三亞市某小規模水質凈化廠二期擴建工程設計經驗

趙俊健，李國金

（1.天津市市政工程設計研究院第四設計研究院，天津市 300384；2.天津市基礎設施耐久性企業重點實驗室，天津市 300384）

0 引言

三亞市某小規模水質凈化廠一期工程處理工藝采用曝氣生物濾池，設計出水水質為國家一級A排放標準，并滿足中水回用標準。隨著該水質凈化廠配套收集管網系統不斷完善，該廠運行負荷不斷提高。與此同時，為了保護三亞市水環境不受污染，實現可持續發展、促進國際旅游島的建設，擴建現有廠處理能力是十分必要的。

擴建工程的關鍵在于與一期的銜接與過渡。在保證出水達標的前提下，還需在整體性設計、施工、安裝、后期綠化及涂裝等多方面考慮與一期的銜接，保證水廠整體的無縫銜接運行。

1 水廠一期現狀情況

該小規模水質凈化廠一期設計日處理規模為1.5萬m3/d，該廠于2014年建成并投入運行，處理工藝采用曝氣生物濾池，設計出水水質為國家一級A排放標準并滿足中水回用標準。運行報表顯示，該廠實際運行效果良好，出水水質達到設計出水水質要求。但現狀水質凈化廠在運行過程中存在以下問題：

（1）曝氣生物濾池工藝相關配套設備較多，管理麻煩；預處理要求高，處理不好容易造成濾頭堵塞；設施檢修維護繁瑣（例如在濾池檢修曝氣器時，需進入濾板底下進行，空氣流通性差且長年運行累積不少污染物和有毒氣體，對檢修人員身體造成危害）。

（2）曝氣生物濾池工藝對進水水質和水量的抗沖擊性差。

（3）曝氣生物濾池對自控的自動化程度要求較高，目前某小規模廠曝氣生物濾池主要的工藝運行都是人工控制（如反沖洗控制；PAC、PAM藥劑投加控制等），人工控制較自控控制精度低，浪費能源等。

隨著該凈化廠配套收集管網系統不斷完善，截止到2016年5月，實際片區內污水量已經突破2萬m3/d，超出設計污水處理量規模，現狀污水處理廠規模已經不能滿足污水處理量需求，需要擴建。

2 設計條件

2.1 設計規模

該小規模水質凈化廠遠期2020年規模約為3.0萬m3/d。現狀處理規模為1.5萬m3/d，因此擴建二期規模為1.5萬m3/d。

2.2 設計進出水水質

2.2.1 設計進水水質

根據廠內數據及環境檢測報告，2015年9月～2016年9月每月實測平均進出水水質見表1、表2。

表1 現狀水質凈化廠進水水質mg/L

表2 現狀水質凈化廠出水水質mg/L

根據現狀水質凈化廠進水水質的數據，并考慮其服務區域絕大部分為新建城區，已實施雨污分流的排水體制，且區域內基本沒有工業企業，絕大部分為市政污水，確定該小規模水質凈化廠二期擴建工程的進水水質見表3。

表3 二期擴建工程設計進水水質mg/L

2.2.2 設計出水水質

根據環境影響報告表的批復：“污水經處理后各項指標須達到GB/T 18921-2002《城市污水再生利用城市景觀環境用水水質》的觀賞性景觀環境用水水景類標準和GB 18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準中的最嚴要求，全部回用于綠化澆灌和補充景觀水體”，本工程的設計出水水質見表4。

表4 擴建二期水質凈化廠設計出水水質標準mg/L

3 工藝方案

3.1 工藝流程

本次擴建工程采用改良A2O+混凝沉淀+纖維轉盤過濾的主體工藝。工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

3.2 主要處理單元設計

（1）粗格柵間及進水泵房。現狀粗格柵間已經安裝有2臺回轉式格柵除污機，本次擴建工程與一期共用該單元。現狀進水泵房已設有3臺水泵機組，2用1備，采用變頻電機。本次設計增加1臺水泵，水泵設計參數為：Q=625 m3/h，H=15.0 m，N=37 kW，采用變頻電機。加上現狀3臺共4臺水泵，3用1備。

（2）曝氣沉砂池。現狀曝氣沉砂池為3萬m3/d規模，分兩個系列，每個系列1.5萬m3/d規模，兩個系列出水管道現狀為串接，無法分流。本次工程將對兩個系列的出水渠道進行貫通，并利用現狀閘門進行流量分配，同時將出水管道斷開，實現一期與二期的分流。

（3）生物反應池。一期采用的BIOSTYR生物濾池工藝在目前的運行中尚存在諸多問題，如構筑物復雜，原水碳源利用率低，能耗較高，自控要求較高等，本次擴建工程不予推薦。推薦采用工藝成熟，脫氮除磷效果穩定及運行維護更簡潔的改良A2O工藝，設計規模1.5萬m3/d，設計停留時間18 h，氣水比6.5∶1。主要設備：①曝氣管，充氧能力4～6 m3/（根·h）；②攪拌器12臺，單臺功率N＝2.2 kW，運行方式：連續工作，可根據進水流量及實際運行情況控制開停設備臺數；③內回流穿墻泵5套，4用1備，設備參數：Q=320 m3/h；H=0.8～1 m。

（4）二沉池配水井及污泥泵房。該構筑物將生物反應池出水均勻分配至二沉池，并將活性污泥輸送回生物反應池保證活性污泥濃度，同時將剩余污泥輸送至污泥濃縮池。設計流量（高日高時）：Q=906.25 m3/h，污泥回流比：100%，最大污泥回流量：Q=625 m3/h。主要設備：①回流污泥泵3臺，2臺變頻控制，2用1備，設備參數：Q=315 m3/h，H=6.5 m，N=11 kW，運行方式：回流污泥根據生化池污泥濃度和進水量控制回流量；②剩余污泥泵2臺，1用1備，設備參數：Q=40 m3/h，H=10 m，N=3.0 kW，運行方式：剩余污泥泵根據二沉池底污泥層厚度排泥，并與污泥濃縮、脫水機協調運行。

（5）二沉池。污水在二沉池進行混合液固液分離，確保污水廠出水SS和BOD5等達到所要求的排放標準，最大設計流量（高日高時）：Q=906.25 m3/h，高日高時表面負荷1.23 m3/（m2·h），水力停留時間3.33 h，設置2座。每座池邊水深4.2 m，直徑22 m，總深度4.8 m。主要設備：中心傳動單管吸泥機，直徑22 m，N=0.25 kW。

（6）混凝沉淀池。污水在本單元進行機械混合絮凝及沉淀，通過投加混凝劑，在攪拌的作用下污水中的微絮凝粒相互碰撞接觸，形成更大的絮凝顆粒，從而在斜板沉淀區域沉淀，達到進一步去除污水中SS、TP等污染物的目的。最大設計流量（高日高時）：Q=906.25 m3/h，混合時間1 min，絮凝時間15 min，斜板沉淀池表面水力負荷6.8 m3/（m2·h）。主要設備：①潛水排污泵2臺，設備參數：Q=30 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW；②混合攪拌器2臺，帶變頻調速裝置，設備參數：N=4.0 kW；③絮凝攪拌器4臺，帶變頻調速裝置，設備參數：N=1.1 kW；④中心傳動刮泥機2臺，帶鋼走橋，設備參數：D=8.4 m，N=1.5 kW。

（7）纖維轉盤濾池。污水在經過斜板沉淀后，進一步在濾池中進行過濾，確保出水SS達標。最大設計流量（高日高時）：Q=906.25 m3/h，轉盤濾速8.7 m3/（m2·h），濾盤直徑2 m，盤片數16，有效過濾面積6.28 m2。主要設備：①反洗泵2臺，設備參數：Q=30 m3/h，H=9 m，N=2.2 kW；②旋轉驅動電機2臺，設備參數：NA=2.9 r/min，N=0.55 kW。

（8）清水池/中水提升泵房。本次工程清水池及中水提升泵房合建，經過過濾的污水在清水池進行消毒，接觸消毒時間35 min；清水池容積按日處理污水量的10%規模建設，其容積為1 500 m3。經消毒合格后的水在清水池貯存，清水池用于調節中水水量，用不完的剩余中水由重力排水管道最終排入自然水體作為自然水體的補水。參數：最大設計流量（高日高時）：Q=906.25 m3/h。主要設備：①潛水泵3臺，2用1備，1臺變頻，設備參數：Q=281 m3/h,H=38 m，N=55 kW；②潛水泵2臺，1用1備，設備參數：Q=59 m3/h，H=38 m，N=15 kW。

（9）加氯加藥間。本次擴建工程對一期加氯加藥系統進行改擴建，同時滿足一期和二期的需求。消毒由一期的二氧化氯改為液體次氯酸鈉，設計投加量為60～80 mg/L，有效成分含量10%，次氯酸鈉儲罐容量：存儲時間7 d；絮凝劑采用液體PAC，設計投加量為30 mg/L，有效成分10%；PAC溶液池容量：15 d。主要設備：①次氯酸鈉投加螺桿泵6臺,4用2備，變頻，設備參數：Q=18.8～25 L/h，H=40 m，N=0.30 kW；②PAC投加泵6臺，4用2備，變頻，設備參數：Q=7.8～9.4 L/h，H=50 m，N=0.30 kW；③次氯酸鈉儲罐2個，設備參數：D=1.5 m，H=2.0 m，V=3.0 m3。

（10）鼓風機房。鼓風機房為生物反應池反應提供氣源，總送風量70 m3/min，風壓0.072 MPa。主要設備：空氣懸浮離心鼓風機3臺，2用1備，設備參數：Q=35 m3/min，P=72 kPa，N=57 kW。

（11）污泥濃縮池。污泥濃縮池對一期和二期的剩余污泥及深度處理排出的化學污泥進行濃縮，將99.2%含水率的污泥進行濃縮至含水率97%，后續板框污泥脫水機進行脫水。參數：設計規模3萬m3/d，單體設計流量438.75 m3/d，固體通量31 kg/（m2·d）。主要設備：①中心傳動刮泥機1臺，含工作橋、穩流筒、刮渣板、浮渣斗等組件，設備參數：?12 m，N=0.37 kW；②污泥提升泵2臺，設備參數：Q=30 m3/d，H=20 m，N=7.5 kW。

（12）污泥脫水機房。本次擴建工程設置板框脫水機，將一期與二期污水處理過程中產生的污泥進行統一脫水，便于污泥運輸和最終處置。參數：一二期總污泥量439 m3/d（干泥量3.51 m3/d，含水率99.2%），污泥經濃縮后，污泥量117 m3/d（含水率97%）；脫水后污泥量8.8 m3/d，含水率≤60%。主要設備：①污泥輸送泵2臺，變頻，輸送至調理池，設備參數：Q=30 m3/h，H=0.2 MPa，N=7.5 kW；②板框壓濾機2臺，1用1備，設備參數：處理量117 m3/d（97%計），1.5 m×1.5 m，過濾面積：218 m2，N=15 kW；③污泥進料泵2臺，變頻，與脫水機配套，設備參數：Q=40 m3/h，H=0.6 MPa，N=11 kW；④高壓污泥進料泵2臺，變頻，與脫水機配套，設備參數：Q=20 m3/h，H=1 MPa，N=11 kW；⑤隔膜擠壓泵2臺，變頻，與脫水機配套，設備參數：Q=20 m3/h，H=1.6 MPa，N=15 kW；⑥石灰乳投加泵2臺，變頻，與脫水機配套，設備參數：Q=3 m3/h，H=0.6 MPa，N=3 kW；⑦FeCl3投加電磁隔膜泵2臺，變頻，與脫水機配套，設備參數：Qmax=330 L/h，H=0.3 MPa，N=0.55 kW；⑧污泥調理罐1個，設備參數：V=2 m3，內設攪拌器N=5.5 kW。

（13）除臭站。本項目所在地點為風景區內，周邊有居民區及旅游度假酒店等敏感區域，故本次設計中為了實現對全場發臭單元進行全過程封閉除臭,將生物處理池設置密封罩、污泥泵房加裝除臭風管、污泥濃縮池增加密封罩、污泥調理池增加密封罩、污泥脫水機房進行發臭單元密封，最后統一由除臭風管送風至除臭站進行處理。生物除臭量25 000 m3/h。主要設備：①離心風機2臺,1用1備，設備參數：Q=25000 m3/h，P=2200Pa，N=30kW；②循環水泵2臺，1用1備，設備參數：Q=25 m3/h，H=30 m，N=4 kW；③噴淋增壓泵1臺，設備參數：Q=16 m3/h，H=30 m，N=3 kW。

（14）一期現狀設備更換。一期現狀的細格柵采用轉鼓式細格柵，實際運行中淤堵嚴重。由于其承擔著一期二期共同的進水預處理任務，其攔截效果將直接影響后續處理的效果，故本次擴建工程予以更換。利用原有的土建條件，將細格柵更換為內進流網板式細格柵，寬度900 mm，孔隙3 mm，并配有高壓及中壓沖洗泵。

4 投資及運行費用

本次擴建工程總投資11 586.29萬元人民幣，其中工程費用8 369.19萬元人民幣。單位成本費用2.48元人民幣/t；單位經營成本1.47元人民幣/t。

5 現狀運行情況及經驗總結

本次擴建工程（2017年7月至11月）運行數據見圖2。

圖2 擴建工程運行數據

根據追蹤的運行情況得知，目前的運行水量為1.7～1.8萬m3/d，所有設備運行正常。從圖2可以看出，本次擴建工程出水水質完全達到設計要求。

運行過程中也發現一些可以改進和提高的方面：

（1）由于高效沉淀池的污泥回流泵缺少計量設施，很難發現回流泵是否工作正常或者淤堵，可以考慮未來在項目中增加該設施，從而方便管理人員盡快發現問題。

（2）生物反應池內部的進風干管缺少流量計，需要根據測量溶解氧來調節風量，未來可以考慮增加干管流量計，從而方便控制。

（3）本次工程地下水位較高，除臭風管目前存在漏水情況，因為地埋的原因，無法及時找出漏水點位置，給檢修帶來不便，未來在工程上遇到特殊地質條件時，可考慮架空等方式。

6 結 語

隨著城市的不斷擴張和人口的不斷增加，對于環境的要求日益嚴格。像三亞這樣的旅游密集型城市，尤其需要對原有市政設施進行擴建和改造，以滿足國際旅游城市的定位和需求。本次工程順應了地區發展的需要，為三亞市更好更快的發展奠定了良好的基礎。