大型污水處理廠擴建工程關鍵節點的設計

王彬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

大型污水處理廠擴建工程關鍵節點的設計

王彬

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

前鋒凈水廠位于廣州市番禺區，已建規模20萬m3/d，其擴建三期工程設計規模為20萬m3/d，屬于廣州市重點工程。根據服務范圍內污水水質變化不確定的特點，擴建三期工程采用“多模式AAO生物反應池+矩形周進周出二沉池+砂濾池+次氯酸鈉消毒”組合工藝路線。處理后的尾水達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A出水標準和廣東省地方標準《水污染排放標準》（DB44/26-2001）一級標準的較嚴值。現詳細介紹該工程的工藝流程、進出水水質指標、主要構筑物的設計參數及工藝特點。

多模式AAO工藝；污水處理廠；脫氮除磷；廣州市

1 工程概況

前鋒凈水廠位于廣州市番禺區石碁鎮前鋒村，規劃服務范圍主要包括番禺區市橋片區、石碁片區、沙灣片區、廣州新城片區和石樓鎮南部片區，以及東環街和南村鎮部分區域，總服務面積184.90 km2，規劃遠期2020年總規模60萬m3/d，已建規模20萬m3/d，其擴建三期工程設計規模為20萬m3/d。處理后的尾水達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A出水標準和廣東省地方標準《水污染排放標準》（DB44/26-2001）一級標準的較嚴值，排放至市橋水道。

該項工程于2014年8月開工，目前正在建設過程中。

2 設計水量及設計水質

2.1 設計水量

根據廣州市污水規劃，前鋒凈水廠規劃總規模為60萬m3/d，一、二期工程現狀總處理規模為20萬m3/d。結合近、遠期排水體制，通過綜合用水量預測法、分類單位用水量指標預測法對前鋒污水系統內的污水量規模進行雙重預測和復核，確定前鋒凈水廠三期擴建工程設計規模為20萬m3/d。

2.2 設計進水水質

結合珠江三角洲地區污水處理廠的水質特點，以及前鋒凈水廠一、二期2011年至2013年進水濃度情況，考慮最近前鋒凈水廠水質上升的因素和番禺區等納污范圍分流制建設的快速發展，適當留有發展余地，前鋒凈水廠擴建三期工程進水水質設計值具體如下：

化學需氧量（CODcr） 160～280 mg/L；

生化需氧量（BOD5） 60～140 mg/L；

懸浮物（SS） 160～250 mg/L；

總氮（TN） 25～35 mg/L；

氨氮（NH3-N） 17.5～25 mg/L；

總磷（TP） 4～5 mg/L。

2.3 設計出水水質

前鋒凈水廠尾水排入市橋水道，根據《番禺區環境保護規劃》規定，市橋水道功能區劃為綜合用水功能區，執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002)的IV類標準。為保護番禺區的水環境，完善番禺區的污水處理系統，實現廣州市與番禺區進一步改善區域水環境，消除水污染的目標，根據環保要求，前鋒凈水廠三期擴建工程執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準與《廣東省水污染物排放限值標準》（DB44/26-2001）第二時段一級標準的較嚴值，即主要設計出水水質為：

化學需氧量（CODcr）≤40 mg/L；

生化需氧量（BOD5） ≤10 mg/L；

懸浮物（SS） ≤10 mg/L；

總氮（TN） ≤15 mg/L；

氨氮（NH3-N） ≤5 mg/L（水溫＞12°）；

氨氮（NH3-N） ≤8 mg/L（水溫≤12°）；

總磷（TP） ≤0.5 mg/L；

糞大腸菌群數 ≤103個/L。

3 工藝設計方案

3.1 污水處理工藝

3.1.1 污水處理工藝的針對性選擇

前鋒凈水廠是一座較大規模的污水處理廠，所采用的工藝必須是成熟、可靠的，同時也要考慮工藝的先進性、運行的穩定性、調整的靈活性和出水的安全性。

分析前鋒凈水廠擴建三期工程的進水水質特點，近階段污水處理廠進水主要為合流制污水，呈現低碳高氮磷的水質特性，可以預測在污水廠建成運行后，旱季和雨季的污水水質變化幅度大將是一個不可避免的問題，因此在工藝選擇中應充分考慮處理工藝能夠適應水質大幅度變化，尤其是要適應在低水質濃度時能夠達標排放。通過方案比選，前鋒凈水廠采用多模式AAO污水處理工藝。

多模式AAO污水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工藝運行，在提高處理效果基礎上，保證工藝可靠性。因此對進水水質變化的適應性，對出水水質達標的保證性、運行靈活性要更好。

3.1.2 污水處理工藝的運行模式

多模式AAO工藝可以形成以下幾種運行模式。

3.1.2.1 模式1——常規AAO法

污水依次流經厭氧、缺氧、好氧區，混合液回流至缺氧區，二沉池污泥回流至厭氧區，形成常規AAO法。

常規AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖1所示。

圖1 常規AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

3.1.2.2 模式2——倒置AAO法

污水按一定比例分別進入缺氧區和厭氧區，混合液及二沉池污泥均回流至最前端的缺氧區，形成倒置AAO法。該運行模式進水亦分兩部分，大部分至缺氧區，小部分至厭氧區，位于最前端的缺氧區微生物可充分利用進水中豐富的碳源反硝化回流混合液和污泥帶來的硝酸鹽氮，從而起到強化脫氮的效果。

倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程詳見圖2所示。

3.1.3 污水處理工藝流程

為了應對進水水量和水質的變化，擴建三期工程工藝采用“多模式AAO生物反應池+矩形周進周出二沉池+砂濾池+次氯酸鈉消毒”組合工藝路線，污水處理工藝流程見圖3所示。

圖2 倒置AAO生物脫氮除磷處理工藝流程圖

圖3 污水處理工藝流程圖

3.2 污泥處理工藝

前鋒凈水廠擴建三期工程剩余污泥量為26 tDs/d，化學污泥量為2.7 tDs/d，總污泥量為28.7 tDs/d。

前鋒凈水廠擴建三期工程污泥處理的設計界面至儲泥池(含池體及相關設備等)，儲泥池出來的污泥接至廠區內已建的污泥深度脫水車間進行統一處理，脫水的污泥（污泥含水率≤60%）外運進行統一處理。

4 總平面設計特點

前鋒凈水廠總用地面積約20 hm2，擴建三期工程的建設用地位于污水廠內東側和南側的預留用地，被廠區中部現狀高壓電線分為兩塊，用地形狀不規則，同時還需要考慮一、二期排放標準升級工程預留用地，以及高壓電線避讓和規劃建筑限制線，因此擴建三期工程實際用地面積僅為7.87 hm2，用地十分緊張。

前鋒凈水廠擴建三期工程在平面布置中充分利用地形按工藝系統布置各功能區塊，本著節約用地的原則，盡量采用集約化布置，二沉池采用出水穩定、場地利用率高的矩形周進周出二沉池，同時與AAO生物反應池合建，使得整個廠區平面布置緊湊，實現了最節省用地的目的；同時將一、二期排放標準升級工程預留用地布置在廠區中部，靠近已建一、二期構筑物，減少水頭損失，便于運行管理。

5 主要工程設計

5.1 粗格柵進水泵房

粗格柵進水泵房共1座，設計規模為20萬m3/d。

粗格柵與進水泵房合建，平面尺寸24.0 m× 13.0 m，池深11.6 m。粗格柵采用B=2.2 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3.0 kW。

進水泵房配泵4臺，3用1備。單臺流量Q=1 000 L/s，揚程H=14.3 m，功率220 kW。

5.2 細格柵及曝氣沉砂池

細格柵及曝氣沉砂池共1座，設計規模為20萬m3/d。

細格柵及曝氣沉砂池采用合建型式，平面尺寸53.9 m×11.8 m，細格柵寬2.0 m，轉鼓細格柵共4套，柵隙6 mm，安裝角35°，功率1.5 kW。

曝氣沉砂池共2格，平面尺寸為30 m×11.8 m，單格凈寬4.45 m。

每格安裝鏈板式刮砂機1臺，寬B=1 000 mm，功率0.55 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，共設羅茨風機3臺（2用1備），單機風量1 100 m3/h，風壓4.0 m，功率22 kW。

5.3 生物反應池

生物反應池采用多模式AAO工藝，共2座，與二沉池合建，單座設計規模為10萬m3/d，每座分2組池。

根據周邊環境要求高的特點，在全廠范圍對有惡臭產生的構筑物采用了加蓋除臭工藝，結合生物反應池頂加蓋的情況，在生物反應池池頂上采用綠化覆土，既提高了壓重，減少了大型水池需抗浮的樁基工程量，又可使廠區的綠化覆蓋率超過50%，改善了廠區的工作環境。

單座AAO生物反應池平面尺寸為97.8 m× 81.0 m，每座AAO池分厭氧區、缺氧區和好氧區。厭氧區停留時間1.5 h，缺氧區停留時間3.0 h，好氧區停留時間7.5 h，總水力停留時間12.0 h，設計有效水深為7.0 m。高峰時供氣量為43 333 m3/h，氣水比為5.2∶1，污泥外回流比為25%～100%，混合液回流比為50%～200%。

兩組池共用一條進水渠，在第一格和第三格各設置一個進水點，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，可實現對生物反應池的超越。

每組池設一條混合液配水渠。在第一格和第二格各設一進水點，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。

每池空氣管形成環狀，并設有電動調節閥，可通過電動調節閥對好氧池內DO進行控制，對生物脫氮及節能都有效果。

同時，為了滿足除磷加藥需要，在生物反應池出水堰后設置了加藥混合池和絮凝池。

5.4 二沉池

二沉池共2座，采用矩形周進周出形式，與AAO生物反應池合建，單座設計規模為10萬m3/d，每座分8格。

單座二沉池平面尺寸為61.7 m×81.2 m，每格池寬為9.8 m，池長為55 m，水深為4.5 m，設計高峰表面負荷為1.23 m3/m2.h。每格二沉池安裝有鏈板式刮泥機1套，設備寬度為7.0 m。

5.5 中間提升泵房

中間提升泵房共2座，單座設計規模為10萬m3/d。中間提升泵房平面尺寸10.50 m×8.0 m，池深4.8 m。每座中間提升泵房配泵4臺，3用1備。單臺流量Q=500 L/s，揚程H=7.2 m，功率75 kW。

5.6 砂濾池

砂濾池共2座，單座設計規模為10萬m3/d。單座砂濾池平面尺寸59.43 m×33.93 m，分為12格，雙排布置，單格面積為59.86 m2。采用石英砂濾料。反沖洗方式為氣水反沖，布水布氣系統采用ABS長柄濾頭。反沖水由沖洗水泵提供，反沖氣源由鼓風機提供。

每格濾池設300 mm×500 mm進水閘門1只，DN300清水出水閥門1只，DN350反沖水閥門1只，DN200反沖氣閥門1只，均采用氣動執行裝置。為保證濾池恒水位等速過濾，DN300清水出水閥門采用調節閥門。由濾池內水位控制開啟度。

濾池布置形式為中間設管廊，兩側分別設置6格濾池，控制室設于濾池端部。濾池單格平面凈尺寸為8.855 m×6.76 m，濾池深2.7 m。

鼓風機房及反沖洗水泵房合建，位于濾池端部。鼓風機房內設鼓風機6臺，4用2備。每臺鼓風機出口設DN150安全閥、單向閥、氣動閥門各1只，另設有DN100旁通閥一只。反沖洗泵房內設臥式離心泵6臺，4用2備。每泵進水管上設手動閥門1只，口徑為DN350；出水管上設手動閥門、氣動閥門各一只，口徑為DN300。鼓風機房及反沖洗水泵房的二層設有MCC室、控制室。鼓風機房下層設有反沖洗水調蓄池，平面尺寸11.0 m×8.0 m，水深3.5 m。

5.7 加氯接觸池

加氯接觸池共1座，設計規模為40萬m3/d，平面尺寸為47.3 m×37.5 m。設6條廊道，單條廊道寬6.0 m，長48 m，有效水深為5.0 m，設計停留時間為31 min。

5.8 鼓風機房

鼓風機房共1座，平面尺寸為41.5 m×14.4 m，設計規模為20萬m3/d。

鼓風機采用節能高效的磁懸浮離心鼓風機，鼓風機房內共設風機5臺，單機風量180 m3/min，風壓8.3 m水柱，功率300 kW。

5.9 加氯加藥間

加氯加藥間共1座，平面尺寸為41.5 m×14.4 m，設計規模為20萬m3/d。投加次氯酸鈉至加氯接觸池消毒，保證出水糞大腸菌群數穩定達到出水標準要求，投加PAC至擴建三期AAO生物池出口反應段，保證出水TP達到出水標準要求。次氯酸鈉加藥量為10 mg/L，混凝劑PAC加藥量為20 mg/L。

5.10 儲泥池

儲泥池共1座，平面尺寸為24.35 m×12.0 m，設計規模為20萬m3/d。剩余污泥量為26 tDs/d，進泥含水率99.3%，化學污泥量為2.7 tDs/d，進泥含水率為99.3%。總污泥量為28.7 tDs/d，污泥總體積4 100 m3/d，停留時間為6.7 h。

5.11 再生水回用

為促進社會經濟可持續發展，有效緩解水資源缺乏，充分體現“循環經濟”理念，該項工程近期設置一座中水回用泵房，設計規模為3 600 m3/d，滿足廠區各構筑物的生產用水、道路沖洗用水及綠化用水等，從而有效地達到節水的目的。同時在現狀綜合樓的東北側預留了遠期再生水回用配套設施建設用地，可考慮用于污水廠附近的工業企業，主要作為循環冷卻水的補充用水。

5.12 除臭工程

前鋒凈水廠位于GB3095二類區，根據《環境影響報告書》，執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）二級標準和《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）二級標準中的嚴者。

該項工程在全廠范圍內對有惡臭產生的構筑物采用了加蓋除臭，體現了循環經濟、環境友好的設計理念。需除臭的構筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、AAO生反池及儲泥池，對上述臭氣源采用加蓋密封、負壓吸引、分區集中除臭的方案。污水處理廠除臭分為預處理區、生化處理區及污泥處理區三個系統。綜合考慮運行管理的方便，以及運行成本等因素，采用模塊式生物組合濾池除臭工藝。

6 結語

（1）前鋒凈水廠規劃遠期2020年總規模60萬m3/d，已建規模20萬m3/d，該項擴建三期工程設計規模為20萬m3/d，處理后的尾水達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A出水標準和廣東省地方標準《水污染排放標準》（DB44/26-2001）一級標準的較嚴值。

（2）根據服務范圍內污水水質變化不確定的特點，擴建三期工程工藝采用“多模式AAO生物反應池+矩形周進周出二沉池+砂濾池+次氯酸鈉消毒”組合工藝路線，確保出水可穩定達到一級A排放標準。

（3）擴建三期工程克服用地困難，集約化布置，合理布局，使得整個廠區平面布置緊湊，實現了最節省用地的目的。

（4）全廠范圍對有惡臭產生的構筑物采用了加蓋除臭工藝，體現了循環經濟、環境友好的設計理念。

X703.1

B

1009-7716（2016）05-0126-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.035

2016-02-22

王彬（1974-），男，江蘇寶應人，高級工程師，從事給排水工程設計工作。