準(zhǔn)地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水廠改擴(kuò)工程設(shè)計(jì)

陳 杏，鄭志彬，彭彩霞

（1.廣東省廣業(yè)裝備科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，廣州 510700；2.廣東省環(huán)境保護(hù)工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510062）

引 言

近年來(lái)，生活污水排放量隨著城鎮(zhèn)人口迅速增長(zhǎng)而逐年增加，廣東省某污水處理廠的處理能力已經(jīng)不能滿足污水水量規(guī)模要求，又因污水廠受納水體為地表水Ⅱ類水體，且受納水體現(xiàn)狀環(huán)境容量嚴(yán)重不足，根據(jù)政府部門和相關(guān)專家評(píng)定，要求污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（A標(biāo)準(zhǔn)）、廣東省《水污染物排放限值》DB44/26-2001中城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠第二時(shí)段一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中Ⅲ類水體（總氮除外）標(biāo)準(zhǔn)要求的較嚴(yán)值。因此，本項(xiàng)目需要對(duì)現(xiàn)有污水處理廠同步進(jìn)行提標(biāo)和擴(kuò)容[1]。

1 污水廠現(xiàn)狀

廣東省某污水處理廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3×104m3/d，進(jìn)水主要為城市生活污水，市政管網(wǎng)現(xiàn)狀以合流制為主，污水廠分兩期建成，一期1.5×104m3/d，二期1.5×104m3/d，污水廠總占地60畝，一、二期已占用地約29畝，預(yù)留建設(shè)用地31畝。項(xiàng)目采用“預(yù)處理+AAO微曝氧化溝+高效濾池+紫外消毒”工藝，設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)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(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)及廣東省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）中第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)的較嚴(yán)值[2]。改造前工藝流程圖，見(jiàn)圖1 。

圖1 改擴(kuò)建前工藝流程圖

主要工藝參數(shù)為：預(yù)處理工藝主要包括粗格柵及提升泵站、細(xì)格柵及旋流沉砂池。粗格柵及提升泵站配置回轉(zhuǎn)式粗格柵2臺(tái)（b=10 mm），污水提升泵3臺(tái)（Q=1 000 m3/h，H=14 m）。細(xì)格柵及旋流沉砂池配有兩臺(tái)轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵（b=5 mm）旋流沉砂器2臺(tái)。二級(jí)生化系統(tǒng)采用微曝氧化溝工藝，分兩組，單組總有效容積8 850 m3，厭氧池停留時(shí)間1.7 h，缺氧池停留時(shí)間3.4 h，好氧池停留時(shí)間9.0 h。氧化溝出水到二沉池，設(shè)兩座，單池直徑30 m，平均表面負(fù)荷0.88 m3/ m2·h。深度處理采用過(guò)濾工藝，采用高效纖維濾池工藝，水力負(fù)荷5.5 m3/ m2·h[3]。

目前，污水處理廠現(xiàn)狀處理水量已滿負(fù)荷，在部分時(shí)段有超負(fù)荷運(yùn)行情況，出水水質(zhì)均達(dá)標(biāo)。污水廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及運(yùn)行情況，見(jiàn)表1。

表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及運(yùn)行數(shù)據(jù)表

2 改擴(kuò)建設(shè)計(jì)的水量及水質(zhì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水量根據(jù)預(yù)測(cè)確定改擴(kuò)建工程總規(guī)模為 6×104m3/d。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)表

3 主要工藝選擇

根據(jù)污水廠現(xiàn)狀工藝及運(yùn)行現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)比現(xiàn)狀進(jìn)出水指標(biāo)及出水水質(zhì)要求，考慮城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)在不斷建設(shè)完善中，我們將CODCr、氨氮及總磷作為重點(diǎn)指標(biāo)，其它指標(biāo)作為次要指標(biāo)來(lái)考慮污水處理工藝。

針對(duì)CODCr及氨氮指標(biāo)的去除，主要考慮二級(jí)生化處理及深度處理工藝強(qiáng)化處理效果。對(duì)于總磷指標(biāo)而言，生化處理效果很難處理達(dá)標(biāo)，因此在生化沉淀后通過(guò)化學(xué)加藥除磷和過(guò)濾去除。

3.1 二級(jí)生物處理工藝選擇

二級(jí)處理采用生化處理系統(tǒng)，主要去除CODCr、BOD5、氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)波動(dòng)較大的特點(diǎn)，且CODCr進(jìn)水有超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)的情況。本項(xiàng)目二級(jí)生物處理工藝考慮強(qiáng)化對(duì)CODCr、BOD5及氨氮的去除，應(yīng)選用抗沖擊負(fù)荷，出水穩(wěn)定，處理效果好的生化工藝。通過(guò)對(duì)多種工藝對(duì)比分析，綜合考慮工程投資、占地面積、運(yùn)行費(fèi)用、運(yùn)行管理，采用與一二期相同的AAO微曝氧化溝工藝[4]。

3.2 深度處理工藝選擇

深度處理工藝考慮以CODCr、氨氮、總磷為重點(diǎn)指標(biāo)?？紤]到僅靠現(xiàn)有設(shè)計(jì)的二級(jí)生化系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)到CODCr、氨氮的出水要求，選用對(duì)CODCr、氨氮均具有很好去除效果的曝氣生物濾池工藝對(duì)CODCr、很難將氨氮進(jìn)一步去除。

為了達(dá)到TP≤0.2 mg/L的出水要求，單純依靠生物除磷是很難達(dá)到的，應(yīng)采用加藥除磷沉淀和過(guò)濾的組合工藝，本工程選用工藝應(yīng)用成熟、處理效果好的高效沉淀池和超濾膜過(guò)濾組合工藝，確保出水達(dá)標(biāo)排放。本項(xiàng)目改擴(kuò)建工藝流程圖，見(jiàn)圖2。主要工藝段去除率，見(jiàn)表3。

表3 污水廠去除率表

圖2 改擴(kuò)建工藝流程圖

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

4.1 預(yù)處理單元

污水廠預(yù)處理系統(tǒng)原有設(shè)計(jì)已經(jīng)預(yù)留遠(yuǎn)期處理能力，除在提升泵站增加污水提升泵3臺(tái)（Q=1 000 m3/h，H=14 m）外無(wú)需其余改造。

4.2 A/A/O微曝氧化溝

廠區(qū)原有一期、二期均采用A/A/O微曝氧化溝工藝，為了便于運(yùn)營(yíng)管理，擴(kuò)容工程也采用A/A/O微曝氧化溝工藝。A/A/O微曝氧化溝具有耐沖擊、能耗低、污泥量少、易于管理、方便維護(hù)、出水優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)。本項(xiàng)目擴(kuò)容工程設(shè)置兩組生化池并聯(lián)，單組設(shè)計(jì)處理規(guī)模19 500噸/天（考慮后段工藝清洗廢水回流），設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)，停留時(shí)間分別為1.8 h、3.5 h、7.6 h，設(shè)計(jì)污泥濃度為3.5 g/L，污泥負(fù)荷為0.10 kgBOD/（kgMLSS·d）。每組在厭氧區(qū)及缺氧區(qū)分別設(shè)置潛水推流器各1臺(tái)，好氧曝氣區(qū)采用可提升膜管式微孔曝氣器，在非曝氣區(qū)設(shè)置潛水推流器2臺(tái)，以保證污水循環(huán)流動(dòng)及泥水充分混合，同時(shí)在缺氧區(qū)及好氧區(qū)之間設(shè)置回流堰門，設(shè)計(jì)混合液回流比為300%，污泥回流比為100%。設(shè)計(jì)氣水比為6.0。附屬風(fēng)機(jī)房配置好氧空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），設(shè)備參數(shù)：Q=60 m3/min，H=0.07 m[5]。

4.3 二沉池

廠區(qū)原有一期、二期二次沉淀池利舊，擴(kuò)容工程新建2座二次沉淀池，單組設(shè)計(jì)處理規(guī)模19 500 m3/d，沉淀區(qū)內(nèi)徑為35米，表面負(fù)荷為0.85 m3/m2·h，配置中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)及附屬設(shè)備各一套。

4.4 中間泵站及曝氣生物濾池

本項(xiàng)目中間泵站和曝氣生物濾池合建，采用半地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其中中間泵站設(shè)計(jì)位于地下，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為68 300 m3/d，設(shè)計(jì)有效容積12 00 m3，池深5米停留時(shí)間25 min。主要配置潛水提升泵3臺(tái)（2用1備），設(shè)備參數(shù)：Q=1 450 m3/h，H=12 m。

曝氣生物濾池設(shè)計(jì)分為6格，并聯(lián)運(yùn)行，單格面積96 m2，平均處理流量475 m3/h，平均水力負(fù)荷4.94 m3/（m2·h），強(qiáng)制濾速5.93 m3/（m2·h），氨氮負(fù)荷0.2 kg/（m3·d），空床停留時(shí)間30分鐘，反洗周期為48 h。主要配置曝氣鼓風(fēng)機(jī)7臺(tái)（6用1干備），設(shè)備參數(shù)：Q=9.2 m3/min，H=8 m，反洗鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），設(shè)備參數(shù)：Q=46 m3/min，H=8 m。配置碳源加藥系統(tǒng)一套。另設(shè)清水池、廢水緩沖池并附屬配套設(shè)備。預(yù)留碳源投加系統(tǒng)，按照實(shí)際運(yùn)行情況投加，設(shè)計(jì)每年投加90天，投加量為15 ppm。

4.5 高效沉淀池

高效沉淀池采用半地埋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)兩組并聯(lián)運(yùn)行，混凝反應(yīng)池反應(yīng)時(shí)間3 min，投加35 ppm的PAC，絮凝反應(yīng)池反應(yīng)時(shí)間8 min，投加0.5 ppm陰離子PAM，反應(yīng)池內(nèi)分別安裝N=5.5 kW，N=7.5 kW的攪拌機(jī)各2臺(tái)。沉淀池邊長(zhǎng)為12 m，沉淀區(qū)寬10.6米，表面負(fù)荷9.8 m3/m2·h。沉淀池安裝刮泥機(jī)共2臺(tái)，設(shè)置排泥泵和污泥回流泵共6臺(tái)互為備用，4臺(tái)使用，2臺(tái)備用，污泥回流比3～5%。配置加藥系統(tǒng)一套。

4.6 超濾膜系統(tǒng)

本項(xiàng)目膜車間采用框架結(jié)構(gòu)，地下設(shè)置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)水池進(jìn)水池及產(chǎn)水池，一層布置膜系統(tǒng)配套設(shè)備，二層布置膜組件，有利于合理利用高程與空間，減少能耗及占地。超濾膜系統(tǒng)總進(jìn)水量為66 480 m3/d，總產(chǎn)水量為60 000 m3/d設(shè)置外置式超濾系統(tǒng)20組，單組系統(tǒng)設(shè)置46支外壓式超濾膜，超濾膜膜孔徑為0.03 μm。單支膜面積為72 m2，設(shè)計(jì)膜通量為45.2 L/m2·h，最大膜通量為47.7 L/m2·h。膜前設(shè)置袋式保安過(guò)濾器，過(guò)濾精度為5 μm。設(shè)計(jì)有效產(chǎn)水時(shí)間20小時(shí)，采用錯(cuò)流過(guò)過(guò)濾方式運(yùn)行，錯(cuò)流比為3%。運(yùn)行周期為42分鐘，按產(chǎn)水40分鐘，氣洗30 s，反洗60 s，正洗30 s運(yùn)行。配置進(jìn)水泵22臺(tái)（20用2干備），設(shè)備參數(shù)：Q=175 m3/h，H=25 m。袋式保安過(guò)濾器20套，氣洗及反洗系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)及化學(xué)清洗系統(tǒng)各一套。

4.7 脫水機(jī)房

原有污泥脫水系統(tǒng)處理量趨飽和，本次提標(biāo)和擴(kuò)容產(chǎn)生的污泥擬新建污泥板框脫水機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)新增污泥量為5.5 tDS/d，污泥含水率為60%。配置高壓隔膜板框壓濾機(jī)3套（2用1備），設(shè)備參數(shù)：過(guò)濾面積150 m2，濾室容積3.5 m3[6]。

5 工藝運(yùn)行效果

本項(xiàng)目改擴(kuò)建完成后日均處理規(guī)模為5.5×104m3/d，進(jìn)水濃度略有降低，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，項(xiàng)目建成后進(jìn)出水水質(zhì)，見(jiàn)表4。

表4 改擴(kuò)建出水水質(zhì)表

6 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)情況分析

6.1 項(xiàng)目建設(shè)投資

本項(xiàng)目改擴(kuò)建工程建設(shè)投資14 888萬(wàn)元，其中土建工程7 398萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)5 358萬(wàn)元，安裝費(fèi)2 132萬(wàn)元。占地面積60畝，其中改擴(kuò)建工程用地31畝。

6.2 運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目運(yùn)行成本主要由電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)用、維修費(fèi)用、污泥運(yùn)輸處置費(fèi)用構(gòu)成，按全年運(yùn)行365天計(jì)。按滿負(fù)荷測(cè)算，噸水電耗0.822度，年運(yùn)行電費(fèi)1 079.5萬(wàn)元；藥劑費(fèi)1 059萬(wàn)元；污水廠人員編制34人，年人工費(fèi)用272萬(wàn)元；設(shè)備維修費(fèi)用150萬(wàn)元/年；超濾膜按5年更換測(cè)算折舊費(fèi)用200萬(wàn)元/年；污泥運(yùn)輸處置費(fèi)用按500元/噸計(jì)算，年處置費(fèi)用433.44萬(wàn)元；日常辦及其它費(fèi)用165.94萬(wàn)元/年；合計(jì)年運(yùn)行費(fèi)用3 484.76萬(wàn)元，噸水處理費(fèi)用1.59元。

7 結(jié)語(yǔ)

本工程在工程新增占地面積較小的情況下，充分利用原有設(shè)施，使該廠出水水質(zhì)大幅度提高并將規(guī)模由3×104m3/d提高至6×104m3/d。本污水處理廠改擴(kuò)建項(xiàng)目二級(jí)處理采用AAO微曝氧化溝工藝，深度處理采用“曝氣生物濾池+高效沉淀池+UF過(guò)濾系統(tǒng)”組合工藝，在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，充分利用或改造現(xiàn)有設(shè)施，節(jié)約了工程投資，突出了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)出水要求較高，需要達(dá)到地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境敏感區(qū)域的市政污水廠，改擴(kuò)建的項(xiàng)目設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。