懷化市污水處理廠改擴建工程工藝設(shè)計

謝智華，羅松柏

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410007）

前言

目前懷化市污水處理廠處理能力為15萬m3/d。作為懷化市污水處理廠的納污水體，舞水河成為綜合治理水體和環(huán)境保護的重點。為進一步減少污染物排放量，減少對舞水河、太平溪的污染，通過污水廠改擴建削減污染物負(fù)荷十分迫切。

1 工程概況

懷化市污水處理廠位于懷化市城南黃花坪。主要服務(wù)范圍為：懷化市城北、城中、迎豐、城東新區(qū)和湖天五個行政區(qū)。

污水廠一期建設(shè)規(guī)模為10×104m3/d，2007年12月建成試通水。擴建工程于2013年10月開始施工，擴建后處理規(guī)模為15×104m3/d。提質(zhì)改造工程于2018年建設(shè)完成，竣工投產(chǎn)，建設(shè)后污水廠規(guī)模不變，出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)提升為一級A標(biāo)準(zhǔn)。本項目一期和擴建工程均采用二段生物接觸氧化法[1]工藝，是湖南省唯一采用此工藝的污水處理廠，其處理能力在全國同工藝的污水處理廠中規(guī)模是最大的。污水處理廠工藝流程見圖1。

圖1 污水處理廠工藝流程

2 設(shè)計規(guī)模及出水水質(zhì)現(xiàn)狀

2.1 設(shè)計規(guī)模

懷化市污水處理廠改擴建工程擴建規(guī)模為5×104m3/d，改建規(guī)模為15×104m3/d，改擴建后總規(guī)模為20×104m3/d。

2.2 進出水水質(zhì)現(xiàn)狀

污水處理廠處理后的尾水需達到《湖南省城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB43/T1546-2018）中的二級標(biāo)準(zhǔn)，其中BOD5，SS指標(biāo)參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。具體指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

3 設(shè)計處理工藝

懷化污水處理廠改擴建工程包括：擴建工藝采用“預(yù)處理+改良型AAO生物池（MBBR[2]）＋高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝，運行規(guī)模為5.00×104m3/d；改造工藝為原15×104m3/d二段式生物接觸氧化池降負(fù)荷后采用“預(yù)處理+AO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝，運行規(guī)模為11.25×104m3/d；另新建污水處理工藝采用“預(yù)處理+改良型AAO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝，運行規(guī)模為3.75×104m3/d，共計改造工藝規(guī)模15.00×104m3/d。污水處理工藝流程圖如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

4.1 二段接觸氧化池改造

本工程為二段式生物接觸氧化池改造工程，將原設(shè)計處理規(guī)模15×104m3/d，改造成處理能力11.25×104m3/d的MBBR泥膜混合工藝，共三座，單座設(shè)計處理規(guī)模為3.75×104m3/d。

原二段式生物接觸氧化池共3座，一座分兩格，單格由缺氧池、一氧池、一沉池、二氧池、二沉池五部分組成，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

缺氧池有效容積為1 540 m3，有效水深為5.5 m，填料容積為1 036 m3；一氧池有效容積為1 540 m3，有效水深為5.5 m，填料接觸時間為1.02 h，BOD容積負(fù)荷1.16 kgBOD/（m·d）；一沉池有效容積為1 008 m3，有效水深為4.2 m，表面負(fù)荷為4.56 m3/（m·h），水力停留時間為0.97 h；二氧池有效容積為1 100 m3，有效水深為5.5 m，填料接觸時間為0.73 h，BOD容積負(fù)荷1.08 kgBOD/（m·d）；二沉池有效容積為1 008 m3，有效水深為4.2 m，表面負(fù)荷為4.56 m3/（m·h），水力停留時間為0.97 h；本次改造將原缺氧池以及原一氧池522.655 m3池容作為缺氧池；將剩余原一氧池剩余池容、一沉池、二氧池、二沉池作為好氧池，并在剩余原一氧池522.655 m3池容、一沉池、二氧池中添加填料，原二沉池不添加填料；各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）缺氧池

水力停留時間：2.5 9 h；單組缺氧池的容積：4 043.8 m3；內(nèi)回流比：200%；單座潛水推流器：N=4.5 kW，葉輪直徑410 mm，14臺。

（2）好氧池

水力停留時間：6.2 h；單池有效容積：9 729.3 m3；設(shè)計懸浮固體：2.8 g/L，設(shè)計生物膜厚度：0.48 mm；設(shè)計生物膜厚度：4.72 g/L；BOD5負(fù)荷：0.09 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥齡：8.64 d；高密度聚乙烯懸浮載體填料：有效比表面積800 m2/m3；尺寸：Φ25×10 mm，1 946 m3；混流泵：Q=781.25 m3/h，H=1.9 m，N=5.59 kW，變頻，4臺。

4.2 二沉池及污泥回流泵房

設(shè)置二沉池3座，設(shè)計污泥泵房1座，按11.25×104 m3/d設(shè)計，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）二沉池

污泥回流比：100%；單座分格數(shù)：4格；單池尺寸：50.0×7.0×4.0 m；污泥濃度：2.8 g/L；池深：5.8 m；平均表面負(fù)荷：1.12 m3/m2.h；最大表面負(fù)荷：1.45 m3/m2.h；平均污泥負(fù)荷：147.4 kg/m2.h；有效容積：5 600 m3；停留時間：3.58 h；出水最大堰負(fù)荷：2.17 L/s.m；非金屬鏈條刮泥機：L×B×H=50.0 m×4.55 m×4.5 m P=0.55 kw，12套；排泥系統(tǒng)：非金屬鏈板式刮泥系統(tǒng)，包括排泥管、排泥管與控制閥間的連接管，120套。

（2）污泥泵房

污泥泵房內(nèi)污泥含水率：99.5%；回流比：100%；回流污泥量：最大污泥回流量為4 687.5 m3/h。

4.3 1#改良型AAO生物池及二沉池

設(shè)計1 # 改良型A A O 生物池共1 座，設(shè)計規(guī)模為Q=3.75 x104m3/d。各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）選擇池

水力停留時間：0.39 h；選擇池的容積：604.03 m3；最大污泥回流比：100%；潛水?dāng)嚢铏C：N=5 kW，葉輪直徑410 mm，1臺。

（2）厭氧池

水力停留時間1.5 h；厭氧池的容積2 341.92 m3；潛水?dāng)嚢铏C：N=5 kW，葉輪直徑410 mm，3臺。

（3）缺氧池

水力停留時間：2.54 h；單組缺氧池的容積：3 974.4 m3；內(nèi)回流比：200%；潛水推流器：N=7.5 kw，2臺。

（4）好氧池

水力停留時間：5.55 h；單池有效容積：8 482.92 m3；設(shè)計懸浮固體：2.8 g/L；設(shè)計生物膜厚度：0.48 mm；設(shè)計生物膜厚度：4.72 g/L；BOD5負(fù)荷：0.09 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥齡：8.64 d；有效水深：6.0 m；穿墻泵：Q=1 562.5 m3/h，N=10 kW，3臺。

（5）二沉池

污泥回流比：100%；單座分格數(shù)：4格；單池尺寸：54.5 m；水池寬：6.5×54.5×5.8 m；污泥濃度：2.8 g/L；平均表面負(fù)荷：1.10 m3/m2.h；最大表面負(fù)荷：1.43 m3/m2.h；平均污泥負(fù)荷：145.6 kg/m2.h；有效容積：5 668 m3；停留時間：3.63 h；進出水方式：周邊進水周邊出水；出水最大堰負(fù)荷：2.17 L/s.m；非金屬鏈條刮泥機：L×B×H=54.50 m×3.8 m×4.5 m，P=0.55 kw，4套；排泥系統(tǒng)：非金屬鏈板式刮泥系統(tǒng)，包括排泥管、排泥管與控制閥間的連接管，36套。

4.4 細格柵及曝氣沉砂池

細格柵及曝氣沉砂池合建，共1座，分2組，土建設(shè)備均按5.0×104m3/d，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）細格柵

數(shù)量：2格；格柵間隙：5 mm；柵前水深：0.80 m；柵槽寬度：1.65 m；實際過柵流速：0.80 m/s；過柵水頭損失：0.25 m。單格尺寸：L×B×H=8.85 m×1.65 m×1.85 m；設(shè)2臺內(nèi)流式非金屬孔板格柵，格柵寬度1.65 m，格柵間隙b=5 mm，N=1.1 kW，安裝角度α=75°。

（2）曝氣沉砂池

數(shù)量：2格；水平流速：0.07 m/s；停留時間：6.65 min；有效水深：2.778 m；單格尺寸：L×B×H=15.0 m×3.0 m×5.3 m；設(shè)橋式吸砂機一套，L=15.0 m，N=2×0.37 kW。

4.5 2#改良型AAO生物池

2#改良型AAO生物池共1座，設(shè)計規(guī)模為Q=5×104m3/d，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）選擇池

水力停留時間：0.5 h；選擇池的容積：1 042.8 m3；最大污泥回流比：100%；潛水?dāng)嚢铏C：N=5 kW，葉輪直徑630 mm，1臺。

（2）厭氧池

水力停留時間1.5 h；厭氧池的容積3 128.4 m3；潛水?dāng)嚢铏C：N=10 kW，葉輪直徑630 mm，2臺。

（3）缺氧池

水力停留時間：2.53 h；缺氧池的容積：5 274.24 m3；內(nèi)回流比：200%；潛水推流器：N=3.1 kw，4臺。

（4）好氧池

水力停留時間：5.57 h；有效容積：11 614.08 m3；設(shè)計懸浮固體：2.8 g/L；設(shè)計生物膜厚度：0.48 mm

混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度：4.72 g/L；污泥負(fù)荷：0.17 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥齡：11.42 d；有效水深：6.0 m；平均供氣量：114.1 m3/min；高密度聚乙烯懸浮載體填料：有效比表面積800 m2/m3，尺寸：Φ25×10 mm，2 323 m3；穿墻泵：Q=2 084 m3/h，H=1 m，N=18.5 kW，2臺；

（5）二沉池

污泥回流比：100%；單座分格數(shù)：4格；單格尺寸：L×B×H=50.8 m×9.4 m×5.95 m；污泥濃度：2.8 g/L；有效水深：3.65 m；平均表面負(fù)荷：1.09 m3/m2.h；最大表面負(fù)荷：1.42 m3/m2.h；平均污泥負(fù)荷：144 kg/m2.h；有效容積：6 972 m3；停留時間：3.35 h；進出水方式：周邊進水周邊出水；出水最大堰負(fù)荷：2.85 L/s.m；非金屬鏈條刮泥機：L×B×H=50.9 m×6.4 m P=0.37 kw，4套；排泥系統(tǒng)：非金屬鏈板式刮泥系統(tǒng)，包括排泥管、排泥管與控制閥間的連接管，4套。

4.6 中間提升泵房及高效沉淀池

設(shè)置中間提升泵房及高效沉淀池1座，設(shè)計規(guī)模20×104m3/ d，其中中間提升泵房分2組，高效沉淀池分4組，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

（1）中間提升泵站

最大時設(shè)計流量：10 833 m3/h；集水池有效容積：V=710 m3；尺寸規(guī)格：L×B×H=17 m×5.8 m×3.6 m；潛水軸流泵；6臺泵，Q=2 693.5 m3/h，H=15 m，N=75 kW，變頻。

（2）高效沉淀池

混合池水力停留時間：平均時2.6 1 min，最高時2.01 min；絮凝池水力停留時間：平均時12.63 min，最高時9.71 min；沉淀池表面水力負(fù)荷：平均時10.57 m3/（m2.h），最高時13.74 m3/（m2.h）；斜管內(nèi)切圓直徑為80 mm，長度為1.0 m，傾角為60。斜管中水流上升流速為13.2 m/h，斜管區(qū)采用不銹鋼穿孔槽集水，單槽尺寸為7.8 m×0.3 m×0.55 m，共72副。濃縮區(qū)直徑為17.0 m，高度為7.4 m，配備4臺中心傳動污泥濃縮機，刮臂直徑為17 m，電機功率為1.1 kw。

4.7 纖維濾布濾池

設(shè)纖維濾布濾池一座，設(shè)計規(guī)模10×104m3/d，，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

最大時設(shè)計流量：5 417 m3/h；濾速：平均時3.62 m3/ h.m2，最高時3.62 m3/h.m2；單個過濾模塊面積：3.0 m2；過濾模塊數(shù)量：384個；水頭損失濾池內(nèi)部：0.3 m；總有效過濾面積：1 152 m2；尺寸為：L×B×H=20.8 m×15.3 m×3.9 m。

4.8 紫外線消毒渠

設(shè)計紫外線消毒渠1座，計規(guī)模為Q=10×104m3/d，分為2組，各部分主要設(shè)計參數(shù)如下：

懸浮物S S：1 0 m g/L（最大值）；設(shè)計紫外透光率（UVT）：＞65%（10毫米距離）；進水糞大腸桿菌F.C.：＜1 000 000 CFU/升；糞大腸桿菌F.C.：＜1 0 000 CFU/升（30天連續(xù)取樣幾何平均值）；總尺寸規(guī)格：L×B×H＝12.3×4.6×3.3 m。

5 工程設(shè)計特點

5.1 污水廠占地少、處理工藝先進

提質(zhì)改造工程建設(shè)用地為懷化市污水處理廠紅線范圍內(nèi)，工程用地極其緊張，實際征地面積不足用地標(biāo)注的一半（根據(jù)《湖南省建設(shè)用地指標(biāo)（2020）版》，征地標(biāo)準(zhǔn)為160 000 m2，合240畝，實際征地面積69 656.2 m2，合104.48畝。）。針對上述情況，通過分析污水廠近年的實際運行數(shù)據(jù)及實測水質(zhì)，可研從污染物的去除機理進行分析，經(jīng)充分論證，通過比選確定了用地節(jié)約的污水處理工藝。

5.2 項目研究工作難度大

首先，二段式接觸氧化法大部分應(yīng)用在工業(yè)廢水領(lǐng)域，在市政工程領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用較少，部分市政應(yīng)用實例規(guī)模也較小，沒有超過2萬m3/d規(guī)模的，大規(guī)模市政污水的應(yīng)用實例沒有。

其次，工程涉及內(nèi)容較多。包括現(xiàn)有工程15×104m3/d現(xiàn)有設(shè)施的改造。然后，基礎(chǔ)資料收集、整理難度大。污水處理廠一期工程于2004年開始設(shè)計設(shè)計，2007年12月建成試通水?，F(xiàn)有工程部分施工圖及隱蔽工程圖紙因年代久遠已無法獲得，因此項目組通過現(xiàn)場蹲點實測、向老員工咨詢等方法來掌握第一手資料，以確保提出的提質(zhì)改造工程方案更加合理、有效。

6 投資及運行成本

懷化市污水處理廠改擴建工程建設(shè)總投資31 849.38萬元。污水處理工程投產(chǎn)后，達產(chǎn)污水處理經(jīng)營成本為0.54元/m3。投資構(gòu)成表詳見表2。

表2 項目建設(shè)總投資構(gòu)成表

7 結(jié)論

根據(jù)懷化市總體規(guī)劃、排水規(guī)劃，結(jié)合當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、工業(yè)項目現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等實際情況，以及該區(qū)域未來的發(fā)展趨勢，懷化市污水處理廠提質(zhì)改造工程采用“粗格柵+提升泵房+細格柵+旋流沉砂池+AO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝，擴建工程污水處理工藝采用“粗格柵+提升泵房+細格柵+旋流沉砂池+改良型AAO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+濾布濾池+紫外消毒”工藝是正確可行的。