同安污水廠改造與擴建工程案例

吳艷華，張曉維，許從愿，劉泰鈴，陶光輝，陳春明

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北武漢 430010)

1 同安污水廠概況

同安污水廠現狀規模為10萬m3/d，包括一期、二期和三期工程。其中，一期工程規模為5.0萬m3/d，于2003年投產運行；二期擴建時，服務范圍內工業廢水逐漸增多，將一期工程5萬m3/d調整為承擔4萬m3/d處理任務，二期工程承擔6萬m3/d處理任務，一期和二期工程總規模達到10萬m3/d，二期工程于2009年投產；三期工程是規模為10萬m3/d的提標改造工程，也于2018年年初完成并投入運行。污水廠現狀處理工藝為：細格柵+曝氣沉砂池+多點進水AAO生化池+幅流式二沉池+中間提升泵房+混凝沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池。現狀出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準。

隨著工業的快速發展、城市規模的迅速擴大及截污管網工程的大力實施，污水量增長迅速，必須對現有污水廠進行擴建。根據污水量預測分析，確定同安污水廠遠期總規模為25萬m3/d。近期需擴建10萬m3/d(即本次四期工程)，預留5萬m3/d遠期再擴建?？紤]到工業廢水的混入，進水水質濃度高及出水水質要求高的特點，擴建工程采取了流程較長的處理工藝方案，擴建工程整體處理思路與現狀處理工藝基本一致。

2 工藝方案

2.1 設計進出水水質

污水廠進水CODCr、BOD5、TP、TN等均較高，近4年95%覆蓋率CODCr達到814.4 mg/L，平均值達到375.1 mg/L；95%覆蓋率TP達到19.43 mg/L，平均值達到9.6 mg/L；95%覆蓋率TN達到52.16 mg/L，平均值達到33.0 mg/L；各項污染物進水濃度高，處理難度大。

近年來，隨著環保執法力度的逐漸加大，以及對工業企業違法偷排查處力度加強，污水廠的進水水質基本處于相對穩定狀態，因此，污水廠設計進水水質取值如表1所示。

根據環境保護局的批復意見，同安污水廠出水水質要求執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 189180—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準，與《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T 18920—2002)中城市雜用水水質標準相比，僅糞大腸菌群指標不滿足要求，雜用水要求小于3個/L，出水執行表2標準。

表1 同安污水廠設計進水水質Tab.1 Influent Quality of Tong'an WWTP

表2 同安污水廠出水水質Tab.2 Effluent Quality of Tong'an WWTP

2.2 工程設計水量

根據總用水量預測及污水量測算，同安污水廠近期規模為20萬m3/d，遠期總規模為25萬m3/d。現狀規模為10萬m3/d，本次擴建規模為10萬m3/d。

2.3 工藝流程的確定

同安污水廠的尾水標準與國內大部分廠站相比，已是高標準要求。針對現狀同安污水廠進水混入工業廢水和尾水要求回用的特點，擴建工程采用強化常規處理工藝，并增設深度處理工藝，使出廠水水質始終滿足或優于尾水執行標準的要求。

2.3.1 常規處理工藝

同安污水廠現狀處理工藝前端未設置初沉池，因此，面對高濃度進水及重金屬突擊時，對生化池及后續處理構筑物的處理效果沖擊較大，結合同安污水廠現存問題，吸取現狀污水廠的經驗教訓，擴建部分采用的強化常規處理工藝如下。

(1)增設初沉池，通過一級高效沉淀池的初沉，在去除SS的同時，去除約20%的有機污染物，有效降低了后續生物處理的負荷，更有利于生物處理的效果。在面對重金屬等污染物質的沖擊時，通過SS的沉淀去除，也可以同步降低一部分重金屬的濃度，減輕對后續生物處理的不利影響。

(2)重視內碳源的分配，在生物處理工藝上，設計比現狀生物處理更長的好氧停留時間，確保氨氮的徹底硝化；另外，選擇三點進水AAO，對生化池分多點進水，營造不同的缺氧、好氧環境，充分利用內碳源進行反硝化，可大幅度降低外碳源的用量，降低運行費用。

2.3.2 深度處理工藝

為了進一步去除污水中較易沉積的懸浮物及BOD5、TP，深度處理設置二級高效沉淀池，考慮到污水廠進水TN偏高，同時,為更好地同現狀深度處理工藝進行銜接，保持工藝的一致性和管理的便利性，深度處理階段采用反硝化濾池，確保出水TN達標。為了確保尾水的順利排放，在現有的中間提升泵房內增設設備，對擴建工程的污水進行中途提升。

2.3.3 污泥處理工藝

現有污泥處理區位于廠區西北側，原污泥處理區按照規模10.0萬m3/d建設，污泥濃縮池和污泥脫水車間空間均不足，沒有改造空間，且污泥處理區距離現有居民安置房較近，屢次遭到投訴。因此，本次對廠區污泥處理區進行整體遷建，在廠區東南側重建全廠污泥處理區，規模滿足全廠遠期25萬m3/d污水產生的剩余污泥處理能力，脫水后污泥外運焚燒處理。

該套污泥系統的工藝流程如圖1所示。

圖1 同安污水廠污泥處理流程示意圖Fig.1 Diagram of Sludge Treatment Process of Extension Project of Tong'an WWTP

同安污水廠現有污泥處理工藝為“重力濃縮+離心脫水”工藝，運行較為正常，能滿足現狀污水處理廠的運行需求。本次擴建為最大程度地利用現有設備，仍保持該工藝流程不變，在廠區東南側新建全廠的污泥處理中心、污泥濃縮池、污泥脫水車間、脫水設備。建設完成后，將現有污泥脫水車間內的設備搬遷至新的污泥脫水車間內，處理后的泥餅運輸至騰龍樹脂焚燒處置。

2.3.4 擴建、改造工程工藝流程

通過分析比選并結合同安污水廠現狀處理工藝，確定擴建工程的工藝流程如圖2所示。

3 工藝設計

3.1 污水處理系統

3.1.1 新建粗格柵及提升泵房

現有粗格柵及進水泵房按照旱季規模10.0萬m3/d建設，泵房內6個泵位已全部安裝到位，現有泵房及出水管道均無法滿足擴容到25.0萬m3/d，因此，本次擴建需新建一座粗格柵及進水泵房，土建規模按照15.0萬m3/d，設備安裝規模按照10.0萬m3/d。格柵間包括格柵除污機及檢修閘門，共設置格柵機3套，渠道寬度為1.30 m，柵條間隙為20 mm，安裝傾角為70°。泵房內設潛污泵4臺，3用1備，單泵參數：Q=1 806 m3/h，H=13 m，P=110 kW。泵房內配套起吊設備和閘門等。

3.1.2 新建細格柵及曝氣沉砂池

新建細格柵及曝氣沉砂池一座，土建規模為15.0萬m3/d。

細格柵間共分為3個廊道，近期安裝，其中2個廊道里的循環齒耙清污機，渠道寬度為2.30 m，柵條間隙為5 mm，安裝傾角為60°，在格柵后設置1臺無軸螺旋輸送機及壓榨機，將柵渣輸送至渣斗和渣車，脫水后的柵渣含水率應小于60%。格柵前后各設置1臺手電兩用渠道插板閘門，尺寸為1.4 m×1.70 m，作為格柵檢修時切斷水流使用。

建設曝氣沉砂池一座，內分為兩個廊道，尺寸為28.9 m×12.90 m，有效水深為3.20 m，峰值流量停留時間為5.45 min。

曝氣沉砂池內設置移動橋式吸砂機，跨度為12.2 m，配置2臺除砂泵，單泵流量為42 m3/h，H=7.0 m，將砂斗內沉積砂粒提升后，輸送至砂水分離器，經過砂水分離后，外運處置，空氣干管設置在沉砂池中部，采用羅茨風機供氣。經收集后的浮渣由撇渣管收集外排。

圖2 同安污水廠擴建工程工藝流程Fig.2 Process Flow of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.3 新建一級高效沉淀池(初沉池)

新建一級高效沉淀池一座，作為全廠的初沉池，可降低后續生化處理構筑物的負荷，減小生化處理構筑物容積，減少投資。土建規模按照遠期規劃規模25.0萬m3/d建設，共分為5格，其中兩格接現狀生化池，兩格接本次新建的AAO生化池，預留一格為遠期再擴建的生化池使用。本次新建高效沉淀池土建尺寸為98.50 m×26.05 m×5.90 m，混合區停留時間為4.56 min；絮凝區停留時間為9.42 min，沉淀區最大表面負荷為18.36 m3/(m2·h)，平均表面負荷為14.12 m3/(m2·h)。

3.1.4 新建多點進水AAO生化池

本次新建的生化池采用多點進水AAO生化池，土建規模為10.0萬m3/d，共設置2座，每座分為2格，每格規模為2.5萬m3/d。

單格設計流量為0.29 m3/s，系統平均MLSS取3.5 g/L，污泥齡取24 d，設計溫度為15～30 ℃，污泥負荷為0.085 kg BOD5/(kg MLSS·d)，容積負荷為0.298 kg BOD5/(m3·d)，水力停留時間為19.28 h。其中，厭氧區停留時間為2.21 h，缺氧區停留時間為6.17 h，好氧區停留時間為10.9 h。設計平均需氧量為2 109.24 kg/h；污泥回流比為50%～100%；混合液回流比為100%～200%[1]。

每座多點進水AAO生化池尺寸為124.8 m×52.3 m×9.20 m，進水70%分配在水池前端，20%分配在缺氧區中部，10%分配在好氧區。

3.1.5 新建平流沉淀二沉池

為更好地與生化池組合，節省占地，二沉池采用矩形平流式二沉池，與生化池對應，土建規模為10.0萬m3/d，共2座，單座對應規模為5.0萬m3/d。

二沉池平均時表面負荷為0.78 m3/(m2·h)，最大時表面負荷為1.01 m3/(m2·h)，固體負荷為51.49 kg/(m2·d)，最大時沉淀時間為3.03 h，平均時停留時間為4 h，單座平面尺寸為68.15 m×52.30 m，有效水深為3 m。二沉池采用中心傳動刮吸泥機進行排泥。

3.1.6 現狀中間提升泵房改造

現狀中間提升泵房土建已按25萬m3/d規模一次建成，采用半地下式結構，尺寸為29.5 m×10.0 m×8.6 m。本次擴建按10萬m3/d規模新增水泵及相應電氣設備，增設3臺大泵，2用1備，單臺參數Q=2 700 m3/h，H=8.0 m，N=90 kW。

3.1.7 新建高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分3格，每格規模為5萬m3/d，總平面尺寸為44.6 m×27.2 m×7.7 m，近期安裝其中兩個格內的設備，一格為遠期預留。

單格池子處理流量為2 083 m3/h，混合池停留時間為1.28 min，絮凝反應池停留時間為3.95 min，；沉淀池斜管面積為162 m2，斜管區平均表面負荷為12.87 m3/(m2·h)，最大表面負荷為16.73 m3/(m2·h)。

3.1.8 新建反硝化深床濾池

建設反硝化深床濾池1座，分為12格，土建總規模為15萬m3/d，設備安裝規模為10.0萬m3/d，余4格遠期安裝設備。

3.1.9 新建接觸消毒池

尾水采用電解法現場制備次氯酸鈉投加，接觸消毒池保證消毒劑和尾水的混合以及接觸時間≥30 min。擴建工程新建接觸消毒池1座，平面尺寸為30.6 m×30.4 m，有效容積為4 200 m3，滿足遠期15.0萬m3/d規模消毒需要。由于用地緊張，接觸消毒池與綜合處理車間采用疊放方式建設，地下室建設為接觸消毒池，上部建設加藥間、管理用房等設施，如圖3所示。

圖3 同安污水廠擴建工程消毒工藝流程Fig.3 Disinfection Process of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.10 新建外加碳源車間

3.1.11 新建投藥系統

在初沉池和深度處理高效沉淀池內擬投加PAFC作為絮凝和除磷藥劑，助凝藥劑采用PAM。

初沉池中投加化學藥劑，主要作用是絮凝，強化初沉池SS的去除效果，因此PAFC藥劑(10%溶液)投加量按照50 mg/L設計，PAM投加量按照0.5 mg/L設計。深度處理高效沉淀池內，PAFC(10%溶液)投加量按照100 mg/L設計，PAM投加量按照1.0 mg/L設計。PAFC投加點位于高效沉淀池混合區，PAM投加點位于高效沉淀池絮凝區。

3.2 污泥處理系統

重建全廠污泥處理區，規模滿足全廠遠期25萬m3/d污水產生的剩余污泥處理能力，設備按照近期進行安裝。按遠期25萬m3/d污水規模計算：剩余污泥干重為37.5 t/d，含水率為99.2%；化學污泥干重為4.41 t/d，含水率為99.2%。

3.2.1 新建濃縮池

新建濃縮池設計規模為25萬m3/d，采用圓形鋼筋砼濃縮池Φ=18 m、H=5.0 m，4座，頂部輕質材料加蓋。

工程需濃縮污泥總干重為41.91 t/d，需濃縮污泥體積約5 238.75 m3/d，污泥停留時間為23.3 h，濃縮前進泥含水率取99.2%，濃縮后污泥量為1 397 m3/d，含水率為97.0%。

3.2.2 新建儲泥池

儲泥池接納濃縮池濃縮后的污泥和初沉池排放而來的污泥，污泥含水率為97%，儲泥池內設置攪拌機，保證污泥濃度均勻，保障離心脫水機的正常運轉，為脫水機運行供應充足的均質污泥。

儲泥池儲存時間按照2.0 h確定，所需總容積為163.4 m3。儲泥池分為2格，平面尺寸為9.0 m×3.0 m，有效深度為3.0 m，每格池內設置3臺污泥攪拌機，保證污泥均質。

3.2.3 新建污泥脫水車間

新建的污泥脫水車間土建按照遠期總規模

25.0萬m3/d建設，采用離心脫水機脫水，機房主要由投藥系統、反沖洗水系統以及濃縮脫水系統構成。其中,反沖洗水來自廠區回用中水，由加壓泵送至。

4 運行效果分析

同安污水廠現狀運行工藝為：細格柵+曝氣沉砂池+ AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+二級高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池。2018年以來，污水廠進水水質波動劇烈，進水濃度居高不下，較前幾年，進水濃度顯著偏高，在此惡劣條件下，污水廠絕大部分時間運行較為穩定；出水BOD5一直維持在9.3 mg/L以下，CODCr一直維持在38 mg/L以下，SS一直維持在9 mg/L以下，TP一直維持在0.1 mg/L以下，色度一直維持在4以下，TN和NH3-N僅在工業企業偷排的情況下存在排放超標的情況，正常情況下TN維持在9 mg/L以下， NH3-N維持在1.3 mg/L以下，達到廈門制定的類地表水Ⅳ類標準。

本次擴建工程的主體流程與現狀工藝基本一致，但針對這兩年運行中存在水質沖擊大、投藥量大等問題做了技術改進：增加了一級高效沉淀池(初沉池)和AAO池多點進水措施。因此，本次擴建工程完成后，出水穩定性應優于現狀。

5 技術經濟指標

同安污水廠擴建及現狀改造工程，工程建設項目總投資為59 335.81萬元，其中工程靜態投資為58 062.14萬元；建設期貸款利息為980.0萬元，鋪地流動資金為293.67萬元。污水廠單位水量總成本為2.05元/m3(融資前)、2.21元/m3(融資后)；污水廠單位水量經營成本為1.29元/m3(融資前)、1.29元/m3(融資后)。

6 結論

同安污水廠擴建及現狀改造工程建成后，污水廠總規模達到20萬m3/d，采用了細格柵+曝氣沉砂池+一級高效沉淀池+多點進水AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池主體處理工藝，實現了對高濃度污水的有效處理，出水水質指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準。工程建成投產后取得了較顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。