同安污水厂改造与扩建工程案例

吴艳华，张晓维，许从愿，刘泰铃，陶光辉，陈春明

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010)

1 同安污水厂概况

同安污水厂现状规模为10万m3/d，包括一期、二期和三期工程。其中，一期工程规模为5.0万m3/d，于2003年投产运行；二期扩建时，服务范围内工业废水逐渐增多，将一期工程5万m3/d调整为承担4万m3/d处理任务，二期工程承担6万m3/d处理任务，一期和二期工程总规模达到10万m3/d，二期工程于2009年投产；三期工程是规模为10万m3/d的提标改造工程，也于2018年年初完成并投入运行。污水厂现状处理工艺为：细格栅+曝气沉砂池+多点进水AAO生化池+幅流式二沉池+中间提升泵房+混凝沉淀池+反硝化深床滤池+接触消毒池。现状出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，其中BOD5、NH3-N、TN指标执行地表水Ⅳ类标准。

随着工业的快速发展、城市规模的迅速扩大及截污管网工程的大力实施，污水量增长迅速，必须对现有污水厂进行扩建。根据污水量预测分析，确定同安污水厂远期总规模为25万m3/d。近期需扩建10万m3/d(即本次四期工程)，预留5万m3/d远期再扩建。考虑到工业废水的混入，进水水质浓度高及出水水质要求高的特点，扩建工程采取了流程较长的处理工艺方案，扩建工程整体处理思路与现状处理工艺基本一致。

2 工艺方案

2.1 设计进出水水质

污水厂进水CODCr、BOD5、TP、TN等均较高，近4年95%覆盖率CODCr达到814.4 mg/L，平均值达到375.1 mg/L；95%覆盖率TP达到19.43 mg/L，平均值达到9.6 mg/L；95%覆盖率TN达到52.16 mg/L，平均值达到33.0 mg/L；各项污染物进水浓度高，处理难度大。

近年来，随着环保执法力度的逐渐加大，以及对工业企业违法偷排查处力度加强，污水厂的进水水质基本处于相对稳定状态，因此，污水厂设计进水水质取值如表1所示。

根据环境保护局的批复意见，同安污水厂出水水质要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 189180—2002)一级A标准，其中BOD5、NH3-N、TN指标执行地表水Ⅳ类标准，与《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)中城市杂用水水质标准相比，仅粪大肠菌群指标不满足要求，杂用水要求小于3个/L，出水执行表2标准。

表1 同安污水厂设计进水水质Tab.1 Influent Quality of Tong'an WWTP

表2 同安污水厂出水水质Tab.2 Effluent Quality of Tong'an WWTP

2.2 工程设计水量

根据总用水量预测及污水量测算，同安污水厂近期规模为20万m3/d，远期总规模为25万m3/d。现状规模为10万m3/d，本次扩建规模为10万m3/d。

2.3 工艺流程的确定

同安污水厂的尾水标准与国内大部分厂站相比，已是高标准要求。针对现状同安污水厂进水混入工业废水和尾水要求回用的特点，扩建工程采用强化常规处理工艺，并增设深度处理工艺，使出厂水水质始终满足或优于尾水执行标准的要求。

2.3.1 常规处理工艺

同安污水厂现状处理工艺前端未设置初沉池，因此，面对高浓度进水及重金属突击时，对生化池及后续处理构筑物的处理效果冲击较大，结合同安污水厂现存问题，吸取现状污水厂的经验教训，扩建部分采用的强化常规处理工艺如下。

(1)增设初沉池，通过一级高效沉淀池的初沉，在去除SS的同时，去除约20%的有机污染物，有效降低了后续生物处理的负荷，更有利于生物处理的效果。在面对重金属等污染物质的冲击时，通过SS的沉淀去除，也可以同步降低一部分重金属的浓度，减轻对后续生物处理的不利影响。

(2)重视内碳源的分配，在生物处理工艺上，设计比现状生物处理更长的好氧停留时间，确保氨氮的彻底硝化；另外，选择三点进水AAO，对生化池分多点进水，营造不同的缺氧、好氧环境，充分利用内碳源进行反硝化，可大幅度降低外碳源的用量，降低运行费用。

2.3.2 深度处理工艺

为了进一步去除污水中较易沉积的悬浮物及BOD5、TP，深度处理设置二级高效沉淀池，考虑到污水厂进水TN偏高，同时,为更好地同现状深度处理工艺进行衔接，保持工艺的一致性和管理的便利性，深度处理阶段采用反硝化滤池，确保出水TN达标。为了确保尾水的顺利排放，在现有的中间提升泵房内增设设备，对扩建工程的污水进行中途提升。

2.3.3 污泥处理工艺

现有污泥处理区位于厂区西北侧，原污泥处理区按照规模10.0万m3/d建设，污泥浓缩池和污泥脱水车间空间均不足，没有改造空间，且污泥处理区距离现有居民安置房较近，屡次遭到投诉。因此，本次对厂区污泥处理区进行整体迁建，在厂区东南侧重建全厂污泥处理区，规模满足全厂远期25万m3/d污水产生的剩余污泥处理能力，脱水后污泥外运焚烧处理。

该套污泥系统的工艺流程如图1所示。

图1 同安污水厂污泥处理流程示意图Fig.1 Diagram of Sludge Treatment Process of Extension Project of Tong'an WWTP

同安污水厂现有污泥处理工艺为“重力浓缩+离心脱水”工艺，运行较为正常，能满足现状污水处理厂的运行需求。本次扩建为最大程度地利用现有设备，仍保持该工艺流程不变，在厂区东南侧新建全厂的污泥处理中心、污泥浓缩池、污泥脱水车间、脱水设备。建设完成后，将现有污泥脱水车间内的设备搬迁至新的污泥脱水车间内，处理后的泥饼运输至腾龙树脂焚烧处置。

2.3.4 扩建、改造工程工艺流程

通过分析比选并结合同安污水厂现状处理工艺，确定扩建工程的工艺流程如图2所示。

3 工艺设计

3.1 污水处理系统

3.1.1 新建粗格栅及提升泵房

现有粗格栅及进水泵房按照旱季规模10.0万m3/d建设，泵房内6个泵位已全部安装到位，现有泵房及出水管道均无法满足扩容到25.0万m3/d，因此，本次扩建需新建一座粗格栅及进水泵房，土建规模按照15.0万m3/d，设备安装规模按照10.0万m3/d。格栅间包括格栅除污机及检修闸门，共设置格栅机3套，渠道宽度为1.30 m，栅条间隙为20 mm，安装倾角为70°。泵房内设潜污泵4台，3用1备，单泵参数：Q=1 806 m3/h，H=13 m，P=110 kW。泵房内配套起吊设备和闸门等。

3.1.2 新建细格栅及曝气沉砂池

新建细格栅及曝气沉砂池一座，土建规模为15.0万m3/d。

细格栅间共分为3个廊道，近期安装，其中2个廊道里的循环齿耙清污机，渠道宽度为2.30 m，栅条间隙为5 mm，安装倾角为60°，在格栅后设置1台无轴螺旋输送机及压榨机，将栅渣输送至渣斗和渣车，脱水后的栅渣含水率应小于60%。格栅前后各设置1台手电两用渠道插板闸门，尺寸为1.4 m×1.70 m，作为格栅检修时切断水流使用。

建设曝气沉砂池一座，内分为两个廊道，尺寸为28.9 m×12.90 m，有效水深为3.20 m，峰值流量停留时间为5.45 min。

曝气沉砂池内设置移动桥式吸砂机，跨度为12.2 m，配置2台除砂泵，单泵流量为42 m3/h，H=7.0 m，将砂斗内沉积砂粒提升后，输送至砂水分离器，经过砂水分离后，外运处置，空气干管设置在沉砂池中部，采用罗茨风机供气。经收集后的浮渣由撇渣管收集外排。

图2 同安污水厂扩建工程工艺流程Fig.2 Process Flow of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.3 新建一级高效沉淀池(初沉池)

新建一级高效沉淀池一座，作为全厂的初沉池，可降低后续生化处理构筑物的负荷，减小生化处理构筑物容积，减少投资。土建规模按照远期规划规模25.0万m3/d建设，共分为5格，其中两格接现状生化池，两格接本次新建的AAO生化池，预留一格为远期再扩建的生化池使用。本次新建高效沉淀池土建尺寸为98.50 m×26.05 m×5.90 m，混合区停留时间为4.56 min；絮凝区停留时间为9.42 min，沉淀区最大表面负荷为18.36 m3/(m2·h)，平均表面负荷为14.12 m3/(m2·h)。

3.1.4 新建多点进水AAO生化池

本次新建的生化池采用多点进水AAO生化池，土建规模为10.0万m3/d，共设置2座，每座分为2格，每格规模为2.5万m3/d。

单格设计流量为0.29 m3/s，系统平均MLSS取3.5 g/L，污泥龄取24 d，设计温度为15～30 ℃，污泥负荷为0.085 kg BOD5/(kg MLSS·d)，容积负荷为0.298 kg BOD5/(m3·d)，水力停留时间为19.28 h。其中，厌氧区停留时间为2.21 h，缺氧区停留时间为6.17 h，好氧区停留时间为10.9 h。设计平均需氧量为2 109.24 kg/h；污泥回流比为50%～100%；混合液回流比为100%～200%[1]。

每座多点进水AAO生化池尺寸为124.8 m×52.3 m×9.20 m，进水70%分配在水池前端，20%分配在缺氧区中部，10%分配在好氧区。

3.1.5 新建平流沉淀二沉池

为更好地与生化池组合，节省占地，二沉池采用矩形平流式二沉池，与生化池对应，土建规模为10.0万m3/d，共2座，单座对应规模为5.0万m3/d。

二沉池平均时表面负荷为0.78 m3/(m2·h)，最大时表面负荷为1.01 m3/(m2·h)，固体负荷为51.49 kg/(m2·d)，最大时沉淀时间为3.03 h，平均时停留时间为4 h，单座平面尺寸为68.15 m×52.30 m，有效水深为3 m。二沉池采用中心传动刮吸泥机进行排泥。

3.1.6 现状中间提升泵房改造

现状中间提升泵房土建已按25万m3/d规模一次建成，采用半地下式结构，尺寸为29.5 m×10.0 m×8.6 m。本次扩建按10万m3/d规模新增水泵及相应电气设备，增设3台大泵，2用1备，单台参数Q=2 700 m3/h，H=8.0 m，N=90 kW。

3.1.7 新建高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分3格，每格规模为5万m3/d，总平面尺寸为44.6 m×27.2 m×7.7 m，近期安装其中两个格内的设备，一格为远期预留。

单格池子处理流量为2 083 m3/h，混合池停留时间为1.28 min，絮凝反应池停留时间为3.95 min，；沉淀池斜管面积为162 m2，斜管区平均表面负荷为12.87 m3/(m2·h)，最大表面负荷为16.73 m3/(m2·h)。

3.1.8 新建反硝化深床滤池

建设反硝化深床滤池1座，分为12格，土建总规模为15万m3/d，设备安装规模为10.0万m3/d，余4格远期安装设备。

3.1.9 新建接触消毒池

尾水采用电解法现场制备次氯酸钠投加，接触消毒池保证消毒剂和尾水的混合以及接触时间≥30 min。扩建工程新建接触消毒池1座，平面尺寸为30.6 m×30.4 m，有效容积为4 200 m3，满足远期15.0万m3/d规模消毒需要。由于用地紧张，接触消毒池与综合处理车间采用叠放方式建设，地下室建设为接触消毒池，上部建设加药间、管理用房等设施，如图3所示。

图3 同安污水厂扩建工程消毒工艺流程Fig.3 Disinfection Process of Extension Project of Tong'an WWTP

3.1.10 新建外加碳源车间

3.1.11 新建投药系统

在初沉池和深度处理高效沉淀池内拟投加PAFC作为絮凝和除磷药剂，助凝药剂采用PAM。

初沉池中投加化学药剂，主要作用是絮凝，强化初沉池SS的去除效果，因此PAFC药剂(10%溶液)投加量按照50 mg/L设计，PAM投加量按照0.5 mg/L设计。深度处理高效沉淀池内，PAFC(10%溶液)投加量按照100 mg/L设计，PAM投加量按照1.0 mg/L设计。PAFC投加点位于高效沉淀池混合区，PAM投加点位于高效沉淀池絮凝区。

3.2 污泥处理系统

重建全厂污泥处理区，规模满足全厂远期25万m3/d污水产生的剩余污泥处理能力，设备按照近期进行安装。按远期25万m3/d污水规模计算：剩余污泥干重为37.5 t/d，含水率为99.2%；化学污泥干重为4.41 t/d，含水率为99.2%。

3.2.1 新建浓缩池

新建浓缩池设计规模为25万m3/d，采用圆形钢筋砼浓缩池Φ=18 m、H=5.0 m，4座，顶部轻质材料加盖。

工程需浓缩污泥总干重为41.91 t/d，需浓缩污泥体积约5 238.75 m3/d，污泥停留时间为23.3 h，浓缩前进泥含水率取99.2%，浓缩后污泥量为1 397 m3/d，含水率为97.0%。

3.2.2 新建储泥池

储泥池接纳浓缩池浓缩后的污泥和初沉池排放而来的污泥，污泥含水率为97%，储泥池内设置搅拌机，保证污泥浓度均匀，保障离心脱水机的正常运转，为脱水机运行供应充足的均质污泥。

储泥池储存时间按照2.0 h确定，所需总容积为163.4 m3。储泥池分为2格，平面尺寸为9.0 m×3.0 m，有效深度为3.0 m，每格池内设置3台污泥搅拌机，保证污泥均质。

3.2.3 新建污泥脱水车间

新建的污泥脱水车间土建按照远期总规模

25.0万m3/d建设，采用离心脱水机脱水，机房主要由投药系统、反冲洗水系统以及浓缩脱水系统构成。其中,反冲洗水来自厂区回用中水，由加压泵送至。

4 运行效果分析

同安污水厂现状运行工艺为：细格栅+曝气沉砂池+ AAO池+平流沉淀池+中间提升泵房+二级高效沉淀池+反硝化深床滤池+接触消毒池。2018年以来，污水厂进水水质波动剧烈，进水浓度居高不下，较前几年，进水浓度显著偏高，在此恶劣条件下，污水厂绝大部分时间运行较为稳定；出水BOD5一直维持在9.3 mg/L以下，CODCr一直维持在38 mg/L以下，SS一直维持在9 mg/L以下，TP一直维持在0.1 mg/L以下，色度一直维持在4以下，TN和NH3-N仅在工业企业偷排的情况下存在排放超标的情况，正常情况下TN维持在9 mg/L以下， NH3-N维持在1.3 mg/L以下，达到厦门制定的类地表水Ⅳ类标准。

本次扩建工程的主体流程与现状工艺基本一致，但针对这两年运行中存在水质冲击大、投药量大等问题做了技术改进：增加了一级高效沉淀池(初沉池)和AAO池多点进水措施。因此，本次扩建工程完成后，出水稳定性应优于现状。

5 技术经济指标

同安污水厂扩建及现状改造工程，工程建设项目总投资为59 335.81万元，其中工程静态投资为58 062.14万元；建设期贷款利息为980.0万元，铺地流动资金为293.67万元。污水厂单位水量总成本为2.05元/m3(融资前)、2.21元/m3(融资后)；污水厂单位水量经营成本为1.29元/m3(融资前)、1.29元/m3(融资后)。

6 结论

同安污水厂扩建及现状改造工程建成后，污水厂总规模达到20万m3/d，采用了细格栅+曝气沉砂池+一级高效沉淀池+多点进水AAO池+平流沉淀池+中间提升泵房+高效沉淀池+反硝化深床滤池+接触消毒池主体处理工艺，实现了对高浓度污水的有效处理，出水水质指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，其中BOD5、NH3-N、TN指标执行地表水Ⅳ类标准。工程建成投产后取得了较显著的经济效益、社会效益和环境效益。