泉州市寶洲污水廠提標工程設計

趙紅兵 蔣啟華 甘冠雄

一、項目背景

泉州市寶洲污水處理廠是泉州市區最大已建成污水廠，服務于泉州市整個中心城區約22km2，服務人口約30萬人。1999年11月至2005年10月，污水廠經過兩期建設后達到規劃的總規模15萬m3/d，其中，一期規模為5萬m3/d，二期擴建規模為10萬m3/d。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。

根據“水十條”及省、市地方政府的相關要求，泉州市寶洲污水處理廠應進行提標改造，出水水質達到一級A標準。當地政府考慮到泉州市淡水資源相對缺乏、城市內河水系對再生水有較大需求量的具體情況，同時為了積極響應國家對再生水資源化利用的號召，經多方溝通協調后決定，寶洲污水廠提標工程出水水質指標執行類IV類水標準（見表1），處理后尾水擬作為中心城區內河水系景觀補水（補水工程另外立項），提標改造項目于2018年6月30日之前完成。

表1 寶洲污水處理廠提標工程出水水質標準

二、污水廠現狀運行情況

1.現狀處理工藝

寶洲污水處理廠設計、建設完成時間較早，根據《城鎮污水廠污染物排放標準》及更早的標準，出水指標中總氮按20mg/L考核。因此，寶洲污水處理主體工藝為A/O生物法，只針對總磷、有機物、SS等；主要生產構筑物有進水泵站、細格柵及曝氣沉砂池、A/O生物池、二沉池、配泥配水井及污泥泵房、鼓風機房、污泥濃縮脫水機房、鼓風機房、加氯間、接觸消毒池等。

2.實際進水水質分析

根據現狀污水處理廠2015年1月至2017年6月的實際運行數據，分析其進水水質變化情況及水質覆蓋率。

（1）污水廠進水濃度低，進水CODCr、BOD5、TP、TN等均偏低，95%覆蓋率CODCr值為177mg/L，全年平均值達到163.8mg/L，95%覆蓋率TP值為2.9mg/L，全年平均值為2.6mg/L，95%覆蓋率TN值為24.6mg/L，全年平均值為22.5mg/L。除進水BOD5、CODcr約為設計值的60%，原設計N、P進水水質指標與現狀進水水質偏差不大，說明污水廠進水有機物濃度偏低，實際運行過程中，脫氮除磷難度較大。

（2）污水廠進水水質變化幅度不高，最大值和平均值相差較小，由此可知水廠進水比較穩定。

（3）污水進水水質BOD5/CODCr比值在0.5左右，即污水可生化性較好；BOD5/TN比在3.5左右，即生物脫氮效果好；BOD5/TP比約為30，可選擇生物除磷。

（4）進水pH值偏堿概率大；由于廢水在硝化過程中需要消耗堿度，通常來說，進水pH值的最佳范圍為7.5～8.0，中性偏堿性最佳，否則會影響硝化菌的活性，根據前述分析，本工程pH為7.1～7.2之間的覆蓋率數值為95%，最大值才7.4，總體進水偏堿概率較大，但呈弱堿性。

3.實際出水水質分析

根據現狀污水處理廠2015年1月至2017年6月的實際運行數據，分析其出水水質變化情況及水質覆蓋率情況：除TP外，基本能達到一級B標準的要求，滿足目前水廠執行排放標準。同時，除TP外，其他各項指標在95%的保證率下均能達到一級A排放標準的要求，表明目前污水處理廠運行較為穩定，處理效果較好。

三、提標工藝難點分析

本次提標需要進一步加強去除的對象有NH3-N、SS、TP、TN。

1.NH3-N達標分析

通過生物池硝化過程來去除進水氨氮，但相比碳的氧化過程，氨氮的硝化過程比較慢，因此需要更充足的曝氣量和停留時間，硝化成為生化處理好氧單元設計的控制因素。本次提標NH3-N出水要求＜1.5mg/L，提標去除率達到70%，考慮到將來管網提質增效，分流制的執行及接管率的提高，進水濃度提高情況下達標壓力較大。分析目前生物池存在的問題主要在2個方面：（1）生物池總停留7.3h，好氧池停留時間5.6h，硝化時間偏短；（2）每5萬噸規模生物池配100m3/min鼓風機（實際出風量80m3/min），生物池氣水比1∶2.3，曝氣量嚴重偏少。由于上述原因，生物池活性污泥濃度只能維持在3000mg/L以下水平（過高會導致二沉池大量浮泥產生），污泥泥齡較短，硝化菌生存、繁殖條件較差，種群數量較少，硝化效果不佳。

本次針對NH3-N達標方案選擇，首先考慮到廠區建設用地的缺乏，同時本著污水廠提標應優先在現有構筑物基礎上挖掘潛力、減少工程投資的原則，為了確保生物池內NH3-N達標，針對性地采取3項措施：（1）在好氧池里面投加MBBR填料，增加生物種群數量，強化硝化效果；（2）增加鼓風機，加大曝氣量，提高生物池溶解氧，使氣水比達到1∶5，滿足好氧池有機物、NH3-N對氧的需求；（3）考慮到本廠進水TP的含量較少，TP的去除可以放在后續高效沉淀池與SS一并去除，將現有的以除磷為主的APO工藝通過增加內回流改造成以脫氮為目的的ANO工藝。

2.SS及TP達標分析

從現狀實際運行數據可以看出，本項目SS出水水質在100%的覆蓋率下，出水SS＜10mg/L，全年均值6.4mg/L，在深度處理階段通過進一步的沉淀過濾，從目前各種沉淀過濾組合工藝運行效果來看，要穩定達到10mg/L是可行的。

現狀TP進水水質指標最大值3.3mg/L，總體指標較低，實際出水不能滿足一級B的要求，表明現有的厭氧池效果不理想。本次提標為了確保生物池內NH3-N達標，將厭氧池改成缺氧池，TP除了在生物池、二沉池去除部分外，深度處理階段采用磁混凝高效沉淀池可以確保TP達標。

3.TN達標分析

要想去除污水處理廠進水TN，需要在硝化充分的基礎上利用反硝化過程完成。分析本項目現狀出水水質TN指標，達到＜10mg/L的目標要求難度不是很大。通過對生物池改造，增加1.7h的缺氧段，基本達標問題不大，但考慮到將來管網提質增效，分流制的執行及接管率的提高，進水TN濃度將增加，為了保證達標，深度處理選擇反硝化深床濾池工藝，不僅能夠去除SS、TP，而且能夠進行反硝化脫氮工藝處理，確保TN達標。

四、提標工藝的確定

綜上所述，污水處理廠工藝流程為：進水→細格柵曝氣沉砂池→AO生物池（缺氧/好氧）→二沉池→提升泵房、磁混凝高效沉淀池→反硝化深床濾池→接觸消毒池→尾水排放（或回用）。

五、工程設計

1.二級處理的優化運行

（1）厭氧區改造為缺氧區：每座生物池（規模5萬m3/d）中厭氧與好氧池隔墻上增加2臺回流PP泵，Q=2083m3/h，揚程0.5m。在缺氧區加入好氧區硝化液，增加缺氧區反硝化反應，提高總氮去除效果。

（2）增加缺氧區碳源投加：在缺氧進水段增加碳源投加點，進水BOD濃度過低時，在缺氧區添加適量的碳源，以此增強反硝化效果。

（3）增加鼓風曝氣量：每組（規模5萬m3/d）增加1臺100m3/min，出口風壓70kPa可調節磁懸浮鼓風機，使氣水比達到1∶5，保證硝化徹底，同時避免曝氣過量。

（4）適當提高污泥濃度：一方面通過減少排泥量，加強生物池好氧區碳源的競爭，淘汰異養好氧菌，強化生物池自養好氧菌（硝化細菌）的環境優勢，促進硝化細菌的生長，強化生物池的硝化反應；另一方面在每座好氧池（規模5萬m3/d）內投加MBBR懸浮填料（HDPE材質），規格為φ25×10mm，體積2400m3。

2.磁混凝高效沉淀池（含中間提升泵房）

為了節省土地，進一步去除SS、TP，深度處理工藝采用磁混凝沉淀池代替傳統高效沉淀池，且與中間提升泵房合建，總尺寸60.4×16.3m。二沉池出水進入中間提升泵房，經水泵提升后進入磁混凝沉淀池，采用4臺潛水軸流泵，單泵Q=2710m3/h、H=7m、N=135kW，3用1備。磁混凝高效沉淀池分兩座，單座規模7.5萬m3/d，以提升部分對稱布置，攪拌停留時間1.25min，中間反應停留時間1.25min，快速混合反應池停留時間2.1min，沉淀區直徑15m、上升流速22.6m/h，污泥回流比2%～4%。池頂進行加蓋設計，避免日照導致藻類過度繁殖，室內安裝磁分離機、剪切機、配電及控制設備等。

3.反硝化深床濾池及配套系統

反硝化深床濾池共有14格，總尺寸67.3m×32.1m。單格尺寸19.5m×4.11m，池高6.3m。采用石英砂濾料，濾料厚度1.83m，粒徑1.7～3.35mm。平均時正常濾速5.47m/h，最大時強制濾速7.76m/h，水反沖洗強度15m3/(m2·h)，氣反沖洗強度92m3/(m2·h)，水頭損失控制3m，反洗周期24h。濾池采用恒液位運行，其進水出水、反沖洗氣洗、氣水聯洗、驅氮、碳源投加等均為自動化控制。其原理基于主PLC“前饋+后饋”碳源投加計算機制，控制現場PLC實現碳源定量投加，不僅保證系統出水，而且提升碳源投加的經濟性。

4.反沖洗綜合車間

反沖洗綜合車間建設1座，總尺寸35.6m×20.5m，下部集成反沖洗泵房、反沖洗清水池、反沖洗廢水池，上部包含碳源投加車間、PAC/PAM加藥間等。反沖洗泵房內設置反沖洗供水設備、供氣設備及氣動閥門供氣設備。反沖清水池設置在反沖洗綜合車間地下一層，與反沖洗廢水池組合設置，通過隔墻分隔。濾池設計具備去除10mg/L硝態氮的能力，按平均去除5mg/L硝態氮計算運行費用，采用成品乙酸鈉溶液作為碳源，有效成分含量為10%，乙酸鈉溶液采用槽罐車運輸，通過快速接頭輸送到乙酸鈉存儲池。清水池有效容積1360m3，反沖洗泵采用潛污泵，參數為Q=715m3/h，H=10m，N=30kW，2用1備；螺桿風機參數為Q=71.37m3/min，68.6kPa，132kW，2用1備；廢水池有效容積820m3，廢水泵采用潛污泵，參數為Q=300m3/h，H=15m，N=22kW，1用1備，同時廢水池配置兩臺潛水攪拌機，參數為φ450，N=5.5kW，材質SS304；碳源投加車間面積50m2，采用成品乙酸鈉溶液作為碳源，有效成分含量為10%，采用槽罐車運輸，通過快速接頭輸送到乙酸鈉存儲池內，投加系統包括乙酸鈉儲存池、乙酸鈉溶液定量投加系統、PLC控制系統；加藥間主要為磁混凝高效沉淀池配套PAC、PAM的投加，尺寸35.6m×10.3m，設置PAC、PAM藥劑存儲區間、溶解池、溶液池、投加系統，其中PAC液壓隔膜計量泵4用2備，單臺Q=1000L/h，10bar，N=0.75kW，PAM液壓隔膜計量泵2用1備，單臺Q=3000L/h，10bar，N=1.1kW。

5.消毒綜合車間

消毒綜合車間建設1座，總尺寸30.6m×15.7m，下部集成接觸消毒池（規模5萬m3/d）及預留再生水利用泵站，上部包含次氯酸鈉投加車間、變配電間等。次氯酸鈉投加量15mg/L（有效氯），消毒劑采用成品次氯酸鈉。配置隔膜計量泵2臺，1用1備，參數為240L/s，7bars，0.25kW。

六、結束語

綜上所述，項目建成通水運行三年半，運行較為穩定，出水水質穩定達到了設計出水水質的要求。希望該項目能為后續相關項目提供參考。