东港污水处理厂三期工程混合污水处理设计

2014-01-09沈勇

城市道桥与防洪 2014年7期

沈勇

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 工程概况

南通市东港污水处理厂三期工程位于南通市港闸区，位于现有一、二期工程（5万m3/d）东侧，具体位置为永兴路以东、兴泰路以西、沿江路以北的围合地块内。东港三期工程总规划用地面积约为28.31 hm2，其中近期规划用地面积约为17.5 hm2。

东港污水厂三期工程污水采用多模式AAO工艺，出水需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准之后通过尾水排放管排入2.5 km之外的华能电厂温水排水渠，最终排入长江。工程于2013年3月开始施工，即将于2014年6月建成通水。

2 工程规模

2.1 规划年限与污水水量

根据《南通市城市总体规划》和正在修编过程中的《南通市排水专业规划》，该工程服务范围为南通市港闸片区，服务年限近期为2015年，远期为2020年。

通过综合生活污水量预测以及工业废水量预测，最终确定东港污水处理厂2015年建设规模为15万m3/d，2020年建设规模为30万m3/d。已建东港污水处理厂一、二期工程设计规模为5万m3/d，因此，确定三期工程设计规模为10万m3/d，远期设计规模为25万m3/d。

2.2 设计进、出水水质

东港污水处理厂三期工程进水水质根据服务范围内的水质分析以及一、二期工程实际水质确定，出水水质需达到国家一级A标准，主要设计进、出水水质见表1。

表1 主要设计进、出水水质

3 工艺设计方案

3.1 进水特点

东港污水厂的主要服务区域为南通市港闸区，该区是南通市以工业为主、现代服务业为辅、城市居住相配套的重要组团，下辖唐闸镇街道等数个街道以及省级经济开发区——港闸经济开发区，因此，东港污水厂进水不是纯粹的生活污水，而是包含了较大比例的工业废水。根据给水资料预测，东港污水厂一、二期工程现状纳管污水量为57 500万m3/d，其中纳管的生活污水和工业废水比例为27∶73，而根据港闸区人口和用地的规划预测，东港三期进水中，生活污水和工业废水比例为40∶60。

由于东港三期工程的进水是生活污水及工业废水的混合废水，且其中工业废水所占比例较高，因此，进水水质具有如下特点：（1）进水水质浓度较高，污染物浓度总体较一般生活污水浓度高；（2）进水中溶解性难生物降解COD（S）I较高，经过取样测试，SI值占进水COD比例基本维持在20%左右；（3）污水可生化性较差，B/C比、C/N比均较低。

3.2 污水处理工艺

针对东港污水处理厂的进水特点，同时考虑到尾水需达到一级A的高出水标准，东港污水处理厂工艺方案针对其水质特点进行优化选取。

3.2.1 前处理

前处理：设置水解酸化池及中沉池。

东港污水厂一、二期设置了水解酸化池，多年的运行数据表明：设置水解酸化池，不仅可去除部分污染物（包括S）I，降低后续生物处理的负荷，有助于提高系统的抗冲击性和降低混凝沉淀的加药量，而且可有效提高污水的B/C，缓解后续脱氮除磷的碳源不足，因此，该工程前处理设置水解酸化池及中沉池。

3.2.2 污水处理

污水处理：采用多模式AAO工艺。

东港污水厂处理厂三期扩建工程是一座大型污水处理厂，所采用的工艺必须是成熟可靠的。随着厂外管网的不断完善和社会的发展，进水水量和水质会随之发生变化，也需要考虑工艺的先进性、运行的稳定性、调整的多样性和出水的安全性。

经过方案比选，该工程采用多模式AAO生物脱氮除磷处理工艺，可以根据进水水量、水质特性和环境条件的变化，灵活调整运行模式，既可按常规AAO工艺运行，也可按倒置AAO或强化脱氮改良AAO法工艺模式运行，在提高处理效果基础上，保证工艺可靠性。

（1）多模式AAO处理工艺功能分区

该工程推荐采用的多模式AAO工艺功能区布置详见图1。

图1 多模式AAO功能分区布置图

（2）多模式AAO处理工艺运行模式

多模式AAO工艺可以形成以下几种运行模式。

a.模式1——常规AAO法

以下为常规AAO生物脱氮除磷处理工艺运行模式。

调整污水进入点，污水从①进入厌氧池，污泥外回流从①进入厌氧池，混合液回流从③进入缺氧池，形成了常规AAO法。

常规AAO生物脱氮除磷处理工艺流程详见图2。

图2 常规AAO生物脱氮除磷处理工艺流程图

b.模式2——倒置AAO法

以下为倒置AAO生物脱氮除磷处理工艺运行模式。

调整污水进入点，污水按比例从①、②分别进入缺氧池和厌氧池，污泥外回流从①进入缺氧池，以补充反硝化所需的硝酸盐，提高脱氮效果。混合液回流从①进入缺氧池，就形成了倒置AAO法。

倒置AAO生物脱氮除磷处理工艺流程详见图3。

图3 倒置AAO生物脱氮除磷处理工艺流程图

c.模式3——强化脱氮改良AAO法

强化脱氮改良AAO工艺是根据国际先进的O/A理念而提出的新工艺，O/A理念由OXIC（好氧）/ANOXIC（缺氧）二段组成，应用后置反硝化，并吸收传统多点进水AAO工艺（Step Feeding）的优点，对进水碳源进行合理分配，采用前置硝化+后置反硝化，使整个系统的TN去除达到最佳。

以下为强化脱氮改良AAO生物脱氮除磷处理工艺运行模式。

调整污水进入点，污水从①进入厌氧池，厌氧池出水按比例从②、④分别进入缺氧池Ⅰ和缺氧池Ⅱ，污泥外回流从①进入厌氧池，混合液回流从②进入缺氧池Ⅰ，形成了强化脱氮改良AAO法。

强化脱氮改良AAO生物脱氮除磷处理工艺流程详见图4。

图4 强化脱氮改良AAO生物脱氮除磷处理工艺流程图

（3）多模式AAO工艺的技术优势和特点

多模式AAO工艺可以根据进水水质的变化，运用不同运行模式来保证处理效果，提高污水处理的稳定性，其技术特点总结如下。

a.通过污水和混合液进水的合理布点，可以合理选择污水进水点和混合液回流点，实现不同运行工况。可通过堰门、闸门的不同开启状况灵活方便地实现常规AAO、倒置AAO和强化脱氮改良AAO工艺的转换。

b.同时通过对进水不同位置堰门的流量分配，达到碳源合理分配的目的。

c.根据进水水质、水量的变化，通过调整实现不同运行工况，充分发挥各种处理工艺的特点，对污水进行有针对性的处理。

d.整个生物反应池布置简洁，分区明确，池数适中。对称布置，配水、配泥、配气灵活、均匀，水渠、泥渠互不重叠，总体布置合理清晰，便于维护管理。

3.2.3 深度处理

深度处理：采用混凝沉淀+过滤工艺，活性炭投加作为保障措施。

由于进水中溶解性难生物降解COD（S）I较高，二级生物处理对SI的去除效率很低，该工程考虑对二级出水进一步混凝沉淀过滤。经采样并实验分析，对二级出水进一步混凝沉淀，最多可去除COD约20 mg/L。

“水解+生化+混凝沉淀”工艺流程可有效处理东港污水处理厂的进水，但是考虑到污水厂水质变化较大，该工程考虑设置活性炭投加装置作为水质保障的应急措施。

3.3 污泥处理工艺

东港污水处理厂三期工程污泥处理以减量化为主，污泥经浓缩脱水处理后（污泥含水率小于70%），与污水厂一、二期工程产生的污泥一起外运至观音山电厂焚烧处置。

经计算，东港污水处理厂三期工程10万m3/d规模污水厂产生的剩余污泥及化学污泥总量为28 250 kg/d，湿污泥量为94 t/d（含水率70%）。

考虑到该工程脱水后污泥含水率需要小于70%，带式压滤机和离心机均无法满足要求，从处理效果、工作场所环境、设备运行的稳定可靠性、工程投资、经常费用、运行维护、工程实例等各方面综合比较，该工程污泥脱水推荐采用重力浓缩+板框脱水机处理工艺。

污泥处理工艺流程详见图5。

图5 污泥处理工艺流程图

3.4 污水厂工艺流程

东港三期工程处理流程如图6所示。

图6 东港污水处理厂三期工程处理流程图

4 工程设计

（1）粗格栅及进水泵房

三期工程设置粗格栅及进水泵房1座，土建按远期25万m3/d规模建设，设备按12.5万m3/d配置。粗格栅与进水泵房合建，平面尺寸为23.7 m×22.6 m，地下埋深8.70 m。粗格栅采用B=1 600 m钢丝绳牵引式格栅除污机 2 套，栅隙20 mm，安装角度为75°，功率为2.2 kW。进水泵房近期设4台潜水离心泵（3用1备），2台变频，远期增加4台。单台流量为630 L/s，扬程为14.4 m，功率为150 kW。

（2）细格栅及曝气沉砂池

细格栅及曝气沉砂池采用合建型式，近期共1座，设计规模为12.5万m3/d，平面尺寸为55.6 m×10.8 m。细格栅宽1.8 m，转鼓细格栅共3套，栅隙6 mm，安装角35°，功率1.5 kW。曝气沉砂池共2格，单格净宽4.0 m，设计有效水深3.0 m，有效长度24 m。每格安装链板式刮砂机1台，宽B=1 000 mm，功率0.375 kW。曝气量按0.2 m3空气/m3污水配置，在细格栅的架空渠道下设鼓风机房间，设3台罗茨风机（2用1备），单机风量700 m3/h，风压4.5 m，功率15 kW。

（3）水解酸化池

三期工程设置水解酸化池2座，每座处理规模为5万m3/d，每座分2组。水解酸化池平面尺寸为50.8 m×59.2 m，有效水深8 m，水力停留时间为10 h。水解酸化池采用完全混合式池型，每组设置4套功率为5.5 kW的推流器，使污水与污泥充分混合。

（4）中沉池

三期工程设置中沉池2座，每座处理规模为5万m3/d。中沉池采用圆形中进周出辐流式沉淀池，单池尺寸D=42 m，有效水深H=4.0 m，中沉池高峰表面负荷为 qmax＝1.95 m3/m2·h，平均表面负荷为q＝1.50 m3/m2·h。每座中沉池配置1套D=42 m中心传动吸刮泥机。

（5）中沉池污泥泵房

三期工程设置中沉池污泥泵房1座，服务于2座水解酸化池及中沉池，污泥泵房将中沉池污泥回流至水解酸化池，并将中沉池剩余污泥输送至污泥浓缩池。中沉池污泥泵房平面尺寸为9.8 m×9.2 m。配置有4台潜水轴流泵作为回流污泥泵，3用1备，其中2台变频，单泵流量为386 L/s，扬程为3.6 m，功率为30 kW。同时，配置有2台潜污泵作为剩余污泥泵，1用1备，单泵流量为40 L/s，扬程为8.2 m，功率为7.5 kW。

（6）生物反应池

生物反应池采用多模式AAO工艺，近期实施1座，处理规模10万m3。每座分2池，每池5万m3。

1座AAO池生物反应池总平面尺寸105.9 m×103.3 m。每座AAO池中分厌、缺氧区、好氧区前段、兼性区、好氧区后段。厌氧区停留时间1.5 h，缺氧区停留时间6.0 h，好氧区前段停留时间5.9 h，兼性区停留时间为2.0 h，好氧区后段停留时间为3.1 h，总停留时间为18.5 h。生反池设计有效水深7.5 m。高峰时供气量为36 000 m3/h，气水比为8.6∶1，污泥外回流比为50%～100%，混合液回流比为100%～300%。

生反池进水设单独进水渠，在厌氧、缺氧段各设置多个进水点，具体为第一、四、五格设3处进水点，配置可调堰门，根据各种不同的情况，合理分配进水量，满足脱氮除磷对碳源合理分配的要求。进水渠末端设电动渠道闸门，关闭进水可调堰门，开启末端渠道闸门，可实现对生物反应池的超越。每池在第一格厌缺氧区设置2台潜水轴流泵，可将厌氧池出水输送至后段兼性区（缺氧工况）作为反硝化碳源。

生反池设一条混合液配水渠。在第一、第二、第三格各设一进水点，配置渠道闸门，满足各种运行模式对混合液内回流点的要求。每池设单独外回流污泥渠，污泥外回流均回流至第一格，保证生物处理系统的泥量平衡。

厌、缺氧区采用完全混合式池型，通过设置24套直径为2.5 m，功率为4.3 kW的潜水推流器使水流完全混合。兼性区通过设置8套潜水搅拌器，在缺氧工况下，满足水力混合要求。

好氧区采用管式微孔曝气管进行曝气，能使曝气器排出的气泡直径维持在1～3 mm，曝气管直径90～120 mm，管有效长度1 000 mm；有效通气量≥12.0 m3/h·根(+20℃，101.3 kPa)。

（7）二沉池配水井

二沉池配水井按10万m3/d规模设计，三期共1座。

每1座配水井服务4座二沉池，配水井为圆形池，内径10 m，配水井旁设污泥泵房1座。污泥泵房内安装剩余污泥泵3台（2用1备），采用潜水排污泵，单泵流量40 L/s，扬程9.6 m，二沉池采用间歇排泥，每天2班，每班4 h。污泥泵房内还安装外回流污泥泵6台（4用2备，2台变频），配泵按回流比100%计，选用潜水轴流泵，单泵流量290 L/s，扬程3.7 m，水泵出水采用固定堰控制。在污泥泵房上部安装有2 t的电动葫芦1台，便于水泵的安装和维修。

（8）二沉池

二沉池采用圆形周进周出辐流式二次沉淀池，共4座二沉池座，每座处理能力为2.5万m3/d。二沉池直径42 m，池边有效水深4.2 m，高峰表面负荷为 qmax＝0.98 m3/m2·h，平均表面负荷为q＝0.75 m3/m2·h。每座二沉池配置 1 套 D =42 m水平管式吸泥机，功率为2.2 kW。

（9）高效沉淀池

高效沉淀池主要作用是污水与投加化学药剂充分混合、反应并沉淀。高效沉淀池共1座，平面尺寸为35.2 m×32.8 m，分2组，单组处理能力为5万m3/d。每组设混合池1座，尺寸为4 m×4 m，混合时间为2.06 min，设D=2 500 mm混合搅拌器1台；每组设反应池2座，尺寸为8 m×6 m，反应时间为16.58 min，共设D=3 500 mm絮凝搅拌器2台；每组设沉淀池1座，尺寸为16 m×16 m，采用斜板沉淀池倾斜角度为60°，斜板长度为1.5 m，斜板间距为70 mm，斜板有效投影面积的高峰表面负荷为12.4 m3/m2·h，每座沉淀池设D=16 m浓缩刮泥机1台。

（10）滤布滤池

三期工程设滤布滤池1座，采用外进中出全淹没布置转盘滤布滤池。滤池分4池并列布置，每池设置滤布过滤器1套、反洗泵2台，高峰设计滤速≤15 m3/h·m2。为方便检修起吊，滤池上部安装有2 t的电动单梁悬挂起重机1台。

（11）加氯接触池

三期工程采用二氧化氯消毒，设加氯接触池1座。接触池尺寸为28 m×20.9 m，分4条廊道布置，每条廊道宽5 m，有效水深为5 m，高峰流量时停留时间为31 min。在加氯接触池末端中设置2台潜水泵，单泵流量为125 m3/h，扬程50 m，用于加氯间二氧化氯发生器水射器供水。同时，加氯接触池末端还设有1套变频气压自动给水设备，供水能力为150 m3/h，用于供给厂区生产冲洗用水以及绿化浇灌用水。

（12）出口泵房

三期工程处理后的尾水排入2.5 km之外的华能电厂温水排水渠，与电厂冷却水一起排入长江。该处长江口历年统计最高潮位为5.13 m，故需设出口泵房，高潮位时，由泵房提升后排放，低潮位时，近期可由拍门借重力自流超越出口泵房排江。出口泵房土建设计规模25万m3/d，设备10万m3/d。长江最高潮位5.13 m，最低潮位-1.53 m，平均高潮位1.87 m，平均低潮位-0.09 m。

出水泵房内分为2格，共配置潜水轴流泵8套（6用2备），近期安装 4 台（3用1备），单泵流量Q=630 L/s，扬程3.6～9.1 m。

单格出水泵房平面尺寸17.95 m×11.70 m，出水泵房集水井设计最高水位3.20 m，最低水位1.80 m，集水井底标高-1.70 m，顶标高4.40 m。吊装用电动葫芦，起重量2 t，起升高度18 m。

（13）鼓风机房

鼓风机房平面尺寸为36.0 m×14.4 m，土建按25万m3/d建设，设备按10万m3/d配置。

鼓风机采用空气悬浮风机，在溶解氧较高或处理量较小时通过变频器可调整风量，降低风机能耗。鼓风机房内设6台鼓风机，单台风量100 m3/min，风压8.8 m水柱。

鼓风机房设有进风廊道，安装有带过滤网的进风过滤器。

（14）加药间

加药间土建按25万m3/d建设，设备按10万m3/d配置。平面尺寸为30.0 m×13.8 m，主要投加药剂包括混凝剂PAC、助凝剂PAM以及活性炭。加药间下层为PAC原液池，上层设置3座溶液池，并配置5台混凝剂隔膜计量泵（4用1备），远期增加7套（10用2备），近期PAC用药量为2 000 kg/d。助凝剂溶药和投加装置为成套装置，近期配置1套，制备能力为2.1 kg/h，投加浓度为0.01%，近期PAM用药量为50 kg/d。设置活性炭投加装置为应急保障措施，在进水水质波动影响出水达标时投加以确保出水CODCr达标，活性炭投加装置为成套装置，共配置1套，投加能力为200 kg/h。

（15）加氯间

加氯间土建按25万m3/d建设，设备按10万m3/d配置。平面尺寸为15.6 m×9.6 m，近期安装CLO2加氯装置3套（2用1备），每套加氯能力为20 kg/h。

（16）污泥脱水机房及堆棚

三期工程脱水采用深度脱水工艺，设置脱水机房及堆棚1座，按10万m3/d规模建设，尺寸为41.75 m×34.5 m。近期污泥量为28 250 kg/d，经浓缩池浓缩至含水率≤98%，污泥体积为1 413 m3/d。污泥在贮泥池中投加污泥调理剂（石灰+FeCL3）后进入脱水机房，共配置4台板框压滤机，3用1备，单台板框压滤机处理能力为Q=800 kgDS/h（以干泥量计）。板框压滤机出泥通过皮带输送机输送至污泥堆棚，最终外运至观音山电厂焚烧处置。