富阳污水处理厂四期工程设计方案

万明辉

（上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海市 200092）

0 引言

富阳污水处理厂一期工程于2001年建成运行，其设计规模为2万m3/d，期间经过二期3万m3/d和三期3万m3/d的扩建，目前设计规模达到8万m3/d，处理后尾水排入富春江。污水厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级B标准。

随着富阳经济快速发展及市政管网的不断完善，污水量也随之增加。同时，为了有效遏制富春江流域水体环境的不断恶化，保障下游杭州市取水水源的水质安全，富阳污水处理厂排放标准需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002中的一级A标准。因此，在上述背景下提出实施富阳污水处理四期扩建及提标改造工程。

1 污水厂现状介绍

1.1 处理水量及进出水水质

富阳污水处理厂一、二、三期工程设计总规模为8万m3/d，均采用回转式氧化沟工艺，目前污水处理厂已基本满负荷运行，原设计进出水水质见表1。

近两年来污水处理厂实际出水水质频率统计表，见表2。

表2 2011年～2012年污水处理厂出水水质频率

从表2可知，各出水指标能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002一级B标准，但C OD、SS、T P等指标尚不能满足一级A标准的要求。

1.2 原污水处理工艺流程

原污水处理厂采用回转式氧化沟处理工艺，流程见图1。

1.3 原污水厂运行状况评述

富阳污水厂现状运行情况良好，出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标准。但是随着进水水质和出水水质标准的提高，现有构建筑物存在以下一些问题，需在本次工程中予以升级改造。

图1 原污水处理工艺流程

（1）一期氧化沟前无厌氧除磷池，仅可满足生物脱氮功能，无除磷功能。

（2）二、三期氧化沟设计规模均为3万m3/d，设计出水水质标准都提高后，原有的池容及水力停留时间已无法满足处理达标的要求。

（3）需增加深度处理，使 C ODcr、SS、T P 等指标稳定达到一级A标准。

（4）紫外线消毒池剂量偏低，粪大肠菌不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002一级A标准。

（5）现有污泥处理设施容量和规模均偏小，且设备设施老化。

2 扩建及改造工艺设计[1,2]

2.1 设计水量及水质

经污水量分析与预测，污水处理厂规模为近期（2020年）14万 m3/d，远期（2025年）24万 m3/d。因目前富阳污水处理厂扩建用地非常有限，周围已无可征用土地。现有的富阳污水厂扩建至14万m3/d规模后，不再继续扩建。远期另行选址，解决污水量增加的问题。

从富阳污水处理厂近四年来的日平均数据频率统计，按85%保证率，进水水质见表3。

表3 按保证率统计进水水质指标

从分析结果来看，进水85%保证率的C ODcr值较高，导致这一结果的原因可能是服务范围内工、企业没有严格执行相应国家标准排放废水，目前，污水厂服务范围内的工、企业主要为房地产、机械电子及通信、新型建材等，且排放的废水大部分为职工生活污水。由于行业的不同，或者同行业的企业运营管理水平不同，其排放的废水水质及水量差别较大。尽管如此，工业废水的排放均必须满足《污水排入城镇下水道水质标准》（C J 343-2010）的标准要求。结合富阳市工企业分布和排水量情况，预测工业废水的水质见表4。

表4 预测工业废水水质

根据现状资料，污水厂服务范围内的生活污水与工企业废水的比例为（55%～60%）：（45%～40%），且工企业废水中约30%为职工生活污水，10%～15%为工业废水。职工生活污水水质按一般生活污水水质计算，则生活污水与工业废水的比例约为85%：15%，根据相应水质进行加权平均，结果见表5。

表5 加权修正后的水质指标

随着管网系统的完善，居民生活用水纳管率将进一步提高，且工企业纳管标准的严格执行，C ODcr预计将逐步降低。为了保证污水厂的设计经济合理，同时又适当留点余地，结合上述分析，确定富阳污水处理厂四期工程设计进水水质见表6。

表6 设计进出水水质

富阳污水厂排放口位于杭州城市取水口上游的特殊地理位置，污水厂排水需确保下游杭州城市取水水源的水质安全。根据浙江省环保厅和浙江省发展和改革委员会《关于印发钱塘江流域水污染防治“十二五”规划》的通知规定，本工程尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A标准，见表7。

表7 设计出水水质

2.2 工艺方案设计

本工程设计进水指标较原指标稍高，出水指标从一级B提升至一级A，污水处理需进行全面升级。本工程对一、二、三期工程进行升级改造，延长反硝化时间以增强脱氮效果。本次设计通过对前三期氧化沟池容、设备能力及去除污染物能力进行校核，在最大程度利用现有污水处理设施基础上，将一期氧化沟减量至1.8万m3/d，二、三期氧化沟各减量至2.1万m3/d，经改造后，前三期总处理量从8万m3/d减至6万m3/d，同时，四期扩建8万m3/d来保证14万m3/d总处理规模。此外，相比二、三期氧化沟，一期氧化沟缺乏除磷功能，本次改造在一期氧化沟前增设有生物除磷功能的厌氧反应池。

本工程污水处理厂设计进水水质BOD5/C ODcr=0.44，属于较易生物降解范畴。为确保四期扩建及升级改造工程实施后出水水质的稳定，四期扩建工程采用了具有生物脱氮除磷功能的多模式倒置AA O工艺，倒置A/A/O缺氧区与厌氧区相邻，在温度较低，缺氧区无足够反硝化能力时会有部分硝酸盐带入厌氧区，导致厌氧区体积减小，除磷效率下降。为了解决由于反硝化速率降低，硝酸盐进入厌氧区，干扰磷的厌氧释放。在厌氧区前增加1点进水可确保优质碳源进入厌氧区，保证除磷效果；同时污水处理工艺在分点进水倒置A/A/O工艺的基础上增加缺氧混合液回流，这样在冬季水温较低的情况下，污水处理工艺可以按U C T模式运行，确保系统能够达到较好的除磷效果。为保证脱氮效果，本工程设置碳源应急投加系统，在进水BOD5/T N较低的时候投加碳源。

目前，仅仅通过二级生物脱氮除磷工艺，很难达到一级A的排放标准，尤其是T P指标，需增加深度处理设施来保证出水稳定达标[1-2]。本工程将全厂14万m3/d二级出水进行统一深度处理。根据现场用地条件，对沉淀、过滤、消毒工艺等进行了综合比选，深度处理采取“高效沉淀+滤布滤池+紫外线消毒”工艺。

为了降低污水处理污泥处置运行费用，为污水处理厂污泥寻找多种可靠的出路，近期，根据与当地热电企业签署意向书，本工程将污泥经螺压式浓缩机浓缩，板框压滤机脱水，污泥含水率降至60%以下，运送至热电厂混合焚烧。

四期扩建及提标改造工程工艺流程见图2。

图2 四期扩建及提标改造工艺流程

2.3 主要水处理工艺设计

2.3.1 一期构建筑物工艺设计

（1）混合池

新建混合池一座，平面尺寸为5.0 m×5.0 m，井深6.65 m。将各处进厂污水管道汇入混合池混合均质，再分配至一、二、三期已建泵房及四期新建泵房，污水性质相对统一，运行工况大体一致，便于运行管理。

（2）进水泵房及旋流沉砂池

利用原有构筑物，原规模设计2.0万m3/d减量至1.8万m3/d，新增细格栅（B=1.2m、b=5mm）2台。

（3）厌氧池

本工程新建厌氧池1座，平面尺寸为26.2 m×10.0 m，有效水深4.5 m，停留时间为1.5 h。

（4）回转式氧化沟

利用原有的2座回转式氧化沟，对其进行减量化改造，改造后单座氧化沟处理水量为0.9万m3/d。在缺氧区增加6台水下推进器，保证氧化沟内的良好的推流环境。改造后水力停留时间为17.3 h。

（5）配水井及回流污泥泵站

利用原配水井及回流污泥泵站。外回流污泥回流管路切改至新建厌氧池。更换5台回流泵（Q＝208 m3/h、H=4.5 m、N=5.5 kW）。

（6）二次沉淀池

利用原辐流式二次沉淀池。减量后处理水量为 1.8 万 m3/d，表面负荷 0.69 m3/(m2·h)。

2.3.2 二、三期构建筑物工艺设计

（1）粗格栅及进水泵房

利用原有构筑物，经减量后，总规模由6万m3/d减量至4.2万m3/d，经复核，将潜污泵由原来的4用1备调整为3用2备，水泵型号不变。

（2）回转式氧化沟

二、三期回转式氧化沟本次进行减量化改造，改造后单座氧化沟处理水量为2.1万m3/d，每组氧化沟减量至1.05万m3/d。

以其中1组为例，关停紧邻厌氧区与氧化沟连接进水管处的表曝机，将每组氧化沟中间的2段廊道改造成缺氧区，强化脱氮效果；每组更新另1台表曝机（N=93.2 kW，充氧效率为2.0 kgO2/（kW·h)），并在2段外侧廊道内各增设1台转刷曝气机（直径1.0 m，N=24 kW），以保证好氧段的供氧确保硝化。增加2套水下推进器，保证氧化沟内的良好推流环境。改造完之后的水力停留时间为19.3 h。

（3）紫外消毒池及出水泵房

厂内紫外线消毒池于污水厂三期扩建时建设，土建规模按14万m3/d建设，设计规模8万m3/d，设计出水标准一级B。目前运行的紫外线消毒设备已无法满足出水一级A标准消毒的要求，本次予以更换，同时在原远期预留的渠道再增设1套紫外线消毒设备，确保水质升级后能稳定达标，同时增加出水泵。

2.3.3 四期构建筑物工艺设计

（1）粗格栅及进水泵房

新建粗格栅及进水泵房1座，设计规模8万m3/d。设置2台钢丝绳牵引栅除污机（B=2.5 m，b=20 mm，θ=75°），6台潜水离心泵（Q=1 083m3/h，H=10.5m，N=45 k W）。

（2）细格栅及曝气沉砂池

新建细格栅及曝气沉砂池1座，尺寸30.0 m×11.4 m，设计规模8万m3/d，停留时间7 min。设置2台转鼓式格栅除污机，1台桁车泵吸式吸砂机，2台吸砂泵，2台罗茨鼓风机。

（3）综合反应池

新建综合反应池1座，设计规模8万m3/d。本构筑物为组合式构筑物，共包括初沉池、生物反应池与二次沉淀池。

平流式沉淀池，2座，每座4个渠道，单渠道宽度6.5 m，尺寸为28.8 m×82.4 m。表面负荷约2.33 m3/(m2·h)。

生物反应池，1座2池，每池可独立运行，尺为寸115 m×82 m。好氧泥龄11.8 d，反应池污泥负荷 0.052 kGBOD5/kg ML SS.d，ML SS3.5 g/l，总水力停留时间18.15 h，气水比6.37，好氧混合液回流比为100%～200%，外回流比为50%～100%。

矩形平流式二沉池，1座。尺寸为85.0m×62.4m，表面负荷为1.05 m3/(m2·h)，有效水深为4.0 m。

（4）高效沉淀池

新建1座4池，设计规模14万m3/d，表面负荷为 9.0 m3/(m2·h)。混合区尺寸为 3.5 m×3.5 m，单池絮凝区尺寸为6.5 m×6.5 m，单池沉淀区尺寸为14.5 m×14.5 m。

（5）加药间

新建加药间1座，设计规模为14万m3/d，尺寸为 23.0 m×15.0 m，P AC加药量为 30 mg/L，P A M加药量为1.0 mg/L，醋酸钠投加量为30 mg/L。

（6）滤布滤池

新建滤布滤池1座，设计规模为14万m3/d，尺寸为25 m×12.4 m。滤布滤池设备4套，处理能力 1 460万m3/h，直径为3.0 m，N=7.5 k W。

（7）鼓风机房

新建鼓风机房1座，尺寸为27.2m×14.6m，供气量360m3/min，悬浮鼓风机4台（Q=130.0m3/min，H=8.0 m，N=180 k W）。

2.4 污泥处理工艺设计

（1）均质池

新建储泥池1座，尺寸为27.7 m×12.0 m，有效水深4.0 m。用于浓缩机房前，以保证浓缩设备的正常运行。

（2）污泥浓缩脱水机房

利用原污泥脱水机房（24 m×18 m）改造为污泥浓缩机房（36 m×18 m），设置污泥浓缩机4台，3用1备（Q=50～80m3/h，N=7.5 k W，t=16 h/d,进泥浓度约99%，出泥浓度93～94%，单套干泥量619.5 kg/h）。

（3）污泥脱水机房

新建污泥脱水机房1座，尺寸34.5m×23.5m。采用3套高压压滤机对污泥进行脱水，脱水后污泥含水率小于60%。

3 电气和仪表自控设计

污水处理厂为二级负荷，本工程一期工程已申请二路10 k V电源，一用一备。本次四期工程拟新申请2路10 k V外线，2常用，引至新增1#变电所，每路电源需承担100%用电负荷，原有2路外线停用。

本次自控系统设计采用与原污水厂自控系统相结合的方式，根据工艺流程增设3座现场控制站（P L C8、P L C9、P L C10）以及1座现场控制子站（P L C2-1），同时对现有部分现场控制站扩容改造，在新建综合楼内设置一间新的中控室，将原有一期到三期中控信息整合进新建中央控制系统内。同时增加新建构筑物的网络通讯系统及防雷接地等。

4 工程的特点

（1）富阳市污水处理厂位于富春江北岸的沿江景观带，周边为高档居民区、旅游风景点、学校等敏感地带；且位于杭州市水源地上游，出水水质直接影响杭州市市民的饮用水安全。在处理工艺的选择上，必须选择技术可行、成熟稳定、先进高效、经济合理的工艺，确保水、气、声、固的全面稳定达标排放。

（2）本工程是一项改扩建工程，工程内容繁多且复杂，经过前三期工程建设和内部技改，厂区管线错综复杂，设备状况参差不齐。既包含6万m3/d的扩建，又包含对现状8万m3/d的提标改造，还包含全厂污泥的深度脱水、预处理区和污泥处理区的除臭。在设计和实施过程中，必须充分考虑改扩建对现有设施的影响。尽量利用原有构筑物和机电设备，选择与原工艺相兼容的工艺，减少改造对运行的影响。在新建构（建）筑物和改造的过程中，需确保污水厂的总体达标运行。

（3）富阳市污水处理厂现状用地面积为：5.40hm2，四期工程新增用地4.09hm2，污水厂实际总用地面积仅为9.49hm2。而根据《城市生活垃圾处理和给水与污水处理工程项目建设用地指标》（2005年版），富阳污水厂总规模为14万m3/d（属于Ⅲ类污水处理厂），二级处理污水厂建设用地控制面积为：9.0hm2，深度处理用地控制用地面积为3.1hm2，其用地控制总面积为12.1hm2。跟用地指标相比，实际用地减少了2.61hm2，减少了21.6%的用地。新增建设用地形状不规则，对一些三角地块难以充分利用。因此，在总平面布置上应当力求紧凑，在构筑物池型的选择中，在满足设计功能的前提下，采用集约化的综合反应沉淀池，实现了精细化设计。

参考文献：

[1]张辰.城镇污水处理厂升级改造工程要点[J].给水排水,2008,34（5）:1-2.

[2]孙梦,张培玉,张晨.城市污水的除磷技术分析[J].水处理技术,2010,36(8):16-20.