準地表Ⅲ類水標準的城鎮污水廠改擴工程設計

陳 杏，鄭志彬，彭彩霞

（1.廣東省廣業裝備科學技術研究院有限公司，廣州 510700；2.廣東省環境保護工程研究設計院有限公司，廣東 廣州 510062）

引 言

近年來，生活污水排放量隨著城鎮人口迅速增長而逐年增加，廣東省某污水處理廠的處理能力已經不能滿足污水水量規模要求，又因污水廠受納水體為地表水Ⅱ類水體，且受納水體現狀環境容量嚴重不足，根據政府部門和相關專家評定，要求污水廠出水標準執行國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級標準（A標準）、廣東省《水污染物排放限值》DB44/26-2001中城鎮二級污水處理廠第二時段一級排放標準及《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中Ⅲ類水體（總氮除外）標準要求的較嚴值。因此，本項目需要對現有污水處理廠同步進行提標和擴容[1]。

1 污水廠現狀

廣東省某污水處理廠現狀設計處理規模為3×104m3/d，進水主要為城市生活污水，市政管網現狀以合流制為主，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，預留建設用地31畝。項目采用“預處理+AAO微曝氧化溝+高效濾池+紫外消毒”工藝，設計出水標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A排放標準及廣東省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）中第二時段一級標準的指標的較嚴值[2]。改造前工藝流程圖，見圖1 。

圖1 改擴建前工藝流程圖

主要工藝參數為：預處理工藝主要包括粗格柵及提升泵站、細格柵及旋流沉砂池。粗格柵及提升泵站配置回轉式粗格柵2臺（b=10 mm），污水提升泵3臺（Q=1 000 m3/h，H=14 m）。細格柵及旋流沉砂池配有兩臺轉鼓細格柵（b=5 mm）旋流沉砂器2臺。二級生化系統采用微曝氧化溝工藝，分兩組，單組總有效容積8 850 m3，厭氧池停留時間1.7 h，缺氧池停留時間3.4 h，好氧池停留時間9.0 h。氧化溝出水到二沉池，設兩座，單池直徑30 m，平均表面負荷0.88 m3/ m2·h。深度處理采用過濾工藝，采用高效纖維濾池工藝，水力負荷5.5 m3/ m2·h[3]。

目前，污水處理廠現狀處理水量已滿負荷，在部分時段有超負荷運行情況，出水水質均達標。污水廠現狀設計進出水水質及運行情況，見表1。

表1 原設計進出水水質及運行數據表

2 改擴建設計的水量及水質

本項目設計水量根據預測確定改擴建工程總規模為 6×104m3/d。設計進出水水質，見表2。

表2 設計進出水水質表

3 主要工藝選擇

根據污水廠現狀工藝及運行現狀，通過對比現狀進出水指標及出水水質要求，考慮城鎮污水管網在不斷建設完善中，我們將CODCr、氨氮及總磷作為重點指標，其它指標作為次要指標來考慮污水處理工藝。

針對CODCr及氨氮指標的去除，主要考慮二級生化處理及深度處理工藝強化處理效果。對于總磷指標而言，生化處理效果很難處理達標，因此在生化沉淀后通過化學加藥除磷和過濾去除。

3.1 二級生物處理工藝選擇

二級處理采用生化處理系統，主要去除CODCr、BOD5、氨氮、總氮、總磷等指標，根據現狀進水水質指標波動較大的特點，且CODCr進水有超出原設計進水水質指標的情況。本項目二級生物處理工藝考慮強化對CODCr、BOD5及氨氮的去除，應選用抗沖擊負荷，出水穩定，處理效果好的生化工藝。通過對多種工藝對比分析，綜合考慮工程投資、占地面積、運行費用、運行管理，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、總磷為重點指標。考慮到僅靠現有設計的二級生化系統穩定達到CODCr、氨氮的出水要求，選用對CODCr、氨氮均具有很好去除效果的曝氣生物濾池工藝對CODCr、很難將氨氮進一步去除。

為了達到TP≤0.2 mg/L的出水要求，單純依靠生物除磷是很難達到的，應采用加藥除磷沉淀和過濾的組合工藝，本工程選用工藝應用成熟、處理效果好的高效沉淀池和超濾膜過濾組合工藝，確保出水達標排放。本項目改擴建工藝流程圖，見圖2。主要工藝段去除率，見表3。

表3 污水廠去除率表

圖2 改擴建工藝流程圖

4 主要構筑物工藝設計

4.1 預處理單元

污水廠預處理系統原有設計已經預留遠期處理能力，除在提升泵站增加污水提升泵3臺（Q=1 000 m3/h，H=14 m）外無需其余改造。

4.2 A/A/O微曝氧化溝

廠區原有一期、二期均采用A/A/O微曝氧化溝工藝，為了便于運營管理，擴容工程也采用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、出水優質等特點。本項目擴容工程設置兩組生化池并聯，單組設計處理規模19 500噸/天（考慮后段工藝清洗廢水回流），設置厭氧區、缺氧區、好氧區，停留時間分別為1.8 h、3.5 h、7.6 h，設計污泥濃度為3.5 g/L，污泥負荷為0.10 kgBOD/（kgMLSS·d）。每組在厭氧區及缺氧區分別設置潛水推流器各1臺，好氧曝氣區采用可提升膜管式微孔曝氣器，在非曝氣區設置潛水推流器2臺，以保證污水循環流動及泥水充分混合，同時在缺氧區及好氧區之間設置回流堰門，設計混合液回流比為300%，污泥回流比為100%。設計氣水比為6.0。附屬風機房配置好氧空氣懸浮鼓風機3臺（2用1備），設備參數：Q=60 m3/min，H=0.07 m[5]。

4.3 二沉池

廠區原有一期、二期二次沉淀池利舊，擴容工程新建2座二次沉淀池，單組設計處理規模19 500 m3/d，沉淀區內徑為35米，表面負荷為0.85 m3/m2·h，配置中心傳動單管吸泥機及附屬設備各一套。

4.4 中間泵站及曝氣生物濾池

本項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構。其中中間泵站設計位于地下，設計處理規模為68 300 m3/d，設計有效容積12 00 m3，池深5米停留時間25 min。主要配置潛水提升泵3臺（2用1備），設備參數：Q=1 450 m3/h，H=12 m。

曝氣生物濾池設計分為6格，并聯運行，單格面積96 m2，平均處理流量475 m3/h，平均水力負荷4.94 m3/（m2·h），強制濾速5.93 m3/（m2·h），氨氮負荷0.2 kg/（m3·d），空床停留時間30分鐘，反洗周期為48 h。主要配置曝氣鼓風機7臺（6用1干備），設備參數：Q=9.2 m3/min，H=8 m，反洗鼓風機3臺（2用1備），設備參數：Q=46 m3/min，H=8 m。配置碳源加藥系統一套。另設清水池、廢水緩沖池并附屬配套設備。預留碳源投加系統，按照實際運行情況投加，設計每年投加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構，設兩組并聯運行，混凝反應池反應時間3 min，投加35 ppm的PAC，絮凝反應池反應時間8 min，投加0.5 ppm陰離子PAM，反應池內分別安裝N=5.5 kW，N=7.5 kW的攪拌機各2臺。沉淀池邊長為12 m，沉淀區寬10.6米，表面負荷9.8 m3/m2·h。沉淀池安裝刮泥機共2臺，設置排泥泵和污泥回流泵共6臺互為備用，4臺使用，2臺備用，污泥回流比3～5%。配置加藥系統一套。

4.6 超濾膜系統

本項目膜車間采用框架結構，地下設置鋼筋混凝土結構水池進水池及產水池，一層布置膜系統配套設備，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。超濾膜系統總進水量為66 480 m3/d，總產水量為60 000 m3/d設置外置式超濾系統20組，單組系統設置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，設計膜通量為45.2 L/m2·h，最大膜通量為47.7 L/m2·h。膜前設置袋式保安過濾器，過濾精度為5 μm。設計有效產水時間20小時，采用錯流過過濾方式運行，錯流比為3%。運行周期為42分鐘，按產水40分鐘，氣洗30 s，反洗60 s，正洗30 s運行。配置進水泵22臺（20用2干備），設備參數：Q=175 m3/h，H=25 m。袋式保安過濾器20套，氣洗及反洗系統、加藥系統及化學清洗系統各一套。

4.7 脫水機房

原有污泥脫水系統處理量趨飽和，本次提標和擴容產生的污泥擬新建污泥板框脫水機系統進行處理，設計新增污泥量為5.5 tDS/d，污泥含水率為60%。配置高壓隔膜板框壓濾機3套（2用1備），設備參數：過濾面積150 m2，濾室容積3.5 m3[6]。

5 工藝運行效果

本項目改擴建完成后日均處理規模為5.5×104m3/d，進水濃度略有降低，出水穩定達標，項目建成后進出水水質，見表4。

表4 改擴建出水水質表

6 項目的經濟情況分析

6.1 項目建設投資

本項目改擴建工程建設投資14 888萬元，其中土建工程7 398萬元，設備購置費5 358萬元，安裝費2 132萬元。占地面積60畝，其中改擴建工程用地31畝。

6.2 運行成本分析

本項目運行成本主要由電費、藥劑費、人工費用、維修費用、污泥運輸處置費用構成，按全年運行365天計。按滿負荷測算，噸水電耗0.822度，年運行電費1 079.5萬元；藥劑費1 059萬元；污水廠人員編制34人，年人工費用272萬元；設備維修費用150萬元/年；超濾膜按5年更換測算折舊費用200萬元/年；污泥運輸處置費用按500元/噸計算，年處置費用433.44萬元；日常辦及其它費用165.94萬元/年；合計年運行費用3 484.76萬元，噸水處理費用1.59元。

7 結語

本工程在工程新增占地面積較小的情況下，充分利用原有設施，使該廠出水水質大幅度提高并將規模由3×104m3/d提高至6×104m3/d。本污水處理廠改擴建項目二級處理采用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過濾系統”組合工藝，在保證出水水質穩定達標的前提下，充分利用或改造現有設施，節約了工程投資，突出了環境和經濟效益，對出水要求較高，需要達到地表水環境標準的環境敏感區域的市政污水廠，改擴建的項目設計具有一定的參考意義。