大型污水处理厂扩建工程关键节点的设计

王彬

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

大型污水处理厂扩建工程关键节点的设计

王彬

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

前锋净水厂位于广州市番禺区，已建规模20万m3/d，其扩建三期工程设计规模为20万m3/d，属于广州市重点工程。根据服务范围内污水水质变化不确定的特点，扩建三期工程采用“多模式AAO生物反应池+矩形周进周出二沉池+砂滤池+次氯酸钠消毒”组合工艺路线。处理后的尾水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准和广东省地方标准《水污染排放标准》（DB44/26-2001）一级标准的较严值。现详细介绍该工程的工艺流程、进出水水质指标、主要构筑物的设计参数及工艺特点。

多模式AAO工艺；污水处理厂；脱氮除磷；广州市

1 工程概况

前锋净水厂位于广州市番禺区石碁镇前锋村，规划服务范围主要包括番禺区市桥片区、石碁片区、沙湾片区、广州新城片区和石楼镇南部片区，以及东环街和南村镇部分区域，总服务面积184.90 km2，规划远期2020年总规模60万m3/d，已建规模20万m3/d，其扩建三期工程设计规模为20万m3/d。处理后的尾水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准和广东省地方标准《水污染排放标准》（DB44/26-2001）一级标准的较严值，排放至市桥水道。

该项工程于2014年8月开工，目前正在建设过程中。

2 设计水量及设计水质

2.1 设计水量

根据广州市污水规划，前锋净水厂规划总规模为60万m3/d，一、二期工程现状总处理规模为20万m3/d。结合近、远期排水体制，通过综合用水量预测法、分类单位用水量指标预测法对前锋污水系统内的污水量规模进行双重预测和复核，确定前锋净水厂三期扩建工程设计规模为20万m3/d。

2.2 设计进水水质

结合珠江三角洲地区污水处理厂的水质特点，以及前锋净水厂一、二期2011年至2013年进水浓度情况，考虑最近前锋净水厂水质上升的因素和番禺区等纳污范围分流制建设的快速发展，适当留有发展余地，前锋净水厂扩建三期工程进水水质设计值具体如下：

化学需氧量（CODcr） 160～280 mg/L；

生化需氧量（BOD5） 60～140 mg/L；

悬浮物（SS） 160～250 mg/L；

总氮（TN） 25～35 mg/L；

氨氮（NH3-N） 17.5～25 mg/L；

总磷（TP） 4～5 mg/L。

2.3 设计出水水质

前锋净水厂尾水排入市桥水道，根据《番禺区环境保护规划》规定，市桥水道功能区划为综合用水功能区，执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002)的IV类标准。为保护番禺区的水环境，完善番禺区的污水处理系统，实现广州市与番禺区进一步改善区域水环境，消除水污染的目标，根据环保要求，前锋净水厂三期扩建工程执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准与《广东省水污染物排放限值标准》（DB44/26-2001）第二时段一级标准的较严值，即主要设计出水水质为：

化学需氧量（CODcr）≤40 mg/L；

生化需氧量（BOD5） ≤10 mg/L；

悬浮物（SS） ≤10 mg/L；

总氮（TN） ≤15 mg/L；

氨氮（NH3-N） ≤5 mg/L（水温＞12°）；

氨氮（NH3-N） ≤8 mg/L（水温≤12°）；

总磷（TP） ≤0.5 mg/L；

粪大肠菌群数 ≤103个/L。

3 工艺设计方案

3.1 污水处理工艺

3.1.1 污水处理工艺的针对性选择

前锋净水厂是一座较大规模的污水处理厂，所采用的工艺必须是成熟、可靠的，同时也要考虑工艺的先进性、运行的稳定性、调整的灵活性和出水的安全性。

分析前锋净水厂扩建三期工程的进水水质特点，近阶段污水处理厂进水主要为合流制污水，呈现低碳高氮磷的水质特性，可以预测在污水厂建成运行后，旱季和雨季的污水水质变化幅度大将是一个不可避免的问题，因此在工艺选择中应充分考虑处理工艺能够适应水质大幅度变化，尤其是要适应在低水质浓度时能够达标排放。通过方案比选，前锋净水厂采用多模式AAO污水处理工艺。

多模式AAO污水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工艺运行，在提高处理效果基础上，保证工艺可靠性。因此对进水水质变化的适应性，对出水水质达标的保证性、运行灵活性要更好。

3.1.2 污水处理工艺的运行模式

多模式AAO工艺可以形成以下几种运行模式。

3.1.2.1 模式1——常规AAO法

污水依次流经厌氧、缺氧、好氧区，混合液回流至缺氧区，二沉池污泥回流至厌氧区，形成常规AAO法。

常规AAO生物脱氮除磷处理工艺流程详见图1所示。

图1 常规AAO生物脱氮除磷处理工艺流程图

3.1.2.2 模式2——倒置AAO法

污水按一定比例分别进入缺氧区和厌氧区，混合液及二沉池污泥均回流至最前端的缺氧区，形成倒置AAO法。该运行模式进水亦分两部分，大部分至缺氧区，小部分至厌氧区，位于最前端的缺氧区微生物可充分利用进水中丰富的碳源反硝化回流混合液和污泥带来的硝酸盐氮，从而起到强化脱氮的效果。

倒置AAO生物脱氮除磷处理工艺流程详见图2所示。

3.1.3 污水处理工艺流程

为了应对进水水量和水质的变化，扩建三期工程工艺采用“多模式AAO生物反应池+矩形周进周出二沉池+砂滤池+次氯酸钠消毒”组合工艺路线，污水处理工艺流程见图3所示。

图2 倒置AAO生物脱氮除磷处理工艺流程图

图3 污水处理工艺流程图

3.2 污泥处理工艺

前锋净水厂扩建三期工程剩余污泥量为26 tDs/d，化学污泥量为2.7 tDs/d，总污泥量为28.7 tDs/d。

前锋净水厂扩建三期工程污泥处理的设计界面至储泥池(含池体及相关设备等)，储泥池出来的污泥接至厂区内已建的污泥深度脱水车间进行统一处理，脱水的污泥（污泥含水率≤60%）外运进行统一处理。

4 总平面设计特点

前锋净水厂总用地面积约20 hm2，扩建三期工程的建设用地位于污水厂内东侧和南侧的预留用地，被厂区中部现状高压电线分为两块，用地形状不规则，同时还需要考虑一、二期排放标准升级工程预留用地，以及高压电线避让和规划建筑限制线，因此扩建三期工程实际用地面积仅为7.87 hm2，用地十分紧张。

前锋净水厂扩建三期工程在平面布置中充分利用地形按工艺系统布置各功能区块，本着节约用地的原则，尽量采用集约化布置，二沉池采用出水稳定、场地利用率高的矩形周进周出二沉池，同时与AAO生物反应池合建，使得整个厂区平面布置紧凑，实现了最节省用地的目的；同时将一、二期排放标准升级工程预留用地布置在厂区中部，靠近已建一、二期构筑物，减少水头损失，便于运行管理。

5 主要工程设计

5.1 粗格栅进水泵房

粗格栅进水泵房共1座，设计规模为20万m3/d。

粗格栅与进水泵房合建，平面尺寸24.0 m× 13.0 m，池深11.6 m。粗格栅采用B=2.2 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3.0 kW。

进水泵房配泵4台，3用1备。单台流量Q=1 000 L/s，扬程H=14.3 m，功率220 kW。

5.2 细格栅及曝气沉砂池

细格栅及曝气沉砂池共1座，设计规模为20万m3/d。

细格栅及曝气沉砂池采用合建型式，平面尺寸53.9 m×11.8 m，细格栅宽2.0 m，转鼓细格栅共4套，栅隙6 mm，安装角35°，功率1.5 kW。

曝气沉砂池共2格，平面尺寸为30 m×11.8 m，单格净宽4.45 m。

每格安装链板式刮砂机1台，宽B=1 000 mm，功率0.55 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，共设罗茨风机3台（2用1备），单机风量1 100 m3/h，风压4.0 m，功率22 kW。

5.3 生物反应池

生物反应池采用多模式AAO工艺，共2座，与二沉池合建，单座设计规模为10万m3/d，每座分2组池。

根据周边环境要求高的特点，在全厂范围对有恶臭产生的构筑物采用了加盖除臭工艺，结合生物反应池顶加盖的情况，在生物反应池池顶上采用绿化覆土，既提高了压重，减少了大型水池需抗浮的桩基工程量，又可使厂区的绿化覆盖率超过50%，改善了厂区的工作环境。

单座AAO生物反应池平面尺寸为97.8 m× 81.0 m，每座AAO池分厌氧区、缺氧区和好氧区。厌氧区停留时间1.5 h，缺氧区停留时间3.0 h，好氧区停留时间7.5 h，总水力停留时间12.0 h，设计有效水深为7.0 m。高峰时供气量为43 333 m3/h，气水比为5.2∶1，污泥外回流比为25%～100%，混合液回流比为50%～200%。

两组池共用一条进水渠，在第一格和第三格各设置一个进水点，配置可调堰门，根据各种不同的情况，合理分配进水量，同时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。

每组池设一条混合液配水渠。在第一格和第二格各设一进水点，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。

每池空气管形成环状，并设有电动调节阀，可通过电动调节阀对好氧池内DO进行控制，对生物脱氮及节能都有效果。

同时，为了满足除磷加药需要，在生物反应池出水堰后设置了加药混合池和絮凝池。

5.4 二沉池

二沉池共2座，采用矩形周进周出形式，与AAO生物反应池合建，单座设计规模为10万m3/d，每座分8格。

单座二沉池平面尺寸为61.7 m×81.2 m，每格池宽为9.8 m，池长为55 m，水深为4.5 m，设计高峰表面负荷为1.23 m3/m2.h。每格二沉池安装有链板式刮泥机1套，设备宽度为7.0 m。

5.5 中间提升泵房

中间提升泵房共2座，单座设计规模为10万m3/d。中间提升泵房平面尺寸10.50 m×8.0 m，池深4.8 m。每座中间提升泵房配泵4台，3用1备。单台流量Q=500 L/s，扬程H=7.2 m，功率75 kW。

5.6 砂滤池

砂滤池共2座，单座设计规模为10万m3/d。单座砂滤池平面尺寸59.43 m×33.93 m，分为12格，双排布置，单格面积为59.86 m2。采用石英砂滤料。反冲洗方式为气水反冲，布水布气系统采用ABS长柄滤头。反冲水由冲洗水泵提供，反冲气源由鼓风机提供。

每格滤池设300 mm×500 mm进水闸门1只，DN300清水出水阀门1只，DN350反冲水阀门1只，DN200反冲气阀门1只，均采用气动执行装置。为保证滤池恒水位等速过滤，DN300清水出水阀门采用调节阀门。由滤池内水位控制开启度。

滤池布置形式为中间设管廊，两侧分别设置6格滤池，控制室设于滤池端部。滤池单格平面净尺寸为8.855 m×6.76 m，滤池深2.7 m。

鼓风机房及反冲洗水泵房合建，位于滤池端部。鼓风机房内设鼓风机6台，4用2备。每台鼓风机出口设DN150安全阀、单向阀、气动阀门各1只，另设有DN100旁通阀一只。反冲洗泵房内设卧式离心泵6台，4用2备。每泵进水管上设手动阀门1只，口径为DN350；出水管上设手动阀门、气动阀门各一只，口径为DN300。鼓风机房及反冲洗水泵房的二层设有MCC室、控制室。鼓风机房下层设有反冲洗水调蓄池，平面尺寸11.0 m×8.0 m，水深3.5 m。

5.7 加氯接触池

加氯接触池共1座，设计规模为40万m3/d，平面尺寸为47.3 m×37.5 m。设6条廊道，单条廊道宽6.0 m，长48 m，有效水深为5.0 m，设计停留时间为31 min。

5.8 鼓风机房

鼓风机房共1座，平面尺寸为41.5 m×14.4 m，设计规模为20万m3/d。

鼓风机采用节能高效的磁悬浮离心鼓风机，鼓风机房内共设风机5台，单机风量180 m3/min，风压8.3 m水柱，功率300 kW。

5.9 加氯加药间

加氯加药间共1座，平面尺寸为41.5 m×14.4 m，设计规模为20万m3/d。投加次氯酸钠至加氯接触池消毒，保证出水粪大肠菌群数稳定达到出水标准要求，投加PAC至扩建三期AAO生物池出口反应段，保证出水TP达到出水标准要求。次氯酸钠加药量为10 mg/L，混凝剂PAC加药量为20 mg/L。

5.10 储泥池

储泥池共1座，平面尺寸为24.35 m×12.0 m，设计规模为20万m3/d。剩余污泥量为26 tDs/d，进泥含水率99.3%，化学污泥量为2.7 tDs/d，进泥含水率为99.3%。总污泥量为28.7 tDs/d，污泥总体积4 100 m3/d，停留时间为6.7 h。

5.11 再生水回用

为促进社会经济可持续发展，有效缓解水资源缺乏，充分体现“循环经济”理念，该项工程近期设置一座中水回用泵房，设计规模为3 600 m3/d，满足厂区各构筑物的生产用水、道路冲洗用水及绿化用水等，从而有效地达到节水的目的。同时在现状综合楼的东北侧预留了远期再生水回用配套设施建设用地，可考虑用于污水厂附近的工业企业，主要作为循环冷却水的补充用水。

5.12 除臭工程

前锋净水厂位于GB3095二类区，根据《环境影响报告书》，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准和《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）二级标准中的严者。

该项工程在全厂范围内对有恶臭产生的构筑物采用了加盖除臭，体现了循环经济、环境友好的设计理念。需除臭的构筑物包括粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、AAO生反池及储泥池，对上述臭气源采用加盖密封、负压吸引、分区集中除臭的方案。污水处理厂除臭分为预处理区、生化处理区及污泥处理区三个系统。综合考虑运行管理的方便，以及运行成本等因素，采用模块式生物组合滤池除臭工艺。

6 结语

（1）前锋净水厂规划远期2020年总规模60万m3/d，已建规模20万m3/d，该项扩建三期工程设计规模为20万m3/d，处理后的尾水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A出水标准和广东省地方标准《水污染排放标准》（DB44/26-2001）一级标准的较严值。

（2）根据服务范围内污水水质变化不确定的特点，扩建三期工程工艺采用“多模式AAO生物反应池+矩形周进周出二沉池+砂滤池+次氯酸钠消毒”组合工艺路线，确保出水可稳定达到一级A排放标准。

（3）扩建三期工程克服用地困难，集约化布置，合理布局，使得整个厂区平面布置紧凑，实现了最节省用地的目的。

（4）全厂范围对有恶臭产生的构筑物采用了加盖除臭工艺，体现了循环经济、环境友好的设计理念。

X703.1

B

1009-7716（2016）05-0126-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.035

2016-02-22

王彬（1974-），男，江苏宝应人，高级工程师，从事给排水工程设计工作。