泉州市宝洲污水厂提标工程设计

2022-12-23赵红兵蒋启华甘冠雄

中华建设 2022年8期

赵红兵蒋启华甘冠雄

一、项目背景

泉州市宝洲污水处理厂是泉州市区最大已建成污水厂，服务于泉州市整个中心城区约22km2，服务人口约30万人。1999年11月至2005年10月，污水厂经过两期建设后达到规划的总规模15万m3/d，其中，一期规模为5万m3/d，二期扩建规模为10万m3/d。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。

根据“水十条”及省、市地方政府的相关要求，泉州市宝洲污水处理厂应进行提标改造，出水水质达到一级A标准。当地政府考虑到泉州市淡水资源相对缺乏、城市内河水系对再生水有较大需求量的具体情况，同时为了积极响应国家对再生水资源化利用的号召，经多方沟通协调后决定，宝洲污水厂提标工程出水水质指标执行类IV类水标准（见表1），处理后尾水拟作为中心城区内河水系景观补水（补水工程另外立项），提标改造项目于2018年6月30日之前完成。

表1 宝洲污水处理厂提标工程出水水质标准

二、污水厂现状运行情况

1.现状处理工艺

宝洲污水处理厂设计、建设完成时间较早，根据《城镇污水厂污染物排放标准》及更早的标准，出水指标中总氮按20mg/L考核。因此，宝洲污水处理主体工艺为A/O生物法，只针对总磷、有机物、SS等；主要生产构筑物有进水泵站、细格栅及曝气沉砂池、A/O生物池、二沉池、配泥配水井及污泥泵房、鼓风机房、污泥浓缩脱水机房、鼓风机房、加氯间、接触消毒池等。

2.实际进水水质分析

根据现状污水处理厂2015年1月至2017年6月的实际运行数据，分析其进水水质变化情况及水质覆盖率。

（1）污水厂进水浓度低，进水CODCr、BOD5、TP、TN等均偏低，95%覆盖率CODCr值为177mg/L，全年平均值达到163.8mg/L，95%覆盖率TP值为2.9mg/L，全年平均值为2.6mg/L，95%覆盖率TN值为24.6mg/L，全年平均值为22.5mg/L。除进水BOD5、CODcr约为设计值的60%，原设计N、P进水水质指标与现状进水水质偏差不大，说明污水厂进水有机物浓度偏低，实际运行过程中，脱氮除磷难度较大。

（2）污水厂进水水质变化幅度不高，最大值和平均值相差较小，由此可知水厂进水比较稳定。

（3）污水进水水质BOD5/CODCr比值在0.5左右，即污水可生化性较好；BOD5/TN比在3.5左右，即生物脱氮效果好；BOD5/TP比约为30，可选择生物除磷。

（4）进水pH值偏碱概率大；由于废水在硝化过程中需要消耗碱度，通常来说，进水pH值的最佳范围为7.5～8.0，中性偏碱性最佳，否则会影响硝化菌的活性，根据前述分析，本工程pH为7.1～7.2之间的覆盖率数值为95%，最大值才7.4，总体进水偏碱概率较大，但呈弱碱性。

3.实际出水水质分析

根据现状污水处理厂2015年1月至2017年6月的实际运行数据，分析其出水水质变化情况及水质覆盖率情况：除TP外，基本能达到一级B标准的要求，满足目前水厂执行排放标准。同时，除TP外，其他各项指标在95%的保证率下均能达到一级A排放标准的要求，表明目前污水处理厂运行较为稳定，处理效果较好。

三、提标工艺难点分析

本次提标需要进一步加强去除的对象有NH3-N、SS、TP、TN。

1.NH3-N达标分析

通过生物池硝化过程来去除进水氨氮，但相比碳的氧化过程，氨氮的硝化过程比较慢，因此需要更充足的曝气量和停留时间，硝化成为生化处理好氧单元设计的控制因素。本次提标NH3-N出水要求＜1.5mg/L，提标去除率达到70%，考虑到将来管网提质增效，分流制的执行及接管率的提高，进水浓度提高情况下达标压力较大。分析目前生物池存在的问题主要在2个方面：（1）生物池总停留7.3h，好氧池停留时间5.6h，硝化时间偏短；（2）每5万吨规模生物池配100m3/min鼓风机（实际出风量80m3/min），生物池气水比1∶2.3，曝气量严重偏少。由于上述原因，生物池活性污泥浓度只能维持在3000mg/L以下水平（过高会导致二沉池大量浮泥产生），污泥泥龄较短，硝化菌生存、繁殖条件较差，种群数量较少，硝化效果不佳。

本次针对NH3-N达标方案选择，首先考虑到厂区建设用地的缺乏，同时本着污水厂提标应优先在现有构筑物基础上挖掘潜力、减少工程投资的原则，为了确保生物池内NH3-N达标，针对性地采取3项措施：（1）在好氧池里面投加MBBR填料，增加生物种群数量，强化硝化效果；（2）增加鼓风机，加大曝气量，提高生物池溶解氧，使气水比达到1∶5，满足好氧池有机物、NH3-N对氧的需求；（3）考虑到本厂进水TP的含量较少，TP的去除可以放在后续高效沉淀池与SS一并去除，将现有的以除磷为主的APO工艺通过增加内回流改造成以脱氮为目的的ANO工艺。

2.SS及TP达标分析

从现状实际运行数据可以看出，本项目SS出水水质在100%的覆盖率下，出水SS＜10mg/L，全年均值6.4mg/L，在深度处理阶段通过进一步的沉淀过滤，从目前各种沉淀过滤组合工艺运行效果来看，要稳定达到10mg/L是可行的。

现状TP进水水质指标最大值3.3mg/L，总体指标较低，实际出水不能满足一级B的要求，表明现有的厌氧池效果不理想。本次提标为了确保生物池内NH3-N达标，将厌氧池改成缺氧池，TP除了在生物池、二沉池去除部分外，深度处理阶段采用磁混凝高效沉淀池可以确保TP达标。

3.TN达标分析

要想去除污水处理厂进水TN，需要在硝化充分的基础上利用反硝化过程完成。分析本项目现状出水水质TN指标，达到＜10mg/L的目标要求难度不是很大。通过对生物池改造，增加1.7h的缺氧段，基本达标问题不大，但考虑到将来管网提质增效，分流制的执行及接管率的提高，进水TN浓度将增加，为了保证达标，深度处理选择反硝化深床滤池工艺，不仅能够去除SS、TP，而且能够进行反硝化脱氮工艺处理，确保TN达标。

四、提标工艺的确定

综上所述，污水处理厂工艺流程为：进水→细格栅曝气沉砂池→AO生物池（缺氧/好氧）→二沉池→提升泵房、磁混凝高效沉淀池→反硝化深床滤池→接触消毒池→尾水排放（或回用）。

五、工程设计

1.二级处理的优化运行

（1）厌氧区改造为缺氧区：每座生物池（规模5万m3/d）中厌氧与好氧池隔墙上增加2台回流PP泵，Q=2083m3/h，扬程0.5m。在缺氧区加入好氧区硝化液，增加缺氧区反硝化反应，提高总氮去除效果。

（2）增加缺氧区碳源投加：在缺氧进水段增加碳源投加点，进水BOD浓度过低时，在缺氧区添加适量的碳源，以此增强反硝化效果。

（3）增加鼓风曝气量：每组（规模5万m3/d）增加1台100m3/min，出口风压70kPa可调节磁悬浮鼓风机，使气水比达到1∶5，保证硝化彻底，同时避免曝气过量。

（4）适当提高污泥浓度：一方面通过减少排泥量，加强生物池好氧区碳源的竞争，淘汰异养好氧菌，强化生物池自养好氧菌（硝化细菌）的环境优势，促进硝化细菌的生长，强化生物池的硝化反应；另一方面在每座好氧池（规模5万m3/d）内投加MBBR悬浮填料（HDPE材质），规格为φ25×10mm，体积2400m3。

2.磁混凝高效沉淀池（含中间提升泵房）

为了节省土地，进一步去除SS、TP，深度处理工艺采用磁混凝沉淀池代替传统高效沉淀池，且与中间提升泵房合建，总尺寸60.4×16.3m。二沉池出水进入中间提升泵房，经水泵提升后进入磁混凝沉淀池，采用4台潜水轴流泵，单泵Q=2710m3/h、H=7m、N=135kW，3用1备。磁混凝高效沉淀池分两座，单座规模7.5万m3/d，以提升部分对称布置，搅拌停留时间1.25min，中间反应停留时间1.25min，快速混合反应池停留时间2.1min，沉淀区直径15m、上升流速22.6m/h，污泥回流比2%～4%。池顶进行加盖设计，避免日照导致藻类过度繁殖，室内安装磁分离机、剪切机、配电及控制设备等。

3.反硝化深床滤池及配套系统

反硝化深床滤池共有14格，总尺寸67.3m×32.1m。单格尺寸19.5m×4.11m，池高6.3m。采用石英砂滤料，滤料厚度1.83m，粒径1.7～3.35mm。平均时正常滤速5.47m/h，最大时强制滤速7.76m/h，水反冲洗强度15m3/(m2·h)，气反冲洗强度92m3/(m2·h)，水头损失控制3m，反洗周期24h。滤池采用恒液位运行，其进水出水、反冲洗气洗、气水联洗、驱氮、碳源投加等均为自动化控制。其原理基于主PLC“前馈+后馈”碳源投加计算机制，控制现场PLC实现碳源定量投加，不仅保证系统出水，而且提升碳源投加的经济性。

4.反冲洗综合车间

反冲洗综合车间建设1座，总尺寸35.6m×20.5m，下部集成反冲洗泵房、反冲洗清水池、反冲洗废水池，上部包含碳源投加车间、PAC/PAM加药间等。反冲洗泵房内设置反冲洗供水设备、供气设备及气动阀门供气设备。反冲清水池设置在反冲洗综合车间地下一层，与反冲洗废水池组合设置，通过隔墙分隔。滤池设计具备去除10mg/L硝态氮的能力，按平均去除5mg/L硝态氮计算运行费用，采用成品乙酸钠溶液作为碳源，有效成分含量为10%，乙酸钠溶液采用槽罐车运输，通过快速接头输送到乙酸钠存储池。清水池有效容积1360m3，反冲洗泵采用潜污泵，参数为Q=715m3/h，H=10m，N=30kW，2用1备；螺杆风机参数为Q=71.37m3/min，68.6kPa，132kW，2用1备；废水池有效容积820m3，废水泵采用潜污泵，参数为Q=300m3/h，H=15m，N=22kW，1用1备，同时废水池配置两台潜水搅拌机，参数为φ450，N=5.5kW，材质SS304；碳源投加车间面积50m2，采用成品乙酸钠溶液作为碳源，有效成分含量为10%，采用槽罐车运输，通过快速接头输送到乙酸钠存储池内，投加系统包括乙酸钠储存池、乙酸钠溶液定量投加系统、PLC控制系统；加药间主要为磁混凝高效沉淀池配套PAC、PAM的投加，尺寸35.6m×10.3m，设置PAC、PAM药剂存储区间、溶解池、溶液池、投加系统，其中PAC液压隔膜计量泵4用2备，单台Q=1000L/h，10bar，N=0.75kW，PAM液压隔膜计量泵2用1备，单台Q=3000L/h，10bar，N=1.1kW。