西安咸陽國際機場污水廠的提標(biāo)改造設(shè)計

張伯鎮(zhèn)，劉俊新，高小波

（1.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司西安分公司，陜西 西安 710000；2.中鐵十八局集團有限公司勘察設(shè)計院，天津 300300；3.西安咸陽國際機場股份有限公司動力保障部，陜西 西安 710000）

西安咸陽國際機場污水廠的設(shè)計處理規(guī)模為1.0 萬m3/d，污水廠分兩期建設(shè)，一期工程規(guī)模為4 500 m3/d，二期工程規(guī)模為5 500 m3/d，生物反應(yīng)池的處理構(gòu)筑物均采用CAST 反應(yīng)池。進入機場污水廠的污水主要源于生活污水、生產(chǎn)廢水及其他廢水，其中，生產(chǎn)廢水包括航空食品加工公司、飛機維修公司等區(qū)域的廢水，其他廢水包括沖洗地面和車輛產(chǎn)生的廢水、飛機產(chǎn)生的航空糞便廢水[1]，出水水質(zhì)執(zhí)行一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

為了響應(yīng)西安市出臺的《西安市城鎮(zhèn)污水處理廠再生水化提標(biāo)改造和加蓋除臭工程三年行動方案（2018-2020 年）》相關(guān)政策，西安咸陽國際機場動力公司啟動了污水廠的提標(biāo)改造工程，提標(biāo)后污水廠的出水水質(zhì)需要達到西安市地表水準(zhǔn)IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

1.1 現(xiàn)狀水量和工藝流程

目前（2019 年）污水廠實際運行水量介于3 565~8 553 m3/d，平均值為5 614 m3/d。污水廠現(xiàn)狀污水處理工藝流程如圖1 所示，主要工藝為CAST生物反應(yīng)池+混凝沉淀過濾，出水水質(zhì)執(zhí)行一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 污水廠現(xiàn)狀處理工藝流程圖

1.2 現(xiàn)狀水質(zhì)和主要構(gòu)筑物運行評述

根據(jù)污水廠2018 年1 月-2019 年7 月的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析（表1）。結(jié)果表明，進水水質(zhì)中CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP 的平均值分別為490 mg/L、176 mg/L、110 mg/L、54.3 mg/L、60.2 mg/L、5.5 mg/L，出水水質(zhì)均能穩(wěn)定達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)，對CODCr、BOD5、TN、TP 的平均去除率分別為92.6%、96.9%、90.3%、95.1%，且出水中SS 和NH3-N 達到了地表水準(zhǔn)IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 2018 年1 月-2019 年7 月現(xiàn)狀進出水水質(zhì) 單位：mg/L

整體而言，提標(biāo)改造前的出水水質(zhì)與西安市地表水準(zhǔn)IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)仍有一定的差距，分析其原因如下：

（1）污水在CAST 反應(yīng)池停留時間過短，硝化及反硝化反應(yīng)不充分，影響脫氮效果；

（2）經(jīng)過現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物處理后，出水水質(zhì)雖能達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)，但很難更進一步提高，需要增加深度處理段；

（3）污水處理廠出水消毒劑為氯片消毒，易與水中的有機物反應(yīng)，產(chǎn)生有害物質(zhì)；

（4）現(xiàn)狀污水處理廠未設(shè)除臭設(shè)施，根據(jù)《西安市城鎮(zhèn)污水處理廠再生水化提標(biāo)改造和加蓋除臭工程三年行動方案（2018-2020 年）》，該污水廠明確要求加強污水預(yù)處理段和污泥處理段的除臭。

2 提標(biāo)改造工程方案

2.1 提標(biāo)改造設(shè)計水量和進出水水質(zhì)

2018 年西安咸陽國際機場旅客吞吐量為4 465.37萬人次，污水廠平均處理水量為5 300 m3/d，2025 年預(yù)計最高旅客吞吐量為6 786.09 萬人次，2025 年污水處理量預(yù)計達到9 250.5 m3/d。之后隨著西安咸陽國際機場三期擴建工程的實施，咸陽機場的旅客量將不斷增加，屆時污水將排入空港新城北區(qū)污水處理廠進行處理，因此確定本工程設(shè)計規(guī)模為1.0 萬m3/d。

本次提標(biāo)改造設(shè)計進水水質(zhì)指標(biāo)按照實測進水水質(zhì)90%的保證率設(shè)計，出水水質(zhì)執(zhí)行《西安市城鎮(zhèn)污水處理廠再生水化提標(biāo)改造和加蓋除臭工程三年行動方案（2018-2020 年）》的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具體見表2。

表2 設(shè)計進出水水質(zhì) 單位：mg/L

2.2 總體方案

本次設(shè)計進水水質(zhì)中BOD5/CODcr=0.34，屬于較好生物降解范疇；BOD5/TN=2.59，屬于難生物脫氮降解范疇，需要考慮外加碳源；BOD5/TP=24.4，可以采用生物除磷工藝，但由于出水TP 的指標(biāo)僅為0.3 mg/L，因此在生物除磷的基礎(chǔ)上需輔助考慮化學(xué)除磷措施。

本工程主要目的是進一步降低出水中有機物、TN和TP 的濃度。因此需要通過挖掘現(xiàn)狀設(shè)施的潛力，并針對性地增加部分污水深度處理設(shè)施，強化現(xiàn)狀處理工藝的處理效果，以達到新的出水標(biāo)準(zhǔn)。

因此，本次提標(biāo)改造工程需要解決的問題主要有2 個：（1）生化處理段脫氮能力不足；（2）污水深度處理能力不足。第一個問題主要由于污水在現(xiàn)狀CAST 生反池停留時間較短，導(dǎo)致TN 去除效果有限。解決該問題的關(guān)鍵是強化生化段的脫氮能力或者增加后續(xù)的脫氮措施。第二個問題的根本是現(xiàn)狀設(shè)施難以滿足新的出水標(biāo)準(zhǔn)，需增加污水深度處理設(shè)施，以保障出水指標(biāo)的穩(wěn)定達標(biāo)。

2.3 提標(biāo)改造后污水處理工藝流程

提標(biāo)改造后污水處理工藝流程圖如圖2 所示。

圖2 提標(biāo)改造后污水處理工藝流程

3 工程設(shè)計

3.1 現(xiàn)狀CAST 生物反應(yīng)池改造

該污水處理廠現(xiàn)狀生物處理單元采用2 座共6格CAST 反應(yīng)池，每格反應(yīng)池分為生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，其中主反應(yīng)區(qū)平面尺寸為40 m×30 m，有效水深為 5.1 m。現(xiàn)狀CAST 反應(yīng)池按照“進水（1 h）/曝氣（3 h）→靜沉（1 h）→排水（1 h）”3 個工序依次進行，同一時間最多有3 池曝氣，只有1 池在沉淀或排水。在此次改造設(shè)計中，調(diào)整CAST 反應(yīng)池的運行時序，調(diào)整為“進水（2.67 h）/不曝氣（0.33 h）→曝氣（3 h）→靜沉（1 h）→排水（1 h）”的缺氧-好氧的模式進行運行，同時在每個CAST 反應(yīng)池中增設(shè)缺氧攪拌器，解決CAST 工藝脫氮受限的問題，進而通過反硝化過程去除上一周期殘留的硝酸鹽氮，反硝化過程又為接下來的硝化反應(yīng)提供一定的堿度，并能去除一部分有機物，使得出水的TN 得到一定的降低。

3.2 新建深度處理車間

本次新建深度處理車間主要包括中間提升泵房、高效沉淀池、反硝化深床濾池、加氯加藥間。

（1）中間提升泵房

污水由現(xiàn)狀調(diào)節(jié)池提升至高效沉淀池，高峰流量為658.33 m3/h，設(shè)計采用工頻泵，2 大2 小搭配運行，大泵參數(shù)為Q=370 m3/h、H=11 m、N=15 kW，小泵參數(shù)為Q=185 m3/h、H=11 m、N=11 kW。

（2）高效沉淀池

高效沉淀池位于中間提升泵房之后，其設(shè)計的平均時流量為416.67 m3/h，高峰流量為658.33 m3/h，為一體化設(shè)備。混合池3 組，單池容積為4.55 m3，平均流量下停留時間為1.97 min，峰值流量下停留時間為1.24 min，混凝劑PAC 投加量為30 mg/L。絮凝反應(yīng)池3 組，單池容積為22 m3，平均流量下停留時間為9.50 min，峰值流量下停留時間為6.02 min，助凝劑PAM 投加量為1 mg/L。沉淀池3 組，面積為3.3 m×4 m，單池直徑為4 m，斜管沉淀區(qū)的平均流量表面負荷為10.52 m3/（m2·h），峰值表面負荷為16.62 m3/（m2·h）。主要設(shè)備包括3 套混合攪拌機、3 套絮凝攪拌機、3 套中心傳動的刮泥機及配套斜管、6 臺回流污泥泵（Q=8 m3/h，H=20 m）、3臺剩余污泥泵（Q=8 m3/h，H=20 m）。

（3）反硝化深床濾池

在高效沉淀池后增加反硝化深床濾池，其平均時流量為416.67 m3/h，高峰流量為658.33 m3/h，為一體化設(shè)備，共6 組，每組6 個不銹鋼濾罐，單個濾罐尺寸為1.45 m×3.80 m（直徑×高度），濾料厚度1.83 m（不含承托層），濾料有效粒徑規(guī)格為2~3 mm（石英砂），設(shè)計濾速為7.01 m3/（m2·h），強制濾速為8.42 m3/（m2·h）。設(shè)計沖洗周期為24 h，單組濾罐反沖洗時長19 min，采用氣水聯(lián)合反沖洗，濾罐運行過程中逐組進行反沖洗。其中，水反沖洗強度為4 L/（m2·h），氣反沖洗強度為25 L/（m2·h），反沖洗水量≤3%[2]。主要設(shè)備包括4 套反沖洗離心泵（Q=25 m3/h）、2 套羅茨鼓風(fēng)機（Q=2.5 m3/min）、濾料、空壓機及干燥機系統(tǒng)。

（4）加氯加藥間

加氯加藥間主要進行絮凝劑（PAC 和PAM）、乙酸鈉和次氯酸鈉的投加，其內(nèi)設(shè)置一體化溶液箱2 套，PAC 隔膜計量泵2 臺，1 用1 備，單臺Q=1 000 L/h、H=40 m、N=0.55 kW；PAM 隔膜計量泵2 臺，1 用1備，單臺Q=350 L/h、H=40 m、N=0.25 kW；乙酸鈉投加泵3 臺，2 用1 備，單臺Q=1 000 L/h、H=40 m、N=0.55 kW。次氯酸鈉投加泵2 臺，1 用1 備，單臺Q=350 L/h、H=40 m、N=0.25 kW。

3.3 新建除臭系統(tǒng)

本工程對現(xiàn)狀的粗格柵間及提升泵房、細格柵間及旋流沉砂池、貯泥池、污泥濃縮脫水一體機的臭氣源進行加罩收集，罩體材質(zhì)為“PC 耐力板+不銹鋼骨架”。在現(xiàn)狀貯泥池南側(cè)設(shè)置1 座除臭生物濾池[3]來集中處理各構(gòu)筑物的臭氣，該濾池處理能力12 000 m3/h，尺寸為6.7 m×5.0 m×2.6 m，離心風(fēng)機2 臺（1 用1 備），單臺參數(shù)為Q=12 000 m3/h，P=2 200 Pa，N=15 kW。工藝流程為臭氣→臭氣收集管道系統(tǒng)→離心風(fēng)機→一體化除臭生物濾池→出氣。臭氣經(jīng)處理后的排放氣體濃度在廠界執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 運行效果分析

本工程于2020 年11 月竣工驗收，投運后進水水質(zhì)滿足設(shè)計要求，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到西安市地表水準(zhǔn)IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 工程運行后出水水質(zhì)（2021 年1 月份和2 月份數(shù)據(jù)） 單位：mg/L

5 結(jié)論

（1）提標(biāo)改造后，污水廠的出水由一級A 標(biāo)準(zhǔn)提高到西安市地表水準(zhǔn)IV 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排入涇河的CODcr可減少73 t/a，BOD5可減少14.6 t/a，TN 可減少10.95 t/a，TP 可減少0.73 t/a。因此，本工程的實施將有效削減排入涇河的污染物負荷，有助于實現(xiàn)城市供排水的良性循環(huán)和保障涇河沿線居民飲用水安全。

（2）本工程將新增的中間提升泵房、高效沉淀池、反硝化深床濾池、加氯加藥間設(shè)置于深度處理車間內(nèi)，選用簡單緊湊的一體化設(shè)備，使得施工周期短，占地面積較小，緩解了污水廠用地緊張的問題。

（3）提標(biāo)改造后污水廠全年新增的藥耗：混凝劑PAC 年耗量為93.12 t，助凝劑PAM 年耗量為3.83 t。電耗為1.24 度/m3，單位水量處理成本為1.21 元/m3，單位水量處理運行成本為0.83 元/m3。