廈門石渭頭污水處理廠改擴建工程設計總結

龔曉露，章燃靈

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

1 污水處理廠一期現狀及存在問題

1.1 污水處理廠一期現狀

廈門石渭頭污水處理廠位于廈門市本島東部，始建于1999年，一期工程規模為10萬m3/d，規劃總規模為40萬m3/d，服務范圍為廈門本島整個東部地區。

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，現狀進廠污水量已達8～10萬m3/d，基本滿負荷運行。一期工程一座10萬m3/d規模的生物反應池，采用具有除磷功能的A/O污水處理工藝，池型采用鼓風曝氣的氧化溝形式，停留時間為4 h。

1.2 污水處理廠一期存在問題

出廠尾水N、P指標未達到一級B排放標準。其原因主要為：一方面由于一期工程生物反應池系按不具有脫氮功能的較小的污泥齡及較高的污泥負荷、且停留時間也較短的A/O工藝設計；另一方面系由于初沉池的水力停留時間較長，導致碳源的不足影響硝化與反硝化過程。

2 二期擴建與一期升級改造銜接方案

2.1 布置思路

改擴建工程的建設用地宜與現有設施緊密結合，既能與一期的現有路網貫通，又能形成一座相對獨立完整的大型污水處理廠。該工程設計時統一考慮一期工程的改造并充分利用一期已有構筑物。

擴建規劃預留用地為長方形，其北側就是居民區和污水處理廠的廠前區，而污水處理廠進水在廠區的東北面，尾水排放在廠區的東南面。考慮到該工程大型的處理規模，如果采用傳統的設計思路及模式，構筑物數量眾多，分布松散，構筑物之間聯系管道眾多，不利于廠區巡檢及管理。因此采用組團布置方式，即以10萬m3/d規模為一個組團，集中布置生物反應池和二沉池。

根據二期工程擴建時統籌考慮一期的升級改造，并對在滿足污水廠總體布局的前提下，充分利用一期已有構筑物。二期工程擬利用一期已建的粗格柵間、進水泵房、初沉池配水井、初沉池、二沉池、紫外線等構筑物，原細格柵曝氣沉砂池、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建工程設可用地為6.18 hm2，在現有圍墻西側，為長方形用地，東西長135 m，南北長約460 m，根據廠內現有格局，整個廠區由北向南可分成生物反應池區、二沉池區和污泥處理區三大區域。

污水處理區按20萬m3/d布置。泥處理區按遠期規模布置，近期服務水量20萬m3/d。通過降低噪音和除臭處理設施，將多模式A2/O氧化溝布置在二期用地的北側，二沉池布置在二期用地的中部，污泥處理區位于廠區南側，該區域遠離生活區，對周邊環境影響也不大。出水區和紫外線消毒渠位于廠區東南端，便于出水。

2.3 改擴建銜接布置方案

根據一期生物反應池竣工圖，其采用A/O工藝，構筑物分2組，有效容積為20 478 m3。其中厭缺氧區為矩形水池，有效水深5.1m，容積4 480m3，按10萬m3/d計算，停留時間為1.1 h。好氧區為完全混合廊道形，采用微孔曝氣，有效水深5.0 m，容積15 998 m3，停留時間為3.8 h。總停留時間為4.9 h。該工程根據設計進水水質和出水一級B標準，每10萬m3/d的A2/O生物反應池容積需59 200 m3（停留時間14.2 h），其中厭氧區容積6 800 m3（停留時間1.64 h），缺氧區容積20 400 m3（停留時間4.92 h），好氧區容積32 000 m3（停留時間7.64 h）。因此一期的生反池容積嚴重不足。并且按完全的A2/O工藝流程，即使處理3.6萬m3/d還需對原一期生物反應池池型做一些改造，重新分割。為了充分利用一期原有構筑物，使一、二期20萬m3/d均能達標排放，在二期工程擴建的同時，對一期生物反應池的升級改造需統籌布局。

為便于總圖布局及日常運行管理，考慮將來擴建工程的A2/O生物反應池與一期升級改造需增加池容的生物反應池合建，同時盡量減少對原一期生物反應池的改造工作量。經復核原一期生物反應池中的好氧區有效容積約15 998 m3，正好可滿足5萬m3/d的污水好氧反應（停留時間約7.6 h），原厭氧區4 480 m3，停留時間約2.2 h，可用作厭氧或部分缺氧反應池，因此只需在增加10 200 m3（停留時間約4.92 h）就可以滿足5萬m3/d生物反應池的容積。余下另建15萬m3/d生物反應池，分為3組，每組5萬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。

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

圖1為污水廠改擴建平面布置圖。

圖1 污水廠改擴建平面布置圖

3 改擴建工程設計

3.1 設計水量

石渭頭污水處理廠改擴建工程設計水量為：一期達標改造10萬m3/d，二期擴建10萬m3/d，改擴建后總規模20萬m3/d。總變化系數KZ=1.3。

3.2 設計水質

根據一期現狀水質，并為遠期水質變化預留空間，石渭頭污水處理廠改擴建工程設計進水水質為：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m3/d按相同進水水質設計。

石渭頭污水處理廠尾水執行《城鎮污水處理廠污染物排放控制標準》（GB18918-2002）的一級B標準，其中主要指標為：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，NH3-N≤15 mg/L），TP≤1.0 mg/L，糞大腸菌群數不大于104個/L。

3.3 工藝流程和工程內容

石渭頭污水處理廠改擴建工程各處理環節采用的主要工藝方案為：

（1）污水處理工藝：節能型多模式A2/O氧化溝工藝；

（2）污泥處理工藝：采用重力濃縮+機械板框脫水機；

（3）除臭工藝：采用生物除臭法。

改擴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m3/d污水經進水泵房提升后，經過改造的細格柵配水井配水，經新建細格柵及曝氣沉砂池（為減少于預處理區對周圍環境的影響，對20萬m3/d規模的細格柵及曝氣沉砂池進行集中布置，并結合原10萬m3/d細格柵沉砂池處理效果不佳的實際情況，擬將原池廢除，原2組各5萬m3/d規模的細格柵及曝氣沉砂池擴建為2組各10萬m3/d的細格柵及曝氣沉砂池，共20萬m3/d）攔截細柵渣、去除砂粒，再通過已建的初沉池去除部分SS和BOD5(當進水水質較淡時可超越初沉池)。初沉池出水井后的污水通過配水，部分通過新建的多模式氧化溝處理，部分仍利用原一期生物反應池處理，利用活性污泥，降解水中污染物。一期10萬m3/d通過已建二沉池、擴建部分通過新建10萬m3/d規模二沉池，將曝氣后混合液進行固液分離。最后經紫外線消毒池（一期已建，二期土建已建）進行滅菌處理，統一排放水體。在新建氧化溝和已建生反池出水區域預留輔助化學除磷措施，在碳源不足的情況下通過加藥，實現磷的達標排放。預留碳源投加系統，在進水水質碳源不足的情況下，還可以通過投加碳源增強生物反應能力。

3.4 多模式氧化溝設計

結合一期生反池改造，該工程節能型多模式氧化溝分三個區域，分別為配水區、多模式氧化溝和厭缺氧池。

配水區主要實現20萬m3/d進水的均勻分配。設進水堰門，堰后進水分別至每組5萬m3/d進水渠。

多模式氧化溝設計規模15萬m3/d，分3組，每組處理規模5萬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條環形廊道。厭缺氧段每格方池長16.3 m，寬15 m，有效水深7.0 m，每格停留時間0.82 h，共6.56 h。每池設2臺潛水攪拌器，使池內污泥保持懸浮狀態，并且與進水充分混合。好氧段每組設4條廊道，每廊寬8 m，直線段長80 m，有效水深5.0 m，在直線段適當位置布置轉碟曝氣機，停留時間7.64 h。

每組池設一條單獨進水渠，在厭氧、缺氧段各設置多個進水點，配置可調堰門，根據各種不同的情況，合理分配進水量，同時滿足脫氮除磷對碳源合理分配的要求。進水渠末端設電動渠道閘門，關閉進水可調堰門，開啟末端渠道閘門，可實現對多模式氧化溝的超越。每組池設一條混合液配水渠，回流至缺氧區或預缺氧區，配置電動閘門，滿足各種運行模式對混合液內回流點的要求。每組池設單獨外回流污泥渠，污泥外回流均回流至第一格，保證生物處理系統的泥量平衡。混合液回流泵布置在氧化溝的前端，每組池設3臺混合液回流泵。

厭缺氧池是為一期5萬m3/d生物反應池改造增加的，根據現狀生反池厭缺氧池停留時間為2.2 h，為考慮正置、倒置等多種工況，該池設計停留時間為4.92 h，共有6格方池，每格方池長16.3 m，寬15 m，有效水深7.0 m，每格停留時間0.82 h。在該池和一期生反池之間增設進水管和內回流管滿足倒置運行工況和補充碳源。

圖3為生物反應池分區示意圖。

3.4.1 構、建筑物

類型：鋼筋混凝土矩形水池；

數量：1座，每座分4組，每組5萬m3/d可單獨運行；

圖3 生物反應池分區示意圖

總尺寸：L×B=104.7 m×202.0 m。

3.4.2 設計參數

單組5萬m3/d設計參數：

平均設計流量：2 083 m3/h；

設計最低水溫：15℃；

全池綜合污泥負荷；0.09 kgBOD5/kgMLSS·d；

好氧區污泥負荷：0.17 kgBOD5/kgMLSS·d；

MLSS；3.0 g/L；

污泥產率：0.77 kgDs/去除kgBOD5；

厭缺氧區有效水深：7.0 m；

厭氧區有效容積：3 400 m3；

厭氧區停留時間：1.64 h；

缺氧區有效容積:10 200 m3；

缺氧區停留時間：4.92 h；

好氧區有效水深：5.0 m；

好氧區有效容積：16 000 m3；

好氧區停留時間：7.64 h；

每組池子有效容積:29 600 m3；

總停留時間：14.2 h；

20萬m3/d污泥量：

剩余污泥量：21 560 kgDs/d；

剩余污泥含水率：99.4%；

化學污泥量：1 000 kgDs/d；

化學污泥含水率：99.4%；

剩余污泥總體積：3 760 m3/d。

3.4.3 流程及特點

節能型多模式氧化溝工藝可以根據進水水質的變化，運用不同運行模式來保證處理效果。提高污水處理的穩定性。有以下技術特點：

（1）通過污水和混合液進水的合理布點，可以合理選擇污水進水點和混合液回流點，實現不同運行工況。

（2）根據進水水質、水量的變化，通過調整實現不同運行工況，充分發揮各種處理工藝的特點，對污水進行有針對性的處理。

（3）整個多模式氧化溝布置簡潔，分區明確，池數適中，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，便于維護管理。

（4）氧化溝內設置潛水推流器，溶解氧高時減少轉碟開啟臺數，采用低能耗的潛水推流器推動水流，節約能耗。

3.4.4 運行方式

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

3.4.4.1 模式1——常規AAO法

調整污水進入點，污水從①進入厭氧池，污泥外回流從①進入厭氧池，混合液回流從③進入缺氧池，形成了常規AAO法（見圖4）。

圖4 常規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分別進入預缺氧池和厭氧池，污泥外回流從①進入預缺氧池進行反硝化反應，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進入厭氧區。這樣可以保證厭氧區的厭氧效果，提高系統的除磷能力。混合液回流從③進入缺氧區，形成了改良AAO法（見圖5）。

圖5 改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

在厭、缺氧池前增設了預缺氧池（選擇池），是對常規A2/O法硝化工藝缺點的改進，使污水先進入預缺氧池，同時回流污泥可以分別進入預缺氧池和厭、缺氧池。

3.4.4.3 模式3——倒置AAO法

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

圖6 倒置生物脫氮除磷處理工藝流程圖

4 結語

（1）石渭頭污水廠改擴建工程的總體構思是在二期10萬m3/d擴建時統籌考慮一期10萬m3/d的升級改造，并充分利用一期已有構筑物與設備，一、二期統一設計，有機結合，同步達到排放標準。

（2）設計時充分考慮了一、二期工程之間的過渡，構筑物內部巧妙布置了進水、出水、超越、回流等各種渠道，將停水改造的時間縮短到最小。

（3）總平面采用集約化布置，布置緊湊，功能分區明確，二期改擴建部分生產區用地僅6.18 hm2，布置了15萬m3/d完整的A2/O池和5萬m3/d厭缺氧池，污泥區按50萬m3/d規模布置，用地指標僅0.412 hm2/萬m3水，大大低于國家標準。

（4）污水處理工藝采用“節能型多模式A2/O氧化溝”工藝，具有工藝靈活和適應性強的特點，確保出水水質穩定達到一級B排放標準。

（5）該工程污水處理部分已竣工通水，目前運行效果良好。