東港污水處理廠三期工程混合污水處理設計

沈 勇

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

南通市東港污水處理廠三期工程位于南通市港閘區，位于現有一、二期工程（5萬m3/d）東側，具體位置為永興路以東、興泰路以西、沿江路以北的圍合地塊內。東港三期工程總規劃用地面積約為28.31 hm2，其中近期規劃用地面積約為17.5 hm2。

東港污水廠三期工程污水采用多模式AAO工藝，出水需達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準之后通過尾水排放管排入2.5 km之外的華能電廠溫水排水渠，最終排入長江。工程于2013年3月開始施工，即將于2014年6月建成通水。

2 工程規模

2.1 規劃年限與污水水量

根據《南通市城市總體規劃》和正在修編過程中的《南通市排水專業規劃》，該工程服務范圍為南通市港閘片區，服務年限近期為2015年，遠期為2020年。

通過綜合生活污水量預測以及工業廢水量預測，最終確定東港污水處理廠2015年建設規模為15萬m3/d，2020年建設規模為30萬m3/d。已建東港污水處理廠一、二期工程設計規模為5萬m3/d，因此，確定三期工程設計規模為10萬m3/d，遠期設計規模為25萬m3/d。

2.2 設計進、出水水質

東港污水處理廠三期工程進水水質根據服務范圍內的水質分析以及一、二期工程實際水質確定，出水水質需達到國家一級A標準，主要設計進、出水水質見表1。

表1 主要設計進、出水水質

3 工藝設計方案

3.1 進水特點

東港污水廠的主要服務區域為南通市港閘區，該區是南通市以工業為主、現代服務業為輔、城市居住相配套的重要組團，下轄唐閘鎮街道等數個街道以及省級經濟開發區——港閘經濟開發區，因此，東港污水廠進水不是純粹的生活污水，而是包含了較大比例的工業廢水。根據給水資料預測，東港污水廠一、二期工程現狀納管污水量為57 500萬m3/d，其中納管的生活污水和工業廢水比例為27∶73，而根據港閘區人口和用地的規劃預測，東港三期進水中，生活污水和工業廢水比例為40∶60。

由于東港三期工程的進水是生活污水及工業廢水的混合廢水，且其中工業廢水所占比例較高，因此，進水水質具有如下特點：（1）進水水質濃度較高，污染物濃度總體較一般生活污水濃度高；（2）進水中溶解性難生物降解COD（S）I較高，經過取樣測試，SI值占進水COD比例基本維持在20%左右；（3）污水可生化性較差，B/C比、C/N比均較低。

3.2 污水處理工藝

針對東港污水處理廠的進水特點，同時考慮到尾水需達到一級A的高出水標準，東港污水處理廠工藝方案針對其水質特點進行優化選取。

3.2.1 前處理

前處理：設置水解酸化池及中沉池。

東港污水廠一、二期設置了水解酸化池，多年的運行數據表明：設置水解酸化池，不僅可去除部分污染物（包括S）I，降低后續生物處理的負荷，有助于提高系統的抗沖擊性和降低混凝沉淀的加藥量，而且可有效提高污水的B/C，緩解后續脫氮除磷的碳源不足，因此，該工程前處理設置水解酸化池及中沉池。

3.2.2 污水處理

污水處理：采用多模式AAO工藝。

東港污水廠處理廠三期擴建工程是一座大型污水處理廠，所采用的工藝必須是成熟可靠的。隨著廠外管網的不斷完善和社會的發展，進水水量和水質會隨之發生變化，也需要考慮工藝的先進性、運行的穩定性、調整的多樣性和出水的安全性。

經過方案比選，該工程采用多模式AAO生物脫氮除磷處理工藝，可以根據進水水量、水質特性和環境條件的變化，靈活調整運行模式，既可按常規AAO工藝運行，也可按倒置AAO或強化脫氮改良AAO法工藝模式運行，在提高處理效果基礎上，保證工藝可靠性。

（1）多模式AAO處理工藝功能分區

該工程推薦采用的多模式AAO工藝功能區布置詳見圖1。

圖1 多模式AAO功能分區布置圖

（2）多模式AAO處理工藝運行模式

多模式AAO工藝可以形成以下幾種運行模式。

a.模式1——常規AAO法

以下為常規AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

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。

常規AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖2。

圖2 常規AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

b.模式2——倒置AAO法

以下為倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

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。

倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖3。

圖3 倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

c.模式3——強化脫氮改良AAO法

強化脫氮改良AAO工藝是根據國際先進的O/A理念而提出的新工藝，O/A理念由OXIC（好氧）/ANOXIC（缺氧）二段組成，應用后置反硝化，并吸收傳統多點進水AAO工藝（Step Feeding）的優點，對進水碳源進行合理分配，采用前置硝化+后置反硝化，使整個系統的TN去除達到最佳。

以下為強化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝運行模式。

調整污水進入點，污水從①進入厭氧池，厭氧池出水按比例從②、④分別進入缺氧池Ⅰ和缺氧池Ⅱ，污泥外回流從①進入厭氧池，混合液回流從②進入缺氧池Ⅰ，形成了強化脫氮改良AAO法。

強化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖4。

圖4 強化脫氮改良AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

（3）多模式AAO工藝的技術優勢和特點

多模式AAO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，其技術特點總結如下。

a.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。可通過堰門、閘門的不同開啟狀況靈活方便地實現常規AAO、倒置AAO和強化脫氮改良AAO工藝的轉換。

b.同時通過對進水不同位置堰門的流量分配，達到碳源合理分配的目的。

c.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。

d.整個生物反應池布置簡潔，分區明確，池數適中。對稱布置，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。

3.2.3 深度處理

深度處理：采用混凝沉淀+過濾工藝，活性炭投加作為保障措施。

由于進水中溶解性難生物降解COD（S）I較高，二級生物處理對SI的去除效率很低，該工程考慮對二級出水進一步混凝沉淀過濾。經采樣并實驗分析，對二級出水進一步混凝沉淀，最多可去除COD約20 mg/L。

“水解+生化+混凝沉淀”工藝流程可有效處理東港污水處理廠的進水，但是考慮到污水廠水質變化較大，該工程考慮設置活性炭投加裝置作為水質保障的應急措施。

3.3 污泥處理工藝

東港污水處理廠三期工程污泥處理以減量化為主，污泥經濃縮脫水處理后（污泥含水率小于70%），與污水廠一、二期工程產生的污泥一起外運至觀音山電廠焚燒處置。

經計算，東港污水處理廠三期工程10萬m3/d規模污水廠產生的剩余污泥及化學污泥總量為28 250 kg/d，濕污泥量為94 t/d（含水率70%）。

考慮到該工程脫水后污泥含水率需要小于70%，帶式壓濾機和離心機均無法滿足要求，從處理效果、工作場所環境、設備運行的穩定可靠性、工程投資、經常費用、運行維護、工程實例等各方面綜合比較，該工程污泥脫水推薦采用重力濃縮+板框脫水機處理工藝。

污泥處理工藝流程詳見圖5。

圖5 污泥處理工藝流程圖

3.4 污水廠工藝流程

東港三期工程處理流程如圖6所示。

圖6 東港污水處理廠三期工程處理流程圖

4 工程設計

（1）粗格柵及進水泵房

三期工程設置粗格柵及進水泵房1座，土建按遠期25萬m3/d規模建設，設備按12.5萬m3/d配置。粗格柵與進水泵房合建，平面尺寸為23.7 m×22.6 m，地下埋深8.70 m。粗格柵采用B=1 600 m鋼絲繩牽引式格柵除污機 2 套，柵隙20 mm，安裝角度為75°，功率為2.2 kW。進水泵房近期設4臺潛水離心泵（3用1備），2臺變頻，遠期增加4臺。單臺流量為630 L/s，揚程為14.4 m，功率為150 kW。

（2）細格柵及曝氣沉砂池

細格柵及曝氣沉砂池采用合建型式，近期共1座，設計規模為12.5萬m3/d，平面尺寸為55.6 m×10.8 m。細格柵寬1.8 m，轉鼓細格柵共3套，柵隙6 mm，安裝角35°，功率1.5 kW。曝氣沉砂池共2格，單格凈寬4.0 m，設計有效水深3.0 m，有效長度24 m。每格安裝鏈板式刮砂機1臺，寬B=1 000 mm，功率0.375 kW。曝氣量按0.2 m3空氣/m3污水配置，在細格柵的架空渠道下設鼓風機房間，設3臺羅茨風機（2用1備），單機風量700 m3/h，風壓4.5 m，功率15 kW。

（3）水解酸化池

三期工程設置水解酸化池2座，每座處理規模為5萬m3/d，每座分2組。水解酸化池平面尺寸為50.8 m×59.2 m，有效水深8 m，水力停留時間為10 h。水解酸化池采用完全混合式池型，每組設置4套功率為5.5 kW的推流器，使污水與污泥充分混合。

（4）中沉池

三期工程設置中沉池2座，每座處理規模為5萬m3/d。中沉池采用圓形中進周出輻流式沉淀池，單池尺寸D=42 m，有效水深H=4.0 m，中沉池高峰表面負荷為 qmax＝1.95 m3/m2·h，平均表面負荷為q＝1.50 m3/m2·h。每座中沉池配置1套D=42 m中心傳動吸刮泥機。

（5）中沉池污泥泵房

三期工程設置中沉池污泥泵房1座，服務于2座水解酸化池及中沉池，污泥泵房將中沉池污泥回流至水解酸化池，并將中沉池剩余污泥輸送至污泥濃縮池。中沉池污泥泵房平面尺寸為9.8 m×9.2 m。配置有4臺潛水軸流泵作為回流污泥泵，3用1備，其中2臺變頻，單泵流量為386 L/s，揚程為3.6 m，功率為30 kW。同時，配置有2臺潛污泵作為剩余污泥泵，1用1備，單泵流量為40 L/s，揚程為8.2 m，功率為7.5 kW。

（6）生物反應池

生物反應池采用多模式AAO工藝，近期實施1座，處理規模10萬m3。每座分2池，每池5萬m3。

1座AAO池生物反應池總平面尺寸105.9 m×103.3 m。每座AAO池中分厭、缺氧區、好氧區前段、兼性區、好氧區后段。厭氧區停留時間1.5 h，缺氧區停留時間6.0 h，好氧區前段停留時間5.9 h，兼性區停留時間為2.0 h，好氧區后段停留時間為3.1 h，總停留時間為18.5 h。生反池設計有效水深7.5 m。高峰時供氣量為36 000 m3/h，氣水比為8.6∶1，污泥外回流比為50%～100%，混合液回流比為100%～300%。

生反池進水設單獨進水渠，在厭氧、缺氧段各設置多個進水點，具體為第一、四、五格設3處進水點，配置可調堰門，根據各種不同的情況，合理分配進水量，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，可實現對生物反應池的超越。每池在第一格厭缺氧區設置2臺潛水軸流泵，可將厭氧池出水輸送至后段兼性區（缺氧工況）作為反硝化碳源。

生反池設一條混合液配水渠。在第一、第二、第三格各設一進水點，配置渠道閘門，滿足各種運行模式對混合液內回流點的要求。每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。

厭、缺氧區采用完全混合式池型，通過設置24套直徑為2.5 m，功率為4.3 kW的潛水推流器使水流完全混合。兼性區通過設置8套潛水攪拌器，在缺氧工況下，滿足水力混合要求。

好氧區采用管式微孔曝氣管進行曝氣，能使曝氣器排出的氣泡直徑維持在1～3 mm，曝氣管直徑90～120 mm，管有效長度1 000 mm；有效通氣量≥12.0 m3/h·根(+20℃，101.3 kPa)。

（7）二沉池配水井

二沉池配水井按10萬m3/d規模設計，三期共1座。

每1座配水井服務4座二沉池，配水井為圓形池，內徑10 m，配水井旁設污泥泵房1座。污泥泵房內安裝剩余污泥泵3臺（2用1備），采用潛水排污泵，單泵流量40 L/s，揚程9.6 m，二沉池采用間歇排泥，每天2班，每班4 h。污泥泵房內還安裝外回流污泥泵6臺（4用2備，2臺變頻），配泵按回流比100%計，選用潛水軸流泵，單泵流量290 L/s，揚程3.7 m，水泵出水采用固定堰控制。在污泥泵房上部安裝有2 t的電動葫蘆1臺，便于水泵的安裝和維修。

（8）二沉池

二沉池采用圓形周進周出輻流式二次沉淀池，共4座二沉池座，每座處理能力為2.5萬m3/d。二沉池直徑42 m，池邊有效水深4.2 m，高峰表面負荷為 qmax＝0.98 m3/m2·h，平均表面負荷為q＝0.75 m3/m2·h。每座二沉池配置 1 套 D =42 m水平管式吸泥機，功率為2.2 kW。

（9）高效沉淀池

高效沉淀池主要作用是污水與投加化學藥劑充分混合、反應并沉淀。高效沉淀池共1座，平面尺寸為35.2 m×32.8 m，分2組，單組處理能力為5萬m3/d。每組設混合池1座，尺寸為4 m×4 m，混合時間為2.06 min，設D=2 500 mm混合攪拌器1臺；每組設反應池2座，尺寸為8 m×6 m，反應時間為16.58 min，共設D=3 500 mm絮凝攪拌器2臺；每組設沉淀池1座，尺寸為16 m×16 m，采用斜板沉淀池傾斜角度為60°，斜板長度為1.5 m，斜板間距為70 mm，斜板有效投影面積的高峰表面負荷為12.4 m3/m2·h，每座沉淀池設D=16 m濃縮刮泥機1臺。

（10）濾布濾池

三期工程設濾布濾池1座，采用外進中出全淹沒布置轉盤濾布濾池。濾池分4池并列布置，每池設置濾布過濾器1套、反洗泵2臺，高峰設計濾速≤15 m3/h·m2。為方便檢修起吊，濾池上部安裝有2 t的電動單梁懸掛起重機1臺。

（11）加氯接觸池

三期工程采用二氧化氯消毒，設加氯接觸池1座。接觸池尺寸為28 m×20.9 m，分4條廊道布置，每條廊道寬5 m，有效水深為5 m，高峰流量時停留時間為31 min。在加氯接觸池末端中設置2臺潛水泵，單泵流量為125 m3/h，揚程50 m，用于加氯間二氧化氯發生器水射器供水。同時，加氯接觸池末端還設有1套變頻氣壓自動給水設備，供水能力為150 m3/h，用于供給廠區生產沖洗用水以及綠化澆灌用水。

（12）出口泵房

三期工程處理后的尾水排入2.5 km之外的華能電廠溫水排水渠，與電廠冷卻水一起排入長江。該處長江口歷年統計最高潮位為5.13 m，故需設出口泵房，高潮位時，由泵房提升后排放，低潮位時，近期可由拍門借重力自流超越出口泵房排江。出口泵房土建設計規模25萬m3/d，設備10萬m3/d。長江最高潮位5.13 m，最低潮位-1.53 m，平均高潮位1.87 m，平均低潮位-0.09 m。

出水泵房內分為2格，共配置潛水軸流泵8套（6用2備），近期安裝 4 臺（3用1備），單泵流量Q=630 L/s，揚程3.6～9.1 m。

單格出水泵房平面尺寸17.95 m×11.70 m，出水泵房集水井設計最高水位3.20 m，最低水位1.80 m，集水井底標高-1.70 m，頂標高4.40 m。吊裝用電動葫蘆，起重量2 t，起升高度18 m。

（13）鼓風機房

鼓風機房平面尺寸為36.0 m×14.4 m，土建按25萬m3/d建設，設備按10萬m3/d配置。

鼓風機采用空氣懸浮風機，在溶解氧較高或處理量較小時通過變頻器可調整風量，降低風機能耗。鼓風機房內設6臺鼓風機，單臺風量100 m3/min，風壓8.8 m水柱。

鼓風機房設有進風廊道，安裝有帶過濾網的進風過濾器。

（14）加藥間

加藥間土建按25萬m3/d建設，設備按10萬m3/d配置。平面尺寸為30.0 m×13.8 m，主要投加藥劑包括混凝劑PAC、助凝劑PAM以及活性炭。加藥間下層為PAC原液池，上層設置3座溶液池，并配置5臺混凝劑隔膜計量泵（4用1備），遠期增加7套（10用2備），近期PAC用藥量為2 000 kg/d。助凝劑溶藥和投加裝置為成套裝置，近期配置1套，制備能力為2.1 kg/h，投加濃度為0.01%，近期PAM用藥量為50 kg/d。設置活性炭投加裝置為應急保障措施，在進水水質波動影響出水達標時投加以確保出水CODCr達標，活性炭投加裝置為成套裝置，共配置1套，投加能力為200 kg/h。

（15）加氯間

加氯間土建按25萬m3/d建設，設備按10萬m3/d配置。平面尺寸為15.6 m×9.6 m，近期安裝CLO2加氯裝置3套（2用1備），每套加氯能力為20 kg/h。

（16）污泥脫水機房及堆棚

三期工程脫水采用深度脫水工藝，設置脫水機房及堆棚1座，按10萬m3/d規模建設，尺寸為41.75 m×34.5 m。近期污泥量為28 250 kg/d，經濃縮池濃縮至含水率≤98%，污泥體積為1 413 m3/d。污泥在貯泥池中投加污泥調理劑（石灰+FeCL3）后進入脫水機房，共配置4臺板框壓濾機，3用1備，單臺板框壓濾機處理能力為Q=800 kgDS/h（以干泥量計）。板框壓濾機出泥通過皮帶輸送機輸送至污泥堆棚，最終外運至觀音山電廠焚燒處置。

5 結語

（1）東港污水處理廠三期工程設計規模為10萬m3/d，遠期規模為25萬m3/d。

（2）根據東港污水處理廠進水為生活污水與工業廢水混合污水的特點，東港三期工程采用“水解酸化+多模式AAO+混凝沉淀過濾”組合處理工藝，適應水量水質變化，確保處理出水達到一級A標準。

（3）根據污泥的減量化需求，東港三期工程采用“重力濃縮+板框脫水”工藝，脫水后污泥含水率<70%。