富陽污水處理廠四期工程設計方案

萬明輝

（上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海市 200092）

0 引言

富陽污水處理廠一期工程于2001年建成運行，其設計規模為2萬m3/d，期間經過二期3萬m3/d和三期3萬m3/d的擴建，目前設計規模達到8萬m3/d，處理后尾水排入富春江。污水廠出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）中的一級B標準。

隨著富陽經濟快速發展及市政管網的不斷完善，污水量也隨之增加。同時，為了有效遏制富春江流域水體環境的不斷惡化，保障下游杭州市取水水源的水質安全，富陽污水處理廠排放標準需達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002中的一級A標準。因此，在上述背景下提出實施富陽污水處理四期擴建及提標改造工程。

1 污水廠現狀介紹

1.1 處理水量及進出水水質

富陽污水處理廠一、二、三期工程設計總規模為8萬m3/d，均采用回轉式氧化溝工藝，目前污水處理廠已基本滿負荷運行，原設計進出水水質見表1。

近兩年來污水處理廠實際出水水質頻率統計表，見表2。

表2 2011年～2012年污水處理廠出水水質頻率

從表2可知，各出水指標能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002一級B標準，但C OD、SS、T P等指標尚不能滿足一級A標準的要求。

1.2 原污水處理工藝流程

原污水處理廠采用回轉式氧化溝處理工藝，流程見圖1。

1.3 原污水廠運行狀況評述

富陽污水廠現狀運行情況良好，出水穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級B標準。但是隨著進水水質和出水水質標準的提高，現有構建筑物存在以下一些問題，需在本次工程中予以升級改造。

圖1 原污水處理工藝流程

（1）一期氧化溝前無厭氧除磷池，僅可滿足生物脫氮功能，無除磷功能。

（2）二、三期氧化溝設計規模均為3萬m3/d，設計出水水質標準都提高后，原有的池容及水力停留時間已無法滿足處理達標的要求。

（3）需增加深度處理，使 C ODcr、SS、T P 等指標穩定達到一級A標準。

（4）紫外線消毒池劑量偏低，糞大腸菌不能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002一級A標準。

（5）現有污泥處理設施容量和規模均偏小，且設備設施老化。

2 擴建及改造工藝設計[1,2]

2.1 設計水量及水質

經污水量分析與預測，污水處理廠規模為近期（2020年）14萬 m3/d，遠期（2025年）24萬 m3/d。因目前富陽污水處理廠擴建用地非常有限，周圍已無可征用土地?，F有的富陽污水廠擴建至14萬m3/d規模后，不再繼續擴建。遠期另行選址，解決污水量增加的問題。

從富陽污水處理廠近四年來的日平均數據頻率統計，按85%保證率，進水水質見表3。

表3 按保證率統計進水水質指標

從分析結果來看，進水85%保證率的C ODcr值較高，導致這一結果的原因可能是服務范圍內工、企業沒有嚴格執行相應國家標準排放廢水，目前，污水廠服務范圍內的工、企業主要為房地產、機械電子及通信、新型建材等，且排放的廢水大部分為職工生活污水。由于行業的不同，或者同行業的企業運營管理水平不同，其排放的廢水水質及水量差別較大。盡管如此，工業廢水的排放均必須滿足《污水排入城鎮下水道水質標準》（C J 343-2010）的標準要求。結合富陽市工企業分布和排水量情況，預測工業廢水的水質見表4。

表4 預測工業廢水水質

根據現狀資料，污水廠服務范圍內的生活污水與工企業廢水的比例為（55%～60%）：（45%～40%），且工企業廢水中約30%為職工生活污水，10%～15%為工業廢水。職工生活污水水質按一般生活污水水質計算，則生活污水與工業廢水的比例約為85%：15%，根據相應水質進行加權平均，結果見表5。

表5 加權修正后的水質指標

隨著管網系統的完善，居民生活用水納管率將進一步提高，且工企業納管標準的嚴格執行，C ODcr預計將逐步降低。為了保證污水廠的設計經濟合理，同時又適當留點余地，結合上述分析，確定富陽污水處理廠四期工程設計進水水質見表6。

表6 設計進出水水質

富陽污水廠排放口位于杭州城市取水口上游的特殊地理位置，污水廠排水需確保下游杭州城市取水水源的水質安全。根據浙江省環保廳和浙江省發展和改革委員會《關于印發錢塘江流域水污染防治“十二五”規劃》的通知規定，本工程尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中的一級A標準，見表7。

表7 設計出水水質

2.2 工藝方案設計

本工程設計進水指標較原指標稍高，出水指標從一級B提升至一級A，污水處理需進行全面升級。本工程對一、二、三期工程進行升級改造，延長反硝化時間以增強脫氮效果。本次設計通過對前三期氧化溝池容、設備能力及去除污染物能力進行校核，在最大程度利用現有污水處理設施基礎上，將一期氧化溝減量至1.8萬m3/d，二、三期氧化溝各減量至2.1萬m3/d，經改造后，前三期總處理量從8萬m3/d減至6萬m3/d，同時，四期擴建8萬m3/d來保證14萬m3/d總處理規模。此外，相比二、三期氧化溝，一期氧化溝缺乏除磷功能，本次改造在一期氧化溝前增設有生物除磷功能的厭氧反應池。

本工程污水處理廠設計進水水質BOD5/C ODcr=0.44，屬于較易生物降解范疇。為確保四期擴建及升級改造工程實施后出水水質的穩定，四期擴建工程采用了具有生物脫氮除磷功能的多模式倒置AA O工藝，倒置A/A/O缺氧區與厭氧區相鄰，在溫度較低，缺氧區無足夠反硝化能力時會有部分硝酸鹽帶入厭氧區，導致厭氧區體積減小，除磷效率下降。為了解決由于反硝化速率降低，硝酸鹽進入厭氧區，干擾磷的厭氧釋放。在厭氧區前增加1點進水可確保優質碳源進入厭氧區，保證除磷效果；同時污水處理工藝在分點進水倒置A/A/O工藝的基礎上增加缺氧混合液回流，這樣在冬季水溫較低的情況下，污水處理工藝可以按U C T模式運行，確保系統能夠達到較好的除磷效果。為保證脫氮效果，本工程設置碳源應急投加系統，在進水BOD5/T N較低的時候投加碳源。

目前，僅僅通過二級生物脫氮除磷工藝，很難達到一級A的排放標準，尤其是T P指標，需增加深度處理設施來保證出水穩定達標[1-2]。本工程將全廠14萬m3/d二級出水進行統一深度處理。根據現場用地條件，對沉淀、過濾、消毒工藝等進行了綜合比選，深度處理采取“高效沉淀+濾布濾池+紫外線消毒”工藝。

為了降低污水處理污泥處置運行費用，為污水處理廠污泥尋找多種可靠的出路，近期，根據與當地熱電企業簽署意向書，本工程將污泥經螺壓式濃縮機濃縮，板框壓濾機脫水，污泥含水率降至60%以下，運送至熱電廠混合焚燒。

四期擴建及提標改造工程工藝流程見圖2。

圖2 四期擴建及提標改造工藝流程

2.3 主要水處理工藝設計

2.3.1 一期構建筑物工藝設計

（1）混合池

新建混合池一座，平面尺寸為5.0 m×5.0 m，井深6.65 m。將各處進廠污水管道匯入混合池混合均質，再分配至一、二、三期已建泵房及四期新建泵房，污水性質相對統一，運行工況大體一致，便于運行管理。

（2）進水泵房及旋流沉砂池

利用原有構筑物，原規模設計2.0萬m3/d減量至1.8萬m3/d，新增細格柵（B=1.2m、b=5mm）2臺。

（3）厭氧池

本工程新建厭氧池1座，平面尺寸為26.2 m×10.0 m，有效水深4.5 m，停留時間為1.5 h。

（4）回轉式氧化溝

利用原有的2座回轉式氧化溝，對其進行減量化改造，改造后單座氧化溝處理水量為0.9萬m3/d。在缺氧區增加6臺水下推進器，保證氧化溝內的良好的推流環境。改造后水力停留時間為17.3 h。

（5）配水井及回流污泥泵站

利用原配水井及回流污泥泵站。外回流污泥回流管路切改至新建厭氧池。更換5臺回流泵（Q＝208 m3/h、H=4.5 m、N=5.5 kW）。

（6）二次沉淀池

利用原輻流式二次沉淀池。減量后處理水量為 1.8 萬 m3/d，表面負荷 0.69 m3/(m2·h)。

2.3.2 二、三期構建筑物工藝設計

（1）粗格柵及進水泵房

利用原有構筑物，經減量后，總規模由6萬m3/d減量至4.2萬m3/d，經復核，將潛污泵由原來的4用1備調整為3用2備，水泵型號不變。

（2）回轉式氧化溝

二、三期回轉式氧化溝本次進行減量化改造，改造后單座氧化溝處理水量為2.1萬m3/d，每組氧化溝減量至1.05萬m3/d。

以其中1組為例，關停緊鄰厭氧區與氧化溝連接進水管處的表曝機，將每組氧化溝中間的2段廊道改造成缺氧區，強化脫氮效果；每組更新另1臺表曝機（N=93.2 kW，充氧效率為2.0 kgO2/（kW·h)），并在2段外側廊道內各增設1臺轉刷曝氣機（直徑1.0 m，N=24 kW），以保證好氧段的供氧確保硝化。增加2套水下推進器，保證氧化溝內的良好推流環境。改造完之后的水力停留時間為19.3 h。

（3）紫外消毒池及出水泵房

廠內紫外線消毒池于污水廠三期擴建時建設，土建規模按14萬m3/d建設，設計規模8萬m3/d，設計出水標準一級B。目前運行的紫外線消毒設備已無法滿足出水一級A標準消毒的要求，本次予以更換，同時在原遠期預留的渠道再增設1套紫外線消毒設備，確保水質升級后能穩定達標，同時增加出水泵。

2.3.3 四期構建筑物工藝設計

（1）粗格柵及進水泵房

新建粗格柵及進水泵房1座，設計規模8萬m3/d。設置2臺鋼絲繩牽引柵除污機（B=2.5 m，b=20 mm，θ=75°），6臺潛水離心泵（Q=1 083m3/h，H=10.5m，N=45 k W）。

（2）細格柵及曝氣沉砂池

新建細格柵及曝氣沉砂池1座，尺寸30.0 m×11.4 m，設計規模8萬m3/d，停留時間7 min。設置2臺轉鼓式格柵除污機，1臺桁車泵吸式吸砂機，2臺吸砂泵，2臺羅茨鼓風機。

（3）綜合反應池

新建綜合反應池1座，設計規模8萬m3/d。本構筑物為組合式構筑物，共包括初沉池、生物反應池與二次沉淀池。

平流式沉淀池，2座，每座4個渠道，單渠道寬度6.5 m，尺寸為28.8 m×82.4 m。表面負荷約2.33 m3/(m2·h)。

生物反應池，1座2池，每池可獨立運行，尺為寸115 m×82 m。好氧泥齡11.8 d，反應池污泥負荷 0.052 kGBOD5/kg ML SS.d，ML SS3.5 g/l，總水力停留時間18.15 h，氣水比6.37，好氧混合液回流比為100%～200%，外回流比為50%～100%。

矩形平流式二沉池，1座。尺寸為85.0m×62.4m，表面負荷為1.05 m3/(m2·h)，有效水深為4.0 m。

（4）高效沉淀池

新建1座4池，設計規模14萬m3/d，表面負荷為 9.0 m3/(m2·h)?；旌蠀^尺寸為 3.5 m×3.5 m，單池絮凝區尺寸為6.5 m×6.5 m，單池沉淀區尺寸為14.5 m×14.5 m。

（5）加藥間

新建加藥間1座，設計規模為14萬m3/d，尺寸為 23.0 m×15.0 m，P AC加藥量為 30 mg/L，P A M加藥量為1.0 mg/L，醋酸鈉投加量為30 mg/L。

（6）濾布濾池

新建濾布濾池1座，設計規模為14萬m3/d，尺寸為25 m×12.4 m。濾布濾池設備4套，處理能力 1 460萬m3/h，直徑為3.0 m，N=7.5 k W。

（7）鼓風機房

新建鼓風機房1座，尺寸為27.2m×14.6m，供氣量360m3/min，懸浮鼓風機4臺（Q=130.0m3/min，H=8.0 m，N=180 k W）。

2.4 污泥處理工藝設計

（1）均質池

新建儲泥池1座，尺寸為27.7 m×12.0 m，有效水深4.0 m。用于濃縮機房前，以保證濃縮設備的正常運行。

（2）污泥濃縮脫水機房

利用原污泥脫水機房（24 m×18 m）改造為污泥濃縮機房（36 m×18 m），設置污泥濃縮機4臺，3用1備（Q=50～80m3/h，N=7.5 k W，t=16 h/d,進泥濃度約99%，出泥濃度93～94%，單套干泥量619.5 kg/h）。

（3）污泥脫水機房

新建污泥脫水機房1座，尺寸34.5m×23.5m。采用3套高壓壓濾機對污泥進行脫水，脫水后污泥含水率小于60%。

3 電氣和儀表自控設計

污水處理廠為二級負荷，本工程一期工程已申請二路10 k V電源，一用一備。本次四期工程擬新申請2路10 k V外線，2常用，引至新增1#變電所，每路電源需承擔100%用電負荷，原有2路外線停用。

本次自控系統設計采用與原污水廠自控系統相結合的方式，根據工藝流程增設3座現場控制站（P L C8、P L C9、P L C10）以及1座現場控制子站（P L C2-1），同時對現有部分現場控制站擴容改造，在新建綜合樓內設置一間新的中控室，將原有一期到三期中控信息整合進新建中央控制系統內。同時增加新建構筑物的網絡通訊系統及防雷接地等。

4 工程的特點

（1）富陽市污水處理廠位于富春江北岸的沿江景觀帶，周邊為高檔居民區、旅游風景點、學校等敏感地帶；且位于杭州市水源地上游，出水水質直接影響杭州市市民的飲用水安全。在處理工藝的選擇上，必須選擇技術可行、成熟穩定、先進高效、經濟合理的工藝，確保水、氣、聲、固的全面穩定達標排放。

（2）本工程是一項改擴建工程，工程內容繁多且復雜，經過前三期工程建設和內部技改，廠區管線錯綜復雜，設備狀況參差不齊。既包含6萬m3/d的擴建，又包含對現狀8萬m3/d的提標改造，還包含全廠污泥的深度脫水、預處理區和污泥處理區的除臭。在設計和實施過程中，必須充分考慮改擴建對現有設施的影響。盡量利用原有構筑物和機電設備，選擇與原工藝相兼容的工藝，減少改造對運行的影響。在新建構（建）筑物和改造的過程中，需確保污水廠的總體達標運行。

（3）富陽市污水處理廠現狀用地面積為：5.40hm2，四期工程新增用地4.09hm2，污水廠實際總用地面積僅為9.49hm2。而根據《城市生活垃圾處理和給水與污水處理工程項目建設用地指標》（2005年版），富陽污水廠總規模為14萬m3/d（屬于Ⅲ類污水處理廠），二級處理污水廠建設用地控制面積為：9.0hm2，深度處理用地控制用地面積為3.1hm2，其用地控制總面積為12.1hm2。跟用地指標相比，實際用地減少了2.61hm2，減少了21.6%的用地。新增建設用地形狀不規則，對一些三角地塊難以充分利用。因此，在總平面布置上應當力求緊湊，在構筑物池型的選擇中，在滿足設計功能的前提下，采用集約化的綜合反應沉淀池，實現了精細化設計。

參考文獻：

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[2]孫夢,張培玉,張晨.城市污水的除磷技術分析[J].水處理技術,2010,36(8):16-20.