廈門石渭頭污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)總結(jié)

龔曉露，章燃靈

（1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司，上海 200092；2.杭州市七格污水處理廠工程建設(shè)指揮部，浙江 杭州 310016）

1 污水處理廠一期現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 污水處理廠一期現(xiàn)狀

廈門石渭頭污水處理廠位于廈門市本島東部，始建于1999年，一期工程規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，規(guī)劃總規(guī)模為40萬(wàn)m3/d，服務(wù)范圍為廈門本島整個(gè)東部地區(qū)。

一期工程污水處理采用A/O生物處理工藝，污泥采用厭氧消化，現(xiàn)狀進(jìn)廠污水量已達(dá)8～10萬(wàn)m3/d，基本滿負(fù)荷運(yùn)行。一期工程一座10萬(wàn)m3/d規(guī)模的生物反應(yīng)池，采用具有除磷功能的A/O污水處理工藝，池型采用鼓風(fēng)曝氣的氧化溝形式，停留時(shí)間為4 h。

1.2 污水處理廠一期存在問(wèn)題

出廠尾水N、P指標(biāo)未達(dá)到一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。其原因主要為：一方面由于一期工程生物反應(yīng)池系按不具有脫氮功能的較小的污泥齡及較高的污泥負(fù)荷、且停留時(shí)間也較短的A/O工藝設(shè)計(jì)；另一方面系由于初沉池的水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致碳源的不足影響硝化與反硝化過(guò)程。

2 二期擴(kuò)建與一期升級(jí)改造銜接方案

2.1 布置思路

改擴(kuò)建工程的建設(shè)用地宜與現(xiàn)有設(shè)施緊密結(jié)合，既能與一期的現(xiàn)有路網(wǎng)貫通，又能形成一座相對(duì)獨(dú)立完整的大型污水處理廠。該工程設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)一考慮一期工程的改造并充分利用一期已有構(gòu)筑物。

擴(kuò)建規(guī)劃預(yù)留用地為長(zhǎng)方形，其北側(cè)就是居民區(qū)和污水處理廠的廠前區(qū)，而污水處理廠進(jìn)水在廠區(qū)的東北面，尾水排放在廠區(qū)的東南面。考慮到該工程大型的處理規(guī)模，如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及模式，構(gòu)筑物數(shù)量眾多，分布松散，構(gòu)筑物之間聯(lián)系管道眾多，不利于廠區(qū)巡檢及管理。因此采用組團(tuán)布置方式，即以10萬(wàn)m3/d規(guī)模為一個(gè)組團(tuán)，集中布置生物反應(yīng)池和二沉池。

根據(jù)二期工程擴(kuò)建時(shí)統(tǒng)籌考慮一期的升級(jí)改造，并對(duì)在滿足污水廠總體布局的前提下，充分利用一期已有構(gòu)筑物。二期工程擬利用一期已建的粗格柵間、進(jìn)水泵房、初沉池配水井、初沉池、二沉池、紫外線等構(gòu)筑物，原細(xì)格柵曝氣沉砂池、初沉池排泥井等擬廢棄，并原地改建。原一期生物反應(yīng)池改造后盡可能利用。

2.2 總平面布局

石渭頭污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)可用地為6.18 hm2，在現(xiàn)有圍墻西側(cè)，為長(zhǎng)方形用地，東西長(zhǎng)135 m，南北長(zhǎng)約460 m，根據(jù)廠內(nèi)現(xiàn)有格局，整個(gè)廠區(qū)由北向南可分成生物反應(yīng)池區(qū)、二沉池區(qū)和污泥處理區(qū)三大區(qū)域。

污水處理區(qū)按20萬(wàn)m3/d布置。泥處理區(qū)按遠(yuǎn)期規(guī)模布置，近期服務(wù)水量20萬(wàn)m3/d。通過(guò)降低噪音和除臭處理設(shè)施，將多模式A2/O氧化溝布置在二期用地的北側(cè)，二沉池布置在二期用地的中部，污泥處理區(qū)位于廠區(qū)南側(cè)，該區(qū)域遠(yuǎn)離生活區(qū)，對(duì)周邊環(huán)境影響也不大。出水區(qū)和紫外線消毒渠位于廠區(qū)東南端，便于出水。

2.3 改擴(kuò)建銜接布置方案

根據(jù)一期生物反應(yīng)池竣工圖，其采用A/O工藝，構(gòu)筑物分2組，有效容積為20 478 m3。其中厭缺氧區(qū)為矩形水池，有效水深5.1m，容積4 480m3，按10萬(wàn)m3/d計(jì)算，停留時(shí)間為1.1 h。好氧區(qū)為完全混合廊道形，采用微孔曝氣，有效水深5.0 m，容積15 998 m3，停留時(shí)間為3.8 h。總停留時(shí)間為4.9 h。該工程根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和出水一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，每10萬(wàn)m3/d的A2/O生物反應(yīng)池容積需59 200 m3（停留時(shí)間14.2 h），其中厭氧區(qū)容積6 800 m3（停留時(shí)間1.64 h），缺氧區(qū)容積20 400 m3（停留時(shí)間4.92 h），好氧區(qū)容積32 000 m3（停留時(shí)間7.64 h）。因此一期的生反池容積嚴(yán)重不足。并且按完全的A2/O工藝流程，即使處理3.6萬(wàn)m3/d還需對(duì)原一期生物反應(yīng)池池型做一些改造，重新分割。為了充分利用一期原有構(gòu)筑物，使一、二期20萬(wàn)m3/d均能達(dá)標(biāo)排放，在二期工程擴(kuò)建的同時(shí)，對(duì)一期生物反應(yīng)池的升級(jí)改造需統(tǒng)籌布局。

為便于總圖布局及日常運(yùn)行管理，考慮將來(lái)擴(kuò)建工程的A2/O生物反應(yīng)池與一期升級(jí)改造需增加池容的生物反應(yīng)池合建，同時(shí)盡量減少對(duì)原一期生物反應(yīng)池的改造工作量。經(jīng)復(fù)核原一期生物反應(yīng)池中的好氧區(qū)有效容積約15 998 m3，正好可滿足5萬(wàn)m3/d的污水好氧反應(yīng)（停留時(shí)間約7.6 h），原厭氧區(qū)4 480 m3，停留時(shí)間約2.2 h，可用作厭氧或部分缺氧反應(yīng)池，因此只需在增加10 200 m3（停留時(shí)間約4.92 h）就可以滿足5萬(wàn)m3/d生物反應(yīng)池的容積。余下另建15萬(wàn)m3/d生物反應(yīng)池，分為3組，每組5萬(wàn)m3/d，采用多模式氧化溝的布局，并與一期改造增加的10 200 m3厭缺氧池合建。

該方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）布置緊湊，從最大程度上節(jié)省用地；（2）運(yùn)行管理較方便；（3）對(duì)居民的影響較小，氧化溝和生物反應(yīng)池均采取除臭和降噪處理；（4）20萬(wàn)m3/d水量可在該合建構(gòu)筑物前完成配水，水流路線簡(jiǎn)短流暢；（5）改造部分與一期生反池距離較近，便于銜接；（6）設(shè)備集中，便于管理，變配電間距耗電較高的氧化溝轉(zhuǎn)碟較近。

圖1為污水廠改擴(kuò)建平面布置圖。

圖1 污水廠改擴(kuò)建平面布置圖

3 改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)水量

石渭頭污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)水量為：一期達(dá)標(biāo)改造10萬(wàn)m3/d，二期擴(kuò)建10萬(wàn)m3/d，改擴(kuò)建后總規(guī)模20萬(wàn)m3/d。總變化系數(shù)KZ=1.3。

3.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

根據(jù)一期現(xiàn)狀水質(zhì)，并為遠(yuǎn)期水質(zhì)變化預(yù)留空間，石渭頭污水處理廠改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為：CODcr≤400 mg/L，BOD5≤200 mg/L，SS≤250 mg/L，NH3-N≤50 mg/L，TN≤60 mg/L，TP≤6 mg/L。一、二期共20萬(wàn)m3/d按相同進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)。

石渭頭污水處理廠尾水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，其中主要指標(biāo)為：CODcr≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20 mg/L，TN≤20 mg/L，NH3-N≤8 mg/L（水溫不大于 12℃時(shí)，NH3-N≤15 mg/L），TP≤1.0 mg/L，糞大腸菌群數(shù)不大于104個(gè)/L。

3.3 工藝流程和工程內(nèi)容

石渭頭污水處理廠改擴(kuò)建工程各處理環(huán)節(jié)采用的主要工藝方案為：

（1）污水處理工藝：節(jié)能型多模式A2/O氧化溝工藝；

（2）污泥處理工藝：采用重力濃縮+機(jī)械板框脫水機(jī)；

（3）除臭工藝：采用生物除臭法。

改擴(kuò)建后污水處理工藝流程如圖2所示。

圖2 污水處理工藝流程圖

20萬(wàn)m3/d污水經(jīng)進(jìn)水泵房提升后，經(jīng)過(guò)改造的細(xì)格柵配水井配水，經(jīng)新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池（為減少于預(yù)處理區(qū)對(duì)周圍環(huán)境的影響，對(duì)20萬(wàn)m3/d規(guī)模的細(xì)格柵及曝氣沉砂池進(jìn)行集中布置，并結(jié)合原10萬(wàn)m3/d細(xì)格柵沉砂池處理效果不佳的實(shí)際情況，擬將原池廢除，原2組各5萬(wàn)m3/d規(guī)模的細(xì)格柵及曝氣沉砂池?cái)U(kuò)建為2組各10萬(wàn)m3/d的細(xì)格柵及曝氣沉砂池，共20萬(wàn)m3/d）攔截細(xì)柵渣、去除砂粒，再通過(guò)已建的初沉池去除部分SS和BOD5(當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)較淡時(shí)可超越初沉池)。初沉池出水井后的污水通過(guò)配水，部分通過(guò)新建的多模式氧化溝處理，部分仍利用原一期生物反應(yīng)池處理，利用活性污泥，降解水中污染物。一期10萬(wàn)m3/d通過(guò)已建二沉池、擴(kuò)建部分通過(guò)新建10萬(wàn)m3/d規(guī)模二沉池，將曝氣后混合液進(jìn)行固液分離。最后經(jīng)紫外線消毒池（一期已建，二期土建已建）進(jìn)行滅菌處理，統(tǒng)一排放水體。在新建氧化溝和已建生反池出水區(qū)域預(yù)留輔助化學(xué)除磷措施，在碳源不足的情況下通過(guò)加藥，實(shí)現(xiàn)磷的達(dá)標(biāo)排放。預(yù)留碳源投加系統(tǒng)，在進(jìn)水水質(zhì)碳源不足的情況下，還可以通過(guò)投加碳源增強(qiáng)生物反應(yīng)能力。

3.4 多模式氧化溝設(shè)計(jì)

結(jié)合一期生反池改造，該工程節(jié)能型多模式氧化溝分三個(gè)區(qū)域，分別為配水區(qū)、多模式氧化溝和厭缺氧池。

配水區(qū)主要實(shí)現(xiàn)20萬(wàn)m3/d進(jìn)水的均勻分配。設(shè)進(jìn)水堰門，堰后進(jìn)水分別至每組5萬(wàn)m3/d進(jìn)水渠。

多模式氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)模15萬(wàn)m3/d，分3組，每組處理規(guī)模5萬(wàn)m3/d，均由厭氧段、缺氧段和好氧段組成，每組均有8格方池和4條環(huán)形廊道。厭缺氧段每格方池長(zhǎng)16.3 m，寬15 m，有效水深7.0 m，每格停留時(shí)間0.82 h，共6.56 h。每池設(shè)2臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎钩貎?nèi)污泥保持懸浮狀態(tài)，并且與進(jìn)水充分混合。好氧段每組設(shè)4條廊道，每廊寬8 m，直線段長(zhǎng)80 m，有效水深5.0 m，在直線段適當(dāng)位置布置轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，停留時(shí)間7.64 h。

每組池設(shè)一條單獨(dú)進(jìn)水渠，在厭氧、缺氧段各設(shè)置多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)，配置可調(diào)堰門，根據(jù)各種不同的情況，合理分配進(jìn)水量，同時(shí)滿足脫氮除磷對(duì)碳源合理分配的要求。進(jìn)水渠末端設(shè)電動(dòng)渠道閘門，關(guān)閉進(jìn)水可調(diào)堰門，開啟末端渠道閘門，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多模式氧化溝的超越。每組池設(shè)一條混合液配水渠，回流至缺氧區(qū)或預(yù)缺氧區(qū)，配置電動(dòng)閘門，滿足各種運(yùn)行模式對(duì)混合液內(nèi)回流點(diǎn)的要求。每組池設(shè)單獨(dú)外回流污泥渠，污泥外回流均回流至第一格，保證生物處理系統(tǒng)的泥量平衡。混合液回流泵布置在氧化溝的前端，每組池設(shè)3臺(tái)混合液回流泵。

厭缺氧池是為一期5萬(wàn)m3/d生物反應(yīng)池改造增加的，根據(jù)現(xiàn)狀生反池厭缺氧池停留時(shí)間為2.2 h，為考慮正置、倒置等多種工況，該池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為4.92 h，共有6格方池，每格方池長(zhǎng)16.3 m，寬15 m，有效水深7.0 m，每格停留時(shí)間0.82 h。在該池和一期生反池之間增設(shè)進(jìn)水管和內(nèi)回流管滿足倒置運(yùn)行工況和補(bǔ)充碳源。

圖3為生物反應(yīng)池分區(qū)示意圖。

3.4.1 構(gòu)、建筑物

類型：鋼筋混凝土矩形水池；

數(shù)量：1座，每座分4組，每組5萬(wàn)m3/d可單獨(dú)運(yùn)行；

圖3 生物反應(yīng)池分區(qū)示意圖

總尺寸：L×B=104.7 m×202.0 m。

3.4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

單組5萬(wàn)m3/d設(shè)計(jì)參數(shù)：

平均設(shè)計(jì)流量：2 083 m3/h；

設(shè)計(jì)最低水溫：15℃；

全池綜合污泥負(fù)荷；0.09 kgBOD5/kgMLSS·d；

好氧區(qū)污泥負(fù)荷：0.17 kgBOD5/kgMLSS·d；

MLSS；3.0 g/L；

污泥產(chǎn)率：0.77 kgDs/去除kgBOD5；

厭缺氧區(qū)有效水深：7.0 m；

厭氧區(qū)有效容積：3 400 m3；

厭氧區(qū)停留時(shí)間：1.64 h；

缺氧區(qū)有效容積:10 200 m3；

缺氧區(qū)停留時(shí)間：4.92 h；

好氧區(qū)有效水深：5.0 m；

好氧區(qū)有效容積：16 000 m3；

好氧區(qū)停留時(shí)間：7.64 h；

每組池子有效容積:29 600 m3；

總停留時(shí)間：14.2 h；

20萬(wàn)m3/d污泥量：

剩余污泥量：21 560 kgDs/d；

剩余污泥含水率：99.4%；

化學(xué)污泥量：1 000 kgDs/d；

化學(xué)污泥含水率：99.4%；

剩余污泥總體積：3 760 m3/d。

3.4.3 流程及特點(diǎn)

節(jié)能型多模式氧化溝工藝可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化，運(yùn)用不同運(yùn)行模式來(lái)保證處理效果。提高污水處理的穩(wěn)定性。有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）通過(guò)污水和混合液進(jìn)水的合理布點(diǎn)，可以合理選擇污水進(jìn)水點(diǎn)和混合液回流點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況。

（2）根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化，通過(guò)調(diào)整實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行工況，充分發(fā)揮各種處理工藝的特點(diǎn)，對(duì)污水進(jìn)行有針對(duì)性的處理。

（3）整個(gè)多模式氧化溝布置簡(jiǎn)潔，分區(qū)明確，池?cái)?shù)適中，配水、配泥、配氣靈活、均勻，水渠、泥渠互不重疊，總體布置合理清晰，便于維護(hù)管理。

（4）氧化溝內(nèi)設(shè)置潛水推流器，溶解氧高時(shí)減少轉(zhuǎn)碟開啟臺(tái)數(shù)，采用低能耗的潛水推流器推動(dòng)水流，節(jié)約能耗。

3.4.4 運(yùn)行方式

每組多模式氧化溝由厭氧區(qū)（或預(yù)缺氧區(qū)）、缺氧區(qū)和好氧區(qū)組成。可以形成以下幾種運(yùn)行模式。

3.4.4.1 模式1——常規(guī)AAO法

調(diào)整污水進(jìn)入點(diǎn)，污水從①進(jìn)入?yún)捬醭兀勰嗤饣亓鲝蘑龠M(jìn)入?yún)捬醭兀旌弦夯亓鲝蘑圻M(jìn)入缺氧池，形成了常規(guī)AAO法（見(jiàn)圖4）。

圖4 常規(guī)AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

3.4.4.2 模式2——改良AAO法

污水按比例從①、②分別進(jìn)入預(yù)缺氧池和厭氧池，污泥外回流從①進(jìn)入預(yù)缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進(jìn)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。混合液回流從③進(jìn)入缺氧區(qū)，形成了改良AAO法（見(jiàn)圖5）。

圖5 改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

在厭、缺氧池前增設(shè)了預(yù)缺氧池（選擇池），是對(duì)常規(guī)A2/O法硝化工藝缺點(diǎn)的改進(jìn)，使污水先進(jìn)入預(yù)缺氧池，同時(shí)回流污泥可以分別進(jìn)入預(yù)缺氧池和厭、缺氧池。

3.4.4.3 模式3——倒置AAO法

調(diào)整污水進(jìn)入點(diǎn)，污水按比例從①、②分別進(jìn)入缺氧池和厭氧池，污泥外回流從①進(jìn)入缺氧池，以補(bǔ)充反硝化所需的硝酸鹽。提高脫氮效果。混合液回流從①進(jìn)入缺氧池，就形成了倒置AAO法（見(jiàn)圖6）。

圖6 倒置生物脫氮除磷處理工藝流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）石渭頭污水廠改擴(kuò)建工程的總體構(gòu)思是在二期10萬(wàn)m3/d擴(kuò)建時(shí)統(tǒng)籌考慮一期10萬(wàn)m3/d的升級(jí)改造，并充分利用一期已有構(gòu)筑物與設(shè)備，一、二期統(tǒng)一設(shè)計(jì)，有機(jī)結(jié)合，同步達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了一、二期工程之間的過(guò)渡，構(gòu)筑物內(nèi)部巧妙布置了進(jìn)水、出水、超越、回流等各種渠道，將停水改造的時(shí)間縮短到最小。

（3）總平面采用集約化布置，布置緊湊，功能分區(qū)明確，二期改擴(kuò)建部分生產(chǎn)區(qū)用地僅6.18 hm2，布置了15萬(wàn)m3/d完整的A2/O池和5萬(wàn)m3/d厭缺氧池，污泥區(qū)按50萬(wàn)m3/d規(guī)模布置，用地指標(biāo)僅0.412 hm2/萬(wàn)m3水，大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）污水處理工藝采用“節(jié)能型多模式A2/O氧化溝”工藝，具有工藝靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

（5）該工程污水處理部分已竣工通水，目前運(yùn)行效果良好。