烏魯木齊市河西污水處理廠改擴建工程設(shè)計

【摘 " "要】：為了提高烏魯木齊河西污水處理廠污染物消減量及區(qū)域污水處理量，對現(xiàn)狀一期工程進(jìn)行提標(biāo)改造并進(jìn)行二期工程擴建。一期提標(biāo)工程采用原廠減量提質(zhì)的改造方案，改造生化池并增設(shè)高速氣浮工藝和反硝化深床濾池工藝；二期工程為全地下式雙層加蓋建設(shè)形式，采用改良AAO+MBR 工藝，與一期工程出水一并經(jīng)消毒后排放，最終實現(xiàn)總出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】：全地下;污水處理廠；提標(biāo)改造

【中圖分類號】：X703 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）04-62-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.04.015

Design of Renovation and Expansion of Urumqi Hexi Sewage Treatment Plant

SHI Zilong，BIAN Jing，WANG "Yang

（North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co. Ltd.，Tianjin 300381，China）

【Abstract】：In order to improve the pollutant reduction and regional sewage treatment capacity of Urumqi Hexi Sewage Treatment Plant， it is proposed to upgrade the current phase I project and expand the phase II project. The phase I of the standard improvement project adopts the original factory's transformation plan of reducing volume and improving quality， transforming the biochemical tank and adding high-speed air flotation process and denitrification deep bed filter process; the phase II of the project is a fully underground double-layer capped construction form， adopting the improved AAO + MBR process， and is disinfected together with the effluent from the first phase of the project before being discharged， ultimately achieving stable total effluent standards.

【Key words】：fully underground； sewage treatment plant；upgrade and expand

隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，烏魯木齊市河西污水處理廠一期工程出水已無法滿足環(huán)保要求且現(xiàn)狀運行問題日益突出，如：來水沖擊負(fù)荷較大，進(jìn)水量未達(dá)到滿負(fù)荷時（約設(shè)計進(jìn)水量的60%～70%），曝氣系統(tǒng)、脫水機系統(tǒng)等設(shè)備已滿負(fù)荷運行；原設(shè)計出水水質(zhì)對TN指標(biāo)無具體要求，易造成收納水體水環(huán)境污染；實際進(jìn)水量已接近設(shè)計規(guī)模等。為解決現(xiàn)狀工程運行問題，提高污水處理能力，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，提高受納水體水環(huán)境質(zhì)量，啟動了提標(biāo)擴建工作。但隨著社會發(fā)展、城市擴張，難以規(guī)劃合適的地塊用于新建或改擴建污水處理廠，環(huán)境友好、土地集約、資源高效利用的全地下式污水廠建設(shè)形式的優(yōu)勢逐步凸顯[1]。

1 工程概況

河西污水處理廠一期工程始建于2011年，設(shè)計處理規(guī)模10×104 m3/d，主體處理工藝為雙溝型交替運行雙溝氧化溝工藝，出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)擴建后出水執(zhí)行GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)嚴(yán)于一級A。為減少投資，一、二期工程采用不同工藝及出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各自達(dá)到擬定出水水質(zhì)后充分混合，最終實現(xiàn)總出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。通過污水處理能力核算，一期工程處理規(guī)模減量至8×104 m3/d，二期擴建工程設(shè)計處理規(guī)模12×104 m3/d，改擴建后總設(shè)計規(guī)模20×104 m3/d。

2 建設(shè)形式

二期擴建工程用地位于烏魯木齊河西污水處理廠內(nèi)，宏觀地貌屬烏魯木齊河沖積平原，工程用地絕大部分為先前采砂后的坑地，坑壁陡直，坑內(nèi)外相對高差29～33 m；一期工程建設(shè)時恰逢烏魯木齊新建航站樓，大量的廢棄土用于沙坑回填，而二期擴建工程無此時機，外購回填土需要大量資金。

根據(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)劃，為提高周邊環(huán)境效果，同時躲避地上50 m寬高壓走廊，結(jié)合用地情況，二期擴建工程采用全地下雙層加蓋布置形式，整體布局連續(xù)緊湊，占地最小最優(yōu)[2]，因地制宜，地下箱體建成后將是“沙坑治理”的有利舉措。

3 設(shè)計水質(zhì)及工藝流程

3.1 設(shè)計水質(zhì)

根據(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)劃，出水?dāng)M回用，通過分析一期工程實測進(jìn)水水質(zhì)及原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)，綜合考慮確定改擴建工程設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)。見表1。

3.2 工藝流程

一期改造預(yù)處理增加氣浮池，去除SS；改造原有生物選擇池+交替式氧化溝為A/A/O生化池，加強生物除磷脫氮；增設(shè)深度處理核心工藝：深床反硝化濾池，超強化脫氮，并進(jìn)一步去除SS；增設(shè)其他深度處理手段：中水混合池、碳源投加間、加氯消毒間。二期擴建污水處理主工藝采用AAO+MBR，污泥采用機械濃縮+離心脫水至80%含水率后外運集中處置。見圖1。

4 工程設(shè)計

4.1 總平面布置

一期提標(biāo)改造工程新增占地面積6 821.41m2，新增建（構(gòu)）筑物包括：二次提升泵池、反硝化濾池、中水混合池、巴氏計量渠、加氯加藥間、除磷加藥間、氣浮池、氣浮池加藥間、進(jìn)水分配井及監(jiān)測儀表間、車庫、深度處理變電站、氣浮池配電室。二期擴建工程地下箱體占地面積22 304 m2，所有水處理構(gòu)筑物均位于地下箱體內(nèi)，地上只設(shè)通向地下的消防出入口、風(fēng)塔、吊裝孔等。

4.2 地下箱體平面布局及豎向

為躲避高壓線塔，地下箱體采用凹形布局，平面尺寸為104.2 m×49.4 m+ 56.7 m×88.3 m + 104.2 m×106.5 m，地下2層、局部3層，負(fù)一層層高6.1 m、負(fù)二層層高8.6 m[3]，箱體頂覆土厚1.4 m。見圖2和圖3。

4.3 工藝設(shè)計

4.3.1 一期提標(biāo)改造工藝

1）交替式雙溝氧化溝改造。原氧化溝為2座鋼筋混凝土矩形池，設(shè)計流量1×104 m3/d，單座尺寸142.0 m×44.0 m×5.5 m，活性污泥負(fù)荷0.071 kgBOD/（kgMLSS·d），混合液質(zhì)量濃度4 500 mg/L，水力停留時間16.5 h，污泥齡22 d。

為強化氧化溝脫氮功能，將氧化溝交替運行方式改為缺氧、好氧廊道串聯(lián)運行方式，即改良A/O池，在溝內(nèi)設(shè)置相對獨立的好氧區(qū)、缺氧區(qū)。根據(jù)進(jìn)水碳氮比相對較低的特點，溝內(nèi)缺氧區(qū)容積約占總?cè)莘e的35%～50%，其中15%容積作為兼氧區(qū)，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況對曝氣區(qū)域進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

改造后單座氧化溝處理規(guī)模4×104 m3/d，有效水深5.8 m，污泥質(zhì)量濃度4 000 mg/L，污泥齡19 d，總停留時間21.40 h，其中缺氧區(qū)7.5～10.7 h、好氧區(qū)10.7～13.9 h，內(nèi)回流為300%，污泥回流比100%，總曝氣量838 Nm3/min，氣水比6.03∶1，曝氣風(fēng)機采用單級高速離心鼓風(fēng)機。

2）新建氣浮池。氣浮池水處理單元包括進(jìn)水調(diào)節(jié)→混合→絮凝→氣水接觸→氣水浮選→出水，主要功能為去除懸浮物和油脂。氣浮池主要由進(jìn)水區(qū)、混凝區(qū)、接觸區(qū)、浮選區(qū)、出水區(qū)和排泥系統(tǒng)組成，混凝區(qū)需投加混凝劑（PAM+PAC），分1#、2#兩個系列，單系列平均處理規(guī)模4×104 m3/d，每系列4格，平均表面負(fù)荷6.75 m3/（m2·h），平均停留時間20.4 min，氣浮上升流速13～16 mm/s，分離流速14～48 mm/s，回流比25%，溶氣壓力0.4～0.6 MPa，PAC投加質(zhì)量濃度（按Al2O3計）10～20 mg/L，PAM投加質(zhì)量濃度0.5～1.5 mg/L。

3）新建反硝化深床濾池。新建反硝化深床濾池1座，共8格，呈兩排對稱布置，單格平面尺寸9 m×7 m，總過濾面積8×63 m2；新建反沖洗廢水池1座，有效容積1 260 m3；新建清水池1座，容積662 m3。

濾料為陶粒濾料，粒徑2.5～4.0 mm，濾料厚度2.5 "m，承托層為天然鵝卵石，粒徑2.5～16 mm，承托層高度0.30 m，進(jìn)水流向為上向流，進(jìn)水和反沖洗為同向流動。平均濾速6.61 m/h，峰值濾速8.59 m/s，強制濾速7.56 m/s，反硝化容積負(fù)荷0.95 kgNO3-N/（m3·d）。氣反沖洗強度90 m3/（m2·h）；氣水聯(lián)合反沖洗強度：氣75 m/h，水25 m/h；水反沖洗強度30 m/h；單獨氣洗時間4～6 min+氣水聯(lián)合洗時間5～10 min+單獨水洗時間4～6 min。

4）新建中水混合池及巴氏計量渠。新建中水混合池1座，2格，處理規(guī)模20×104 m3/d，單組平面尺寸37.75 m×20.0 m，有效水深6.65 m。消毒劑采用成品次氯酸鈉（有效氯含量10%），原液直接投加，投加量6～10 mg/L（以有效氯計）。

4.3.2 二期擴建工程工藝

1）預(yù)處理段。設(shè)4臺齒型回轉(zhuǎn)式粗格柵（3用1備），柵條間隙20 mm；4臺過濾網(wǎng)孔板細(xì)格柵（3用1備），孔徑3.5 mm；2座曝氣沉砂池，停留時間4.8 min。

地下箱體防淹系統(tǒng)，除進(jìn)水端設(shè)置液控速閉閥和速閉閘外[4]，柵前水池和綜合廢水池之間設(shè)置了溢流管，若短時間內(nèi)超負(fù)荷進(jìn)水，將溢流至綜廢池，達(dá)到最高液位時，可泵強排出箱體。

2）氣浮池和膜格柵。氣浮池2座，每座4格，單座處理規(guī)模6×104 m3/d，平均表面負(fù)荷7.10 m3/（m2·h），平均停留時間19.4 min，氣浮上升流速13～16 mm/s，分離流速14～48 mm/s，回流比25%，溶氣壓力0.4～0.6 MPa。

膜格柵采用內(nèi)進(jìn)流轉(zhuǎn)鼓格柵，孔隙1 mm，2用2備，單側(cè)1用1備。

3）生物池。由預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、兼氧區(qū)、好氧區(qū)組成，1座，2個系列運行。單系列處理規(guī)模6.0×104 m3/d；最低水溫11 ℃；有效水深7.5 m；污泥質(zhì)量濃度6.5～8.3 g/L；污泥齡19 d；總停留時間13.44 h，其中預(yù)缺氧區(qū)0.65 h、厭氧區(qū)1.30 h、缺氧區(qū)3.92 h、兼氧區(qū)1.96 h、好氧區(qū)5.62 h；混合液回流比：膜池至好氧池500%，好氧池至缺氧池300%，缺氧池至預(yù)缺氧池200%；總曝氣量585 Nm3/min；氣水比7∶1，剩余污泥量22 853 kg/d。

4）MBR膜池。2座，每座10廊道，每個廊道設(shè)置10個膜組器（預(yù)留1個空位），膜絲孔徑0.2 μm，平均膜通量16.84 L/（m2·h），反洗膜通量17.72 L/（m2·h），有效水深3.6 m，總有效池容6 260.40 m3，停留時間1.25 h，膜吹掃風(fēng)量675 Nm3/min（氣水比8.1∶1）。

5）污泥處理區(qū)。干污泥產(chǎn)量48 238 kg/d，其中剩余污泥量22 853 kg/d，污泥質(zhì)量濃度8.34 g/L；初沉污泥21 000 kg/d，污泥質(zhì)量濃度10 g/L；化學(xué)污泥4 385 kg/d，污泥質(zhì)量濃度10 g/L，脫水后污泥量（含水率80%）241.2 t/d。

污泥處理采用機械濃縮+離心脫水，其中濃縮機（Q=75～100 m3/h， 0.3～0.8 tDS/h）4臺，離心機（Q=55～70 m3/h）4臺，配套污泥泵、加藥系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)等。脫水污泥料倉2座，單座容積90 m3，配套螺旋卸料機和液壓刀閘閥。

6）除臭設(shè)計。對粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、氣浮池、膜格柵、污泥緩沖池、污泥濃縮脫水機房、生物池、膜池等采用車間封閉的形式，以免臭氣外溢，臭氣經(jīng)收集后采用加濕-生物濾池進(jìn)行除臭。

共設(shè)置4套生物除臭裝置，分別服務(wù)于預(yù)處理區(qū)+1系列生物池厭、缺氧區(qū)（21 000 m3/h）、污泥處理區(qū)+2系列生物池厭、缺氧區(qū)（21 000 m3/h）、1系列生物池好氧區(qū)+2系列生物池好氧區(qū)（43 000 m3/h）、2座膜池（49 000 m3/h）。

7）消防設(shè)計。地下箱體火災(zāi)危險性類別為戊類，地上部分耐火等級為二級，地下部分耐火等級為一級。

地下箱體共劃分為10個防火分區(qū)，其中負(fù)一層8個區(qū)，負(fù)二、負(fù)三層各1個，最小防火分區(qū)面積1 149 m2，最大防火分區(qū)面積4 135.5 m2。每個防火分區(qū)均設(shè)置一部獨立直通室外疏散樓梯，同時利用通向相鄰防火分區(qū)的甲級防火門作為第二安全出口，負(fù)二、負(fù)三層每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置一部消防電梯。

地下箱體室內(nèi)、室外消防系統(tǒng)為臨時高壓給水系統(tǒng)[5]，水源自地上消防泵房。利用廠區(qū)內(nèi)中水混合池作為消防水池，有效容積≮550 m3，中水混合池設(shè)置最低液位且2格不同時放空，保證消防水量。室外消防系統(tǒng)用水量為30 L/s，室內(nèi)消防系統(tǒng)用水量為40 L/s，火災(zāi)延續(xù)時間為2 h，地下箱體設(shè)置消火栓系統(tǒng)和1座微型消防站。地下箱體變配電間均設(shè)置熱氣溶膠滅火系統(tǒng)，采用S形落地式預(yù)置氣體滅火裝置。地下箱體除變配電間外，其余場所設(shè)置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器。

GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定，戊類地下廠房在未設(shè)置噴淋系統(tǒng)時，防火分區(qū)的最大允許建筑面積為1 000 m2。由于設(shè)計超出規(guī)范要求，經(jīng)歷第三方消防安全評估、消防設(shè)計專家評審會等論證審查，最終消防設(shè)計滿足要求。

5 運行效果及經(jīng)濟分析

運營后實際平均處理水量為17.4×104 m3/d，設(shè)備運行良好，出水各項指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)。見表2。

該工程總投資概算74 824萬元，一期提標(biāo)改造工程新增經(jīng)營成本0.38元/m3，二期擴建工程經(jīng)營成本1.30元/m3。

6 結(jié)論

該項目建設(shè)模式既是“沙坑治理”的有利舉措，又實現(xiàn)了污水的綜合凈化處理與周邊環(huán)境的有效融合，節(jié)省了占地和投資，提高了污水處理效率，大大減輕了對受納水體的污染，取得了良好的生態(tài)環(huán)境效益，為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)提供示范引領(lǐng)作用，為提高城市綜合競爭力奠定堅實基礎(chǔ)。

1）造型獨特、工藝經(jīng)濟合理。為躲避地上50 m寬的高壓走廊，地下箱體采用凹形結(jié)構(gòu)，克服不對稱布置，保證地下構(gòu)筑物合理銜接，水力流態(tài)均衡，布局連續(xù)緊湊。充分調(diào)研一期工程現(xiàn)狀建、構(gòu)筑物污水處理能力，合理選擇改造工藝和擴建工藝，節(jié)約建設(shè)投資，保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。污水處理、污泥處置統(tǒng)籌布局，地上、地下廠相互輝映，處理工藝多樣，重點展示污水凈化科技。

2）建設(shè)形式優(yōu)化，占地面積小。合理利用現(xiàn)狀地形，采用全地下創(chuàng)新布局模式、節(jié)約土地資源，同時也是“沙坑治理”的有利舉措。烏魯木齊屬寒冷地區(qū)，冬季水溫低，采用全地下形式，利于冬季保溫，保證MBR工藝膜組器穩(wěn)定產(chǎn)水，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，水質(zhì)更優(yōu)[6]。開創(chuàng)性的在新疆地區(qū)乃至西北地區(qū)建設(shè)第一座全地下污水處理廠，具有很好的參考、示范作用。

3）保證安全、便捷，消防設(shè)計突破常規(guī)。結(jié)合自身特點及國內(nèi)現(xiàn)有地下式污水處理廠消防設(shè)計特點，突破常規(guī)建筑防火分區(qū)面積設(shè)置，與自治區(qū)消防大隊組織專家論證，確定符合本項目總體消防要求的設(shè)計方案，切實保證人員和財產(chǎn)安全。

4）多模式運行，較少碳排放。為保證冬季低溫或低碳氮比時生物脫氮效果，生物池多模式運行，降低碳源需求，節(jié)省運行成本，較少碳排放。根據(jù)進(jìn)水實際情況，擴建及改造工程選取氣浮工藝，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，保證處理設(shè)備及出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

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