(jié)能型立式攪拌器，保障加藥混合反應(yīng)效果。

（4）V型濾池改造現(xiàn)狀土建部分（4萬m3/d），將池內(nèi)5格已建的濾梁、濾柱全部拆除，將活動(dòng)型的小塊方形濾板，均改為混凝土整澆的一塊固定濾板；拆除現(xiàn)狀高低不平的進(jìn)水混凝土V型槽，改造為不銹鋼成品V型槽；更換3臺(tái)反沖洗風(fēng)機(jī)，新增5格濾池濾頭、濾料、反沖洗氣洗及水洗管路、控制閥門等濾池全套設(shè)備；增加2臺(tái)排污泵將反沖洗廢水壓力輸送至粗格柵井，以解決反沖洗廢水池自流排水不暢問題。

3.4 污泥系統(tǒng)改擴(kuò)建設(shè)計(jì)

污泥泵房?jī)?nèi)更換2 臺(tái)并新增2 臺(tái)污泥回流泵，流量584 m3/ h，揚(yáng)程6.0 m；更換2臺(tái)剩余污泥泵，流量40 m3/h，揚(yáng)程13 m。污泥脫水機(jī)房將現(xiàn)狀土建及設(shè)備拆除重建，新建土建尺寸為39.5 m×18.6 m，新增污泥調(diào)理系統(tǒng)、濃縮系統(tǒng)、板框壓濾系統(tǒng)、PAM制備及投加系統(tǒng)、干污泥輸送及儲(chǔ)存料倉(cāng)系統(tǒng)等設(shè)備。其中，污泥調(diào)理系統(tǒng)設(shè)置一套鐵鹽投加系統(tǒng)，一套石灰投加系統(tǒng)；污泥濃縮系統(tǒng)采用2套污泥濃縮機(jī)，流量為35 m3/h；板框壓濾系統(tǒng)采用2套280 m2的隔膜壓濾機(jī)，工作時(shí)間為16 h；PAM制備及投加系統(tǒng)采用1套制備量能力為0～2 kg m3/h的PAM溶液制備一體機(jī)，配套螺桿泵進(jìn)行投加；干污泥輸送及儲(chǔ)存料倉(cāng)系統(tǒng)采用柱塞泵，將經(jīng)過板框壓濾系統(tǒng)脫水后含水率為60%的干污泥輸送至脫水機(jī)房外的污泥料倉(cāng)內(nèi)，方便裝車外運(yùn)。

4 投資與運(yùn)行成本

本次污水處理廠改擴(kuò)建工程已竣工兩年，竣工后正式運(yùn)行以來，出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求的限值，工程總投資6 129萬元，全廠總裝機(jī)容量3 184.80 kW，常開容量2 624.93 kW，計(jì)算有功功率1 374.95 kW，電耗加藥耗總運(yùn)行成本平均為0.29元/m3。

5 結(jié)論

（1）本次改擴(kuò)建工程將A/A/O氧化溝曝氣方式由表曝改為底部微曝，提高了氧利用率，改造完成后運(yùn)行效果顯著，各種污染物指標(biāo)去除率都得到了很大提高，運(yùn)行設(shè)備功率節(jié)省240 kW，與改造前相比電耗降低約40%，有效節(jié)省了電耗。

（2）曝氣生物濾池前增設(shè)內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式精細(xì)格柵，避免濾頭堵塞，增加了濾池內(nèi)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)池底濾板改為混凝土現(xiàn)澆整塊固定濾板，避免再出現(xiàn)濾板翻板的情況，保障了曝氣生物濾池的安全穩(wěn)定運(yùn)行，完工以來，整套曝氣生物濾池系統(tǒng)運(yùn)行非常健康，出水效果得到了明顯提高。

（3）V型濾池通過拆除高低不平的混凝土V型槽改造，更換為不銹鋼成品V型槽，能夠保證配水均勻，從而進(jìn)一步提高了最終的過濾效果；而池底濾板的改造，也提高了反沖洗以及正常運(yùn)行的安全等級(jí)，以此保障過濾系統(tǒng)出水穩(wěn)定。

（4）污泥脫水系統(tǒng)經(jīng)過改造之后，出泥含水率能夠穩(wěn)定達(dá)到60%以下，且采用柱塞泵輸送含水率為60%的污泥進(jìn)入污泥料倉(cāng)的應(yīng)用非常成功，在安徽省市政污水處理廠的應(yīng)用案例中尚屬先例，值得借鑒。