泉州市寶洲污水廠提標(biāo)工程設(shè)計(jì)

趙紅兵 蔣啟華 甘冠雄

一、項(xiàng)目背景

泉州市寶洲污水處理廠是泉州市區(qū)最大已建成污水廠，服務(wù)于泉州市整個(gè)中心城區(qū)約22km2，服務(wù)人口約30萬人。1999年11月至2005年10月，污水廠經(jīng)過兩期建設(shè)后達(dá)到規(guī)劃的總規(guī)模15萬m3/d，其中，一期規(guī)模為5萬m3/d，二期擴(kuò)建規(guī)模為10萬m3/d。污水廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)“水十條”及省、市地方政府的相關(guān)要求，泉州市寶洲污水處理廠應(yīng)進(jìn)行提標(biāo)改造，出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)卣紤]到泉州市淡水資源相對(duì)缺乏、城市內(nèi)河水系對(duì)再生水有較大需求量的具體情況，同時(shí)為了積極響應(yīng)國家對(duì)再生水資源化利用的號(hào)召，經(jīng)多方溝通協(xié)調(diào)后決定，寶洲污水廠提標(biāo)工程出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行類IV類水標(biāo)準(zhǔn)（見表1），處理后尾水?dāng)M作為中心城區(qū)內(nèi)河水系景觀補(bǔ)水（補(bǔ)水工程另外立項(xiàng)），提標(biāo)改造項(xiàng)目于2018年6月30日之前完成。

表1 寶洲污水處理廠提標(biāo)工程出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

二、污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行情況

1.現(xiàn)狀處理工藝

寶洲污水處理廠設(shè)計(jì)、建設(shè)完成時(shí)間較早，根據(jù)《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》及更早的標(biāo)準(zhǔn)，出水指標(biāo)中總氮按20mg/L考核。因此，寶洲污水處理主體工藝為A/O生物法，只針對(duì)總磷、有機(jī)物、SS等；主要生產(chǎn)構(gòu)筑物有進(jìn)水泵站、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、A/O生物池、二沉池、配泥配水井及污泥泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、污泥濃縮脫水機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房、加氯間、接觸消毒池等。

2.實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)狀污水處理廠2015年1月至2017年6月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析其進(jìn)水水質(zhì)變化情況及水質(zhì)覆蓋率。

（1）污水廠進(jìn)水濃度低，進(jìn)水CODCr、BOD5、TP、TN等均偏低，95%覆蓋率CODCr值為177mg/L，全年平均值達(dá)到163.8mg/L，95%覆蓋率TP值為2.9mg/L，全年平均值為2.6mg/L，95%覆蓋率TN值為24.6mg/L，全年平均值為22.5mg/L。除進(jìn)水BOD5、CODcr約為設(shè)計(jì)值的60%，原設(shè)計(jì)N、P進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)與現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)偏差不大，說明污水廠進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低，實(shí)際運(yùn)行過程中，脫氮除磷難度較大。

（2）污水廠進(jìn)水水質(zhì)變化幅度不高，最大值和平均值相差較小，由此可知水廠進(jìn)水比較穩(wěn)定。

（3）污水進(jìn)水水質(zhì)BOD5/CODCr比值在0.5左右，即污水可生化性較好；BOD5/TN比在3.5左右，即生物脫氮效果好；BOD5/TP比約為30，可選擇生物除磷。

（4）進(jìn)水pH值偏堿概率大；由于廢水在硝化過程中需要消耗堿度，通常來說，進(jìn)水pH值的最佳范圍為7.5～8.0，中性偏堿性最佳，否則會(huì)影響硝化菌的活性，根據(jù)前述分析，本工程pH為7.1～7.2之間的覆蓋率數(shù)值為95%，最大值才7.4，總體進(jìn)水偏堿概率較大，但呈弱堿性。

3.實(shí)際出水水質(zhì)分析

根據(jù)現(xiàn)狀污水處理廠2015年1月至2017年6月的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析其出水水質(zhì)變化情況及水質(zhì)覆蓋率情況：除TP外，基本能達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足目前水廠執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，除TP外，其他各項(xiàng)指標(biāo)在95%的保證率下均能達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，表明目前污水處理廠運(yùn)行較為穩(wěn)定，處理效果較好。

三、提標(biāo)工藝難點(diǎn)分析

本次提標(biāo)需要進(jìn)一步加強(qiáng)去除的對(duì)象有NH3-N、SS、TP、TN。

1.NH3-N達(dá)標(biāo)分析

通過生物池硝化過程來去除進(jìn)水氨氮，但相比碳的氧化過程，氨氮的硝化過程比較慢，因此需要更充足的曝氣量和停留時(shí)間，硝化成為生化處理好氧單元設(shè)計(jì)的控制因素。本次提標(biāo)NH3-N出水要求＜1.5mg/L，提標(biāo)去除率達(dá)到70%，考慮到將來管網(wǎng)提質(zhì)增效，分流制的執(zhí)行及接管率的提高，進(jìn)水濃度提高情況下達(dá)標(biāo)壓力較大。分析目前生物池存在的問題主要在2個(gè)方面：（1）生物池總停留7.3h，好氧池停留時(shí)間5.6h，硝化時(shí)間偏短；（2）每5萬噸規(guī)模生物池配100m3/min鼓風(fēng)機(jī)（實(shí)際出風(fēng)量80m3/min），生物池氣水比1∶2.3，曝氣量嚴(yán)重偏少。由于上述原因，生物池活性污泥濃度只能維持在3000mg/L以下水平（過高會(huì)導(dǎo)致二沉池大量浮泥產(chǎn)生），污泥泥齡較短，硝化菌生存、繁殖條件較差，種群數(shù)量較少，硝化效果不佳。

本次針對(duì)NH3-N達(dá)標(biāo)方案選擇，首先考慮到廠區(qū)建設(shè)用地的缺乏，同時(shí)本著污水廠提標(biāo)應(yīng)優(yōu)先在現(xiàn)有構(gòu)筑物基礎(chǔ)上挖掘潛力、減少工程投資的原則，為了確保生物池內(nèi)NH3-N達(dá)標(biāo)，針對(duì)性地采取3項(xiàng)措施：（1）在好氧池里面投加MBBR填料，增加生物種群數(shù)量，強(qiáng)化硝化效果；（2）增加鼓風(fēng)機(jī)，加大曝氣量，提高生物池溶解氧，使氣水比達(dá)到1∶5，滿足好氧池有機(jī)物、NH3-N對(duì)氧的需求；（3）考慮到本廠進(jìn)水TP的含量較少，TP的去除可以放在后續(xù)高效沉淀池與SS一并去除，將現(xiàn)有的以除磷為主的APO工藝通過增加內(nèi)回流改造成以脫氮為目的的ANO工藝。

2.SS及TP達(dá)標(biāo)分析

從現(xiàn)狀實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，本項(xiàng)目SS出水水質(zhì)在100%的覆蓋率下，出水SS＜10mg/L，全年均值6.4mg/L，在深度處理階段通過進(jìn)一步的沉淀過濾，從目前各種沉淀過濾組合工藝運(yùn)行效果來看，要穩(wěn)定達(dá)到10mg/L是可行的。

現(xiàn)狀TP進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)最大值3.3mg/L，總體指標(biāo)較低，實(shí)際出水不能滿足一級(jí)B的要求，表明現(xiàn)有的厭氧池效果不理想。本次提標(biāo)為了確保生物池內(nèi)NH3-N達(dá)標(biāo)，將厭氧池改成缺氧池，TP除了在生物池、二沉池去除部分外，深度處理階段采用磁混凝高效沉淀池可以確保TP達(dá)標(biāo)。

3.TN達(dá)標(biāo)分析

要想去除污水處理廠進(jìn)水TN，需要在硝化充分的基礎(chǔ)上利用反硝化過程完成。分析本項(xiàng)目現(xiàn)狀出水水質(zhì)TN指標(biāo)，達(dá)到＜10mg/L的目標(biāo)要求難度不是很大。通過對(duì)生物池改造，增加1.7h的缺氧段，基本達(dá)標(biāo)問題不大，但考慮到將來管網(wǎng)提質(zhì)增效，分流制的執(zhí)行及接管率的提高，進(jìn)水TN濃度將增加，為了保證達(dá)標(biāo)，深度處理選擇反硝化深床濾池工藝，不僅能夠去除SS、TP，而且能夠進(jìn)行反硝化脫氮工藝處理，確保TN達(dá)標(biāo)。

四、提標(biāo)工藝的確定

綜上所述，污水處理廠工藝流程為：進(jìn)水→細(xì)格柵曝氣沉砂池→AO生物池（缺氧/好氧）→二沉池→提升泵房、磁混凝高效沉淀池→反硝化深床濾池→接觸消毒池→尾水排放（或回用）。

五、工程設(shè)計(jì)

1.二級(jí)處理的優(yōu)化運(yùn)行

（1）厭氧區(qū)改造為缺氧區(qū)：每座生物池（規(guī)模5萬m3/d）中厭氧與好氧池隔墻上增加2臺(tái)回流PP泵，Q=2083m3/h，揚(yáng)程0.5m。在缺氧區(qū)加入好氧區(qū)硝化液，增加缺氧區(qū)反硝化反應(yīng)，提高總氮去除效果。

（2）增加缺氧區(qū)碳源投加：在缺氧進(jìn)水段增加碳源投加點(diǎn)，進(jìn)水BOD濃度過低時(shí)，在缺氧區(qū)添加適量的碳源，以此增強(qiáng)反硝化效果。

（3）增加鼓風(fēng)曝氣量：每組（規(guī)模5萬m3/d）增加1臺(tái)100m3/min，出口風(fēng)壓70kPa可調(diào)節(jié)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，使氣水比達(dá)到1∶5，保證硝化徹底，同時(shí)避免曝氣過量。

（4）適當(dāng)提高污泥濃度：一方面通過減少排泥量，加強(qiáng)生物池好氧區(qū)碳源的競爭，淘汰異養(yǎng)好氧菌，強(qiáng)化生物池自養(yǎng)好氧菌（硝化細(xì)菌）的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)硝化細(xì)菌的生長，強(qiáng)化生物池的硝化反應(yīng)；另一方面在每座好氧池（規(guī)模5萬m3/d）內(nèi)投加MBBR懸浮填料（HDPE材質(zhì)），規(guī)格為φ25×10mm，體積2400m3。

2.磁混凝高效沉淀池（含中間提升泵房）

為了節(jié)省土地，進(jìn)一步去除SS、TP，深度處理工藝采用磁混凝沉淀池代替?zhèn)鹘y(tǒng)高效沉淀池，且與中間提升泵房合建，總尺寸60.4×16.3m。二沉池出水進(jìn)入中間提升泵房，經(jīng)水泵提升后進(jìn)入磁混凝沉淀池，采用4臺(tái)潛水軸流泵，單泵Q=2710m3/h、H=7m、N=135kW，3用1備。磁混凝高效沉淀池分兩座，單座規(guī)模7.5萬m3/d，以提升部分對(duì)稱布置，攪拌停留時(shí)間1.25min，中間反應(yīng)停留時(shí)間1.25min，快速混合反應(yīng)池停留時(shí)間2.1min，沉淀區(qū)直徑15m、上升流速22.6m/h，污泥回流比2%～4%。池頂進(jìn)行加蓋設(shè)計(jì)，避免日照導(dǎo)致藻類過度繁殖，室內(nèi)安裝磁分離機(jī)、剪切機(jī)、配電及控制設(shè)備等。

3.反硝化深床濾池及配套系統(tǒng)

反硝化深床濾池共有14格，總尺寸67.3m×32.1m。單格尺寸19.5m×4.11m，池高6.3m。采用石英砂濾料，濾料厚度1.83m，粒徑1.7～3.35mm。平均時(shí)正常濾速5.47m/h，最大時(shí)強(qiáng)制濾速7.76m/h，水反沖洗強(qiáng)度15m3/(m2·h)，氣反沖洗強(qiáng)度92m3/(m2·h)，水頭損失控制3m，反洗周期24h。濾池采用恒液位運(yùn)行，其進(jìn)水出水、反沖洗氣洗、氣水聯(lián)洗、驅(qū)氮、碳源投加等均為自動(dòng)化控制。其原理基于主PLC“前饋+后饋”碳源投加計(jì)算機(jī)制，控制現(xiàn)場PLC實(shí)現(xiàn)碳源定量投加，不僅保證系統(tǒng)出水，而且提升碳源投加的經(jīng)濟(jì)性。

4.反沖洗綜合車間

反沖洗綜合車間建設(shè)1座，總尺寸35.6m×20.5m，下部集成反沖洗泵房、反沖洗清水池、反沖洗廢水池，上部包含碳源投加車間、PAC/PAM加藥間等。反沖洗泵房內(nèi)設(shè)置反沖洗供水設(shè)備、供氣設(shè)備及氣動(dòng)閥門供氣設(shè)備。反沖清水池設(shè)置在反沖洗綜合車間地下一層，與反沖洗廢水池組合設(shè)置，通過隔墻分隔。濾池設(shè)計(jì)具備去除10mg/L硝態(tài)氮的能力，按平均去除5mg/L硝態(tài)氮計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用，采用成品乙酸鈉溶液作為碳源，有效成分含量為10%，乙酸鈉溶液采用槽罐車運(yùn)輸，通過快速接頭輸送到乙酸鈉存儲(chǔ)池。清水池有效容積1360m3，反沖洗泵采用潛污泵，參數(shù)為Q=715m3/h，H=10m，N=30kW，2用1備；螺桿風(fēng)機(jī)參數(shù)為Q=71.37m3/min，68.6kPa，132kW，2用1備；廢水池有效容積820m3，廢水泵采用潛污泵，參數(shù)為Q=300m3/h，H=15m，N=22kW，1用1備，同時(shí)廢水池配置兩臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，參數(shù)為φ450，N=5.5kW，材質(zhì)SS304；碳源投加車間面積50m2，采用成品乙酸鈉溶液作為碳源，有效成分含量為10%，采用槽罐車運(yùn)輸，通過快速接頭輸送到乙酸鈉存儲(chǔ)池內(nèi)，投加系統(tǒng)包括乙酸鈉儲(chǔ)存池、乙酸鈉溶液定量投加系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)；加藥間主要為磁混凝高效沉淀池配套PAC、PAM的投加，尺寸35.6m×10.3m，設(shè)置PAC、PAM藥劑存儲(chǔ)區(qū)間、溶解池、溶液池、投加系統(tǒng)，其中PAC液壓隔膜計(jì)量泵4用2備，單臺(tái)Q=1000L/h，10bar，N=0.75kW，PAM液壓隔膜計(jì)量泵2用1備，單臺(tái)Q=3000L/h，10bar，N=1.1kW。

5.消毒綜合車間

消毒綜合車間建設(shè)1座，總尺寸30.6m×15.7m，下部集成接觸消毒池（規(guī)模5萬m3/d）及預(yù)留再生水利用泵站，上部包含次氯酸鈉投加車間、變配電間等。次氯酸鈉投加量15mg/L（有效氯），消毒劑采用成品次氯酸鈉。配置隔膜計(jì)量泵2臺(tái)，1用1備，參數(shù)為240L/s，7bars，0.25kW。

六、結(jié)束語

綜上所述，項(xiàng)目建成通水運(yùn)行三年半，運(yùn)行較為穩(wěn)定，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到了設(shè)計(jì)出水水質(zhì)的要求。希望該項(xiàng)目能為后續(xù)相關(guān)項(xiàng)目提供參考。