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          污水處理廠提標擴建工程工藝設計

          發布時間:2020-12-29 15:43:46  中國污水處理工程網

            一、工程概況

            長三角地區某污水處理廠規劃設計總規模為8.0×104m3/d,其中一、二期工程設計規模均為2.0×104m3/d,分別于2011年和2015年建成,采用“粗格柵及進水泵房+細格柵及旋流沉砂池+水解酸化池+AAO生化池+氣水反沖洗濾池+紫外消毒渠”處理工藝(圖1),服務面積為30km2,出水水質執行《城市污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準。廠區占地面積為105400m2(一、二期工程占地面積為49100m2)。目前,該污水處理廠已達到滿負荷運行,根據規劃,2025年污水廠服務面積將達到64.3km2,現狀污水廠的處理能力無法滿足遠期需求。隨著《水污染防治行動計劃》的實施,污水廠尾水排放標準也在提高,根據該工程入河口設置論證報告,出水水質將執行《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)準Ⅳ類標準。因此,需要對現狀污水廠進行提標和擴建。

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            二、現狀污水廠運行狀況分析

            2.1 現狀水量水質

            一、二期工程設計進水量為4.0×104m3/d,主要接收生活污水和部分工業廢水,其中工業廢水約占20%。該污水處理廠2016年—2018年的進出水水質如表1、表2所示。由表1、表2可知,該污水廠現狀運行效果較好,出水水質穩定達到一級A標準,滿足設計要求。

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            2.2 存在的問題

            雖然污水廠現狀運行狀況較好,出水水質穩定達到一級A標準,但考慮到提標擴建的需要,仍存在一定問題。

            (1)現狀一、二期工程已滿負荷運行,并多次出現進水量超過設計規模的情況。

            (2)實際進水BOD5濃度遠低于設計值,碳源不足,無法滿足進一步脫氮除磷的需求。

            (3)部分出水水質指標提升至準Ⅳ類,現狀工藝無法確保出水水質穩定達標。

            三、提標擴建工藝思路

            3.1 設計水質水量

            本工程設計總規模為8.0×104m3/d,包括現狀污水廠4.0×104m3/d規模提標改造和4.0×104m3/d規模擴建兩部分。以實際進水中各污染物90%累計頻率濃度值作為參考,同時考慮污水廠服務范圍內管網建設的逐步完善及截污控源工程的實施,為進水污染物濃度提高留有一定的富余量。考慮到實際進水BOD5濃度與原設計值相差較大,本次設計對原設計進水BOD5進行修正,其他指標與原設計值保持一致。同時,根據本工程入河口設置論證報告,出水水質執行《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)準Ⅳ類標準(COD、NH3-N、TP分別達到30、1.5、0.3mg/L,其余指標執行一級A標準)。設計進出水水質如表3所示。

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            3.2 提標擴建的原則

            (1)在污水處理工藝選擇上遵循“先生物強化,后物化輔助”的原則,采用技術先進、高效節能、穩妥可靠、布置緊湊、易于操作管理的處理工藝。

            (2)充分利用已建處理構筑物,以減少占地面積、工程投資和運行成本。

            (3)三期擴建工程處理工藝盡量與一、二期工程提標改造工藝保持一致,以利于工藝銜接和運行管理。

            3.3 工藝思路

            3.3.1 總體工藝思路

            進水營養物質比例關系分析根據本工程的現狀進水水質,BOD5/COD平均值為0.33,說明進水可生化性總體上較好,BOD5/TN的平均值為3,BOD5/TN<3的累積頻率為50%,表明進水碳源不足,需要額外投加碳源來滿足污水反硝化脫氮的需求,實際進水的BOD5/TP平均值為26.1,BOD5/TP≥20的累積頻率為72.7%,說明進水生物除磷效果尚可,因此,本工程可采用生物脫氮除磷工藝,同時為保證出水TP穩定達標排放,考慮生物除磷和化學除磷相結合。

            3.3.2 一、二期工程提標改造工藝方案

            一、二期工程主導工藝為“AAO生化池+氣水反沖洗濾池”,實際出水的COD、NH3-N、TP的準Ⅳ類達標率分別為98.8%、93.8%、86.5%,表明現狀處理設施對COD、NH3-N的去除效果較好,但考慮到現狀進水水質低于設計進水水質,本次提標工程需要強化COD、NH3-N的去除,保證水量和水質變化及冬季低溫條件下NH3-N和COD穩定達標,現狀深度處理工藝缺少混凝沉淀單元,為確保TP及COD出水穩定達到準Ⅳ類,本次提標考慮增加混凝沉淀工藝。而現狀進水BOD5濃度偏低且進水碳源不足,因此,本次提標工程需要考慮充分利用進水碳源并增加外碳源投加設施、提高內回流比及污泥濃度來保證生物脫氮效果。同時,現狀生化池周邊已無可用之地,因此對生化池的改造無法擴大池容,需要對生化池內部進行改造。

            現狀生化池采用AAO工藝,將其改造為五段Bardenpho工藝簡單易行,同時五段Bardenpho工藝在處理城市生活污水時運行穩定,基本不存在NO2-積累的困擾,硝化反應過程中產生的NO2-可以及時轉化為NO3-,因而脫氮效果較好。為強化NH3-N的去除,在無法增加好氧區池容的條件下,在好氧區增加懸浮填料,形成移動床生物膜反應器(MBBR),懸浮填料較大的比表面積有利于微生物的附著生長,通過微生物的富集提高污泥濃度,反應器內MLSS可高達30~40g/L,從而提高污染物去除效果。現狀生化池改造后形成“Bardenpho-MBBR”工藝,目前該工藝已有較多工程實例且運行效果較好。深度處理增加高效沉淀池以強化TP、SS和COD的去除效果。改造后的工藝流程為“Bardenpho-MBBR+高效沉淀池+氣水反沖洗濾池+紫外消毒渠”。

            3.3.3 三期擴建工藝方案

            三期擴建工程規模為4.0×104m3/d,考慮到一、二期工程已經運行多年,廠區運行管理已經成熟,同時考慮一、二、三期工程的銜接,三期擴建工程工藝盡量與一、二期提標改造工程保持一致。一、二期工程分兩組,每組規模為2.0×104m3/d,三期擴建工程也設置成兩組,每組規模為2.0×104m3/d,可以獨立運行。由于一、二期工程粗格柵及進水泵房、尾水泵房、鼓風機房、加藥間、污泥濃縮脫水間土建規模均為8.0×104m3/d,本次擴建工程對上述單體僅增加4.0×104m3/d規模的設備安裝。

            曝氣沉砂池具有水力停留時間較長、除砂效果好的優勢,除砂工藝選擇曝氣沉砂池,由于進水中含有部分工業廢水,為提高進水的可生化性,仍設置水解酸化池。由于現狀AAO生化池運行效果較好,出水各項指標的平均值已經達到準Ⅳ類設計要求,且污水廠運行管理人員已經對該工藝相當熟悉,同時考慮到擴建工程用地面積較充裕,本次擴建工程生化池采用改良型AAO工藝,同時為強化對COD、NH3-N的去除,采取延長好氧區水力停留時間、提高內回流比、投加碳源等措施強化生物脫氮除磷,保障出水水質穩定達標。深度處理與一、二期提標工程一致,采用“高效沉淀池+氣水反沖洗濾池+紫外消毒渠”工藝。

            提標擴建后的工藝流程如圖2所示。

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            四、工藝設計

            4.1 一、二期提標改造構筑物設計

            4.1.1 AAO生化池改造

            現狀AAO生化池設計規模為4.0×104m3/d,分2座,單座尺寸L×B×H=58.7m×41.3m×6.3m,有效水深為5.5m,超高0.8m,設計水力停留時間為14h,其中厭氧區停留時間為1.5h,缺氧區停留時間為4.5h,好氧區停留時間為8h。考慮到現狀生化池周邊已無可用之地,因此在保持現狀生化池池容不變的條件下,僅對生化池內部進行改造。保持現狀AAO生化池厭氧區AP和缺氧區AN不變,在好氧區O后面增加后缺氧區和后好氧區,將三段APANO工藝改造為五段Bardenpho工藝(APAN1O1AN2O2),O1區、AN2區、O2區停留時間分別為6、1h和1h,并在O1的第四、五格投加填料形成MBBR反應池,后缺氧區AN2增設攪拌器,可根據進、出水水質調整運行模式,保證系統硝化和反硝化的效果,后好氧區O2進一步去除BOD5,在后缺氧區AN2設置外碳源投加點,進水碳源不足時投加外碳源。設計MLSS=3500mg/L,填料污泥濃度為10000mg/L,硝化速率為450gNH3-N/(m3•d),填料投配料25%,填料比表面積為500m2/m3,污泥回流比為50%~100%,硝化液回流比為300%。增加內回流泵6臺(Q=1300m3/h,H=1.5m,N=7.5kW),懸浮填料為1.01×106m2(有效膜面積),懸浮填料專用推流器8臺(N=3.5kW,葉輪直徑為1600mm)。

            4.1.2 深度處理部分改造

            現狀深度處理構筑物為V型濾池和紫外消毒渠,本次設計在現狀V型濾池之前新增中間提升泵房及高效沉淀池1座(合建),規模為4.0×104m3/d,分2組,鋼筋混凝土結構,平面尺寸L×B=30.5m×28.6m,有效水深為6.85~7.2m。高效沉淀池機械混合時間為2min,絮凝反應時間為12min,分離區表面負荷為9.0m3/(m2•h)。設置潛水軸流泵3臺(Q=1133m3/h,H=3.5m,N=15kW,2用1備),機械混合攪拌器2臺(500~1000s-1,N=15kW),調速絮凝攪拌器4臺(30~60s-1,N=3kW),中心傳動濃縮機2臺(Φ=11.3m,N=0.75kW),污泥回流螺桿泵4臺(Q=42m3/h,H=10m,N=7.5kW,2用2備),剩余污泥螺桿泵4臺(Q=15m3/h,H=20m,N=5.5kW,2用2備)。

            4.2 三期擴建構筑物設計

            4.2.1 細格柵及曝氣沉砂池

            細格柵間和曝氣沉砂池合建,分2組,每組規模為2.0×104m3/d,地上式鋼筋混凝土結構,尺寸L×B×H=35.7m×9.3m×5.15m。每組設置格柵除污機1臺(B=1.2m,柵條間距為3mm,安裝角度為75°,N=1.5kW),螺旋輸送機1臺(Q=2m3/h,L=3m,N=2.2kW),螺旋壓榨機1臺(Q=2m3/h,L=3m,N=2.2kW),鏈條式刮砂機1臺(B=0.6m,N=0.37kW,安裝角度為30°),管式撇渣機1臺(DN300,N=0.37kW),羅茨風機3臺(Q=11.0m3/min,H=0.04MPa,N=11kW,2用1備)。

            4.2.2 水解酸化池

            采用上向流復合式水解反應池,池體自上而下依次分為出水收集區、配水區、沉淀耦合反應區、污泥反應區和布水區,沉淀耦合反應區安裝傾斜平板填料促進泥水分離,同時作為載體富集微生物,配水區通過配水軟管與布水區相連,采用多點布水器進行配水。水解酸化池設計規模為4.0×104m3/d,設置2座,單座規模為2.0×104m3/d,半地上式鋼筋混凝土結構,尺寸L×B×H=30.5m×30.5m×6.8m(地下為0.75m),有效水深為6.0m,HRT=4h,COD容積負荷為1.35kgCOD/(m3•d)。每座水解酸化池設置污泥泵2臺(Q=50m3/h,H=15m,N=5.5kW),多點布水器32套(Q=30~50m3/h),固定床平板填料140套(填料尺寸為4.0m×2.0m×1.5m,傾角為60°)。

            4.2.3 改良型AAO生化池

            由于NH3-N的出水標準提升至準Ⅳ類,考慮到現狀AAO生化池好氧區停留時間偏短,無法保證出水NH3-N穩定達標,為強化NH3-N的去除效果,本次設計好氧區停留時間延長至10.7h,由于進水碳源不足,增加了碳源投加裝置,碳源采用乙酸鈉,最大投加量為60mg/L,同時,為提高系統的脫氮效果,將內回流比設置為200%~300%。在好氧區后端增設攪拌器,根據需要可調為后缺氧區和消氧區的運行模式。新增2座改良型AAO生化池,單座規模為2.0×104m3/d,鋼筋混凝土結構,尺寸L×B×H=61.0m×42.0m×6.5m,有效水深為6.0m,設計MLSS=3500mg/L,污泥負荷為0.069kgBOD5/(kgMLSS•d),泥齡為15d,污泥回流比為50%~100%,內回流比為200%~300%,總停留時間為17.7h,其中預缺氧區停留時間為1.0h,厭氧區停留時間為1.5h,缺氧區停留時間為4.5h,好氧區停留時間為10.7h,厭氧區設置低速潛水推流器4臺(N=2.2kW,葉輪直徑為2300mm),預缺氧區設置低速潛水推流器4臺(N=1.7kW,葉輪直徑為2500mm),缺氧區設置低速潛水推流器6臺(N=2.2kW,葉輪直徑為2300mm),好氧區末端設置內回流泵3臺(Q=840m3/h,H=1.5m,N=7.5kW)。

            4.2.4 配水井及污泥泵房

            配水井和污泥泵房合建,設計規模為4.0×104m3/d,設置1座,半圓形布置,半地下式鋼筋混凝土結構,尺寸L×B×H=14.5m×8.5m×6.5m,設置污泥回流泵4臺(2大2小,小泵Q=420m3/h,H=6.0m,N=18.5kW,大泵Q=840m3/h,H=6.0m,N=37kW),剩余污泥泵4臺(Q=100m3/h,H=6.0m,N=5.5kW,2用2備)。

            4.2.5 二沉池

            考慮到出水水質要求較高,二沉池采用表面水力負荷較高的周邊進水、周邊出水輻流式沉淀池,設置2座周進周出輻流式二沉池,單座二沉池規模為2.0×104m3/d,鋼筋混凝土結構,池徑為38m,池邊水深為4.3m,超高0.5m,設計平均表面負荷為0.70m3/(m2•h),沉淀時間為3h。每座二沉池設置1臺中心傳動單管吸泥機(周邊線速度≤3m/min,N=0.55kW)。

            4.2.6 中間提升泵房及高效沉淀池

            中間提升泵房與高效沉淀池合建,設置1座,設計規模為4.0×104m3/d,鋼筋混凝土結構,平面尺寸L×B=28.6m×30.5m,有效水深為6.85~7.2m。高效沉淀池機械混合時間為2min,絮凝反應時間為12min,分離區表面負荷為9.0m3/(m2•h)。設置潛水軸流泵3臺(Q=1133m3/h,H=3.5m,N=15kW,2用1備),機械混合攪拌器2臺(500~1000s-1,N=15kW),絮凝攪拌器4臺(30~60s-1,N=3kW),中心傳動濃縮機2臺(Φ=11.3m,N=0.75kW),污泥回流螺桿泵4臺(Q=42m3/h,H=10m,N=7.5kW,2用2備),剩余污泥螺桿泵4臺(Q=15m3/h,H=20m,N=5.5kW,2用2備)。

            4.2.7 氣水反沖洗濾池及反沖洗泵房

            氣水反沖洗濾池與反沖洗泵房合建,設置1座,設計規模為4.0×104m3/d,鋼筋混凝土結構。濾池平面尺寸L×B=36.1m×28.8m,分2組,每組3格,分兩側對稱布置,中間為管廊,單格濾池面積為70m2,設計濾速約為4.0m/h。采用先氣沖洗、再氣水同時沖洗、最后水沖洗,同時表面橫向水掃洗持續全過程。氣沖強度為15L/(s•m2),歷時3min,水沖強度為8L/(s•m2),歷時6min。反沖洗泵房尺寸L×B×H=22.3m×7.3m×5.3m(地下2.7m),設置反沖洗水泵3臺(Q=882m3/h,H=10m,N=45kW,2用1備),羅茨鼓風機3臺(Q=31.5m3/min,H=0.05MPa,N=45kW,2用1備)。

            4.2.8 紫外消毒渠

            設計1座紫外消毒渠,規模為4.0×104m3/d,分兩格,鋼筋混凝土結構,尺寸L×B×H=11.0m×4.0m×5.0m(地下2.2m),設置80根UV3000PLUS燈管(N=15kW),紫外穿透率≥65%。

            五、經濟技術指標

            本工程預計總投資為16896.57萬元,其中工程費為14010.77萬元,工程建設其他費用為1489.71萬元,工程預備費為775.02萬元,建設期貸款利息為580.73萬元,鋪地流動資金為40.34萬元。單位處理水經營成本為1.21元/t,單位處理水總成本為2.02元/t。

            六、結論

            (1)該污水處理廠提標擴建工程設計總規模為8.0×104m3/d,分為一、二期提標改造和三期擴建兩部分,其中一、二期提標改造規模為4.0×104m3/d,三期擴建規模為4.0×104m3/d。

            (2)考慮到現狀廠區構筑物已經運行多年,廠區運行管理人員對現狀工藝流程較為熟悉并積累了豐富的經驗,且考慮到現狀提標改造工程與三期擴建工程的銜接問題,三期擴建工程工藝流程基本與現狀提標改造工程工藝流程一致。

            (3)本工程在現狀系統運行效果分析的基礎上,以充分利用現狀構筑物為原則,綜合考慮廠區現狀構筑物分布、用地情況等因素,對提標改造部分生化池和擴建部分生化池作了不同處理。在現狀生化池周邊已無可用之地的條件下,保持現狀AAO生化池池容不變,通過生化池內部改造將現狀AAO生化池改造為“Bardenpho-MBBR”生化池,并通過外加碳源、增加內回流比等措施保證生化池脫氮除磷效果,而擴建部分用地充足,采用了改良型AAO生化池,與現狀AAO生化池相比,增加了預缺氧區、延長了好氧區停留時間、增加了內回流比、補充了外加碳源,通過上述措施強化生化池處理效果,確保出水水質穩定達標。

            (4)該工程的實施不僅可以改善當地的人居環境,也有利于吸引外部投資,生態效益、社會效益和經濟效益顯著。(來源:中機國際工程設計研究院有限責任公司華東分院)

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