三亚市某小规模水质净化厂二期扩建工程设计经验

赵俊健，李国金

（1.天津市市政工程设计研究院第四设计研究院，天津市 300384；2.天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津市 300384）

0 引言

三亚市某小规模水质净化厂一期工程处理工艺采用曝气生物滤池，设计出水水质为国家一级A排放标准，并满足中水回用标准。随着该水质净化厂配套收集管网系统不断完善，该厂运行负荷不断提高。与此同时，为了保护三亚市水环境不受污染，实现可持续发展、促进国际旅游岛的建设，扩建现有厂处理能力是十分必要的。

扩建工程的关键在于与一期的衔接与过渡。在保证出水达标的前提下，还需在整体性设计、施工、安装、后期绿化及涂装等多方面考虑与一期的衔接，保证水厂整体的无缝衔接运行。

1 水厂一期现状情况

该小规模水质净化厂一期设计日处理规模为1.5万m3/d，该厂于2014年建成并投入运行，处理工艺采用曝气生物滤池，设计出水水质为国家一级A排放标准并满足中水回用标准。运行报表显示，该厂实际运行效果良好，出水水质达到设计出水水质要求。但现状水质净化厂在运行过程中存在以下问题：

（1）曝气生物滤池工艺相关配套设备较多，管理麻烦；预处理要求高，处理不好容易造成滤头堵塞；设施检修维护繁琐（例如在滤池检修曝气器时，需进入滤板底下进行，空气流通性差且长年运行累积不少污染物和有毒气体，对检修人员身体造成危害）。

（2）曝气生物滤池工艺对进水水质和水量的抗冲击性差。

（3）曝气生物滤池对自控的自动化程度要求较高，目前某小规模厂曝气生物滤池主要的工艺运行都是人工控制（如反冲洗控制；PAC、PAM药剂投加控制等），人工控制较自控控制精度低，浪费能源等。

随着该净化厂配套收集管网系统不断完善，截止到2016年5月，实际片区内污水量已经突破2万m3/d，超出设计污水处理量规模，现状污水处理厂规模已经不能满足污水处理量需求，需要扩建。

2 设计条件

2.1 设计规模

该小规模水质净化厂远期2020年规模约为3.0万m3/d。现状处理规模为1.5万m3/d，因此扩建二期规模为1.5万m3/d。

2.2 设计进出水水质

2.2.1 设计进水水质

根据厂内数据及环境检测报告，2015年9月～2016年9月每月实测平均进出水水质见表1、表2。

表1 现状水质净化厂进水水质mg/L

表2 现状水质净化厂出水水质mg/L

根据现状水质净化厂进水水质的数据，并考虑其服务区域绝大部分为新建城区，已实施雨污分流的排水体制，且区域内基本没有工业企业，绝大部分为市政污水，确定该小规模水质净化厂二期扩建工程的进水水质见表3。

表3 二期扩建工程设计进水水质mg/L

2.2.2 设计出水水质

根据环境影响报告表的批复：“污水经处理后各项指标须达到GB/T 18921-2002《城市污水再生利用城市景观环境用水水质》的观赏性景观环境用水水景类标准和GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准中的最严要求，全部回用于绿化浇灌和补充景观水体”，本工程的设计出水水质见表4。

表4 扩建二期水质净化厂设计出水水质标准mg/L

3 工艺方案

3.1 工艺流程

本次扩建工程采用改良A2O+混凝沉淀+纤维转盘过滤的主体工艺。工艺流程图见图1。

图1 工艺流程图

3.2 主要处理单元设计

（1）粗格栅间及进水泵房。现状粗格栅间已经安装有2台回转式格栅除污机，本次扩建工程与一期共用该单元。现状进水泵房已设有3台水泵机组，2用1备，采用变频电机。本次设计增加1台水泵，水泵设计参数为：Q=625 m3/h，H=15.0 m，N=37 kW，采用变频电机。加上现状3台共4台水泵，3用1备。

（2）曝气沉砂池。现状曝气沉砂池为3万m3/d规模，分两个系列，每个系列1.5万m3/d规模，两个系列出水管道现状为串接，无法分流。本次工程将对两个系列的出水渠道进行贯通，并利用现状闸门进行流量分配，同时将出水管道断开，实现一期与二期的分流。

（3）生物反应池。一期采用的BIOSTYR生物滤池工艺在目前的运行中尚存在诸多问题，如构筑物复杂，原水碳源利用率低，能耗较高，自控要求较高等，本次扩建工程不予推荐。推荐采用工艺成熟，脱氮除磷效果稳定及运行维护更简洁的改良A2O工艺，设计规模1.5万m3/d，设计停留时间18 h，气水比6.5∶1。主要设备：①曝气管，充氧能力4～6 m3/（根·h）；②搅拌器12台，单台功率N＝2.2 kW，运行方式：连续工作，可根据进水流量及实际运行情况控制开停设备台数；③内回流穿墙泵5套，4用1备，设备参数：Q=320 m3/h；H=0.8～1 m。

（4）二沉池配水井及污泥泵房。该构筑物将生物反应池出水均匀分配至二沉池，并将活性污泥输送回生物反应池保证活性污泥浓度，同时将剩余污泥输送至污泥浓缩池。设计流量（高日高时）：Q=906.25 m3/h，污泥回流比：100%，最大污泥回流量：Q=625 m3/h。主要设备：①回流污泥泵3台，2台变频控制，2用1备，设备参数：Q=315 m3/h，H=6.5 m，N=11 kW，运行方式：回流污泥根据生化池污泥浓度和进水量控制回流量；②剩余污泥泵2台，1用1备，设备参数：Q=40 m3/h，H=10 m，N=3.0 kW，运行方式：剩余污泥泵根据二沉池底污泥层厚度排泥，并与污泥浓缩、脱水机协调运行。

（5）二沉池。污水在二沉池进行混合液固液分离，确保污水厂出水SS和BOD5等达到所要求的排放标准，最大设计流量（高日高时）：Q=906.25 m3/h，高日高时表面负荷1.23 m3/（m2·h），水力停留时间3.33 h，设置2座。每座池边水深4.2 m，直径22 m，总深度4.8 m。主要设备：中心传动单管吸泥机，直径22 m，N=0.25 kW。

（6）混凝沉淀池。污水在本单元进行机械混合絮凝及沉淀，通过投加混凝剂，在搅拌的作用下污水中的微絮凝粒相互碰撞接触，形成更大的絮凝颗粒，从而在斜板沉淀区域沉淀，达到进一步去除污水中SS、TP等污染物的目的。最大设计流量（高日高时）：Q=906.25 m3/h，混合时间1 min，絮凝时间15 min，斜板沉淀池表面水力负荷6.8 m3/（m2·h）。主要设备：①潜水排污泵2台，设备参数：Q=30 m3/h，H=10 m，N=1.5 kW；②混合搅拌器2台，带变频调速装置，设备参数：N=4.0 kW；③絮凝搅拌器4台，带变频调速装置，设备参数：N=1.1 kW；④中心传动刮泥机2台，带钢走桥，设备参数：D=8.4 m，N=1.5 kW。

（7）纤维转盘滤池。污水在经过斜板沉淀后，进一步在滤池中进行过滤，确保出水SS达标。最大设计流量（高日高时）：Q=906.25 m3/h，转盘滤速8.7 m3/（m2·h），滤盘直径2 m，盘片数16，有效过滤面积6.28 m2。主要设备：①反洗泵2台，设备参数：Q=30 m3/h，H=9 m，N=2.2 kW；②旋转驱动电机2台，设备参数：NA=2.9 r/min，N=0.55 kW。

（8）清水池/中水提升泵房。本次工程清水池及中水提升泵房合建，经过过滤的污水在清水池进行消毒，接触消毒时间35 min；清水池容积按日处理污水量的10%规模建设，其容积为1 500 m3。经消毒合格后的水在清水池贮存，清水池用于调节中水水量，用不完的剩余中水由重力排水管道最终排入自然水体作为自然水体的补水。参数：最大设计流量（高日高时）：Q=906.25 m3/h。主要设备：①潜水泵3台，2用1备，1台变频，设备参数：Q=281 m3/h,H=38 m，N=55 kW；②潜水泵2台，1用1备，设备参数：Q=59 m3/h，H=38 m，N=15 kW。

（9）加氯加药间。本次扩建工程对一期加氯加药系统进行改扩建，同时满足一期和二期的需求。消毒由一期的二氧化氯改为液体次氯酸钠，设计投加量为60～80 mg/L，有效成分含量10%，次氯酸钠储罐容量：存储时间7 d；絮凝剂采用液体PAC，设计投加量为30 mg/L，有效成分10%；PAC溶液池容量：15 d。主要设备：①次氯酸钠投加螺杆泵6台,4用2备，变频，设备参数：Q=18.8～25 L/h，H=40 m，N=0.30 kW；②PAC投加泵6台，4用2备，变频，设备参数：Q=7.8～9.4 L/h，H=50 m，N=0.30 kW；③次氯酸钠储罐2个，设备参数：D=1.5 m，H=2.0 m，V=3.0 m3。

（10）鼓风机房。鼓风机房为生物反应池反应提供气源，总送风量70 m3/min，风压0.072 MPa。主要设备：空气悬浮离心鼓风机3台，2用1备，设备参数：Q=35 m3/min，P=72 kPa，N=57 kW。

（11）污泥浓缩池。污泥浓缩池对一期和二期的剩余污泥及深度处理排出的化学污泥进行浓缩，将99.2%含水率的污泥进行浓缩至含水率97%，后续板框污泥脱水机进行脱水。参数：设计规模3万m3/d，单体设计流量438.75 m3/d，固体通量31 kg/（m2·d）。主要设备：①中心传动刮泥机1台，含工作桥、稳流筒、刮渣板、浮渣斗等组件，设备参数：ø12 m，N=0.37 kW；②污泥提升泵2台，设备参数：Q=30 m3/d，H=20 m，N=7.5 kW。

（12）污泥脱水机房。本次扩建工程设置板框脱水机，将一期与二期污水处理过程中产生的污泥进行统一脱水，便于污泥运输和最终处置。参数：一二期总污泥量439 m3/d（干泥量3.51 m3/d，含水率99.2%），污泥经浓缩后，污泥量117 m3/d（含水率97%）；脱水后污泥量8.8 m3/d，含水率≤60%。主要设备：①污泥输送泵2台，变频，输送至调理池，设备参数：Q=30 m3/h，H=0.2 MPa，N=7.5 kW；②板框压滤机2台，1用1备，设备参数：处理量117 m3/d（97%计），1.5 m×1.5 m，过滤面积：218 m2，N=15 kW；③污泥进料泵2台，变频，与脱水机配套，设备参数：Q=40 m3/h，H=0.6 MPa，N=11 kW；④高压污泥进料泵2台，变频，与脱水机配套，设备参数：Q=20 m3/h，H=1 MPa，N=11 kW；⑤隔膜挤压泵2台，变频，与脱水机配套，设备参数：Q=20 m3/h，H=1.6 MPa，N=15 kW；⑥石灰乳投加泵2台，变频，与脱水机配套，设备参数：Q=3 m3/h，H=0.6 MPa，N=3 kW；⑦FeCl3投加电磁隔膜泵2台，变频，与脱水机配套，设备参数：Qmax=330 L/h，H=0.3 MPa，N=0.55 kW；⑧污泥调理罐1个，设备参数：V=2 m3，内设搅拌器N=5.5 kW。

（13）除臭站。本项目所在地点为风景区内，周边有居民区及旅游度假酒店等敏感区域，故本次设计中为了实现对全场发臭单元进行全过程封闭除臭,将生物处理池设置密封罩、污泥泵房加装除臭风管、污泥浓缩池增加密封罩、污泥调理池增加密封罩、污泥脱水机房进行发臭单元密封，最后统一由除臭风管送风至除臭站进行处理。生物除臭量25 000 m3/h。主要设备：①离心风机2台,1用1备，设备参数：Q=25000 m3/h，P=2200Pa，N=30kW；②循环水泵2台，1用1备，设备参数：Q=25 m3/h，H=30 m，N=4 kW；③喷淋增压泵1台，设备参数：Q=16 m3/h，H=30 m，N=3 kW。

（14）一期现状设备更换。一期现状的细格栅采用转鼓式细格栅，实际运行中淤堵严重。由于其承担着一期二期共同的进水预处理任务，其拦截效果将直接影响后续处理的效果，故本次扩建工程予以更换。利用原有的土建条件，将细格栅更换为内进流网板式细格栅，宽度900 mm，孔隙3 mm，并配有高压及中压冲洗泵。

4 投资及运行费用

本次扩建工程总投资11 586.29万元人民币，其中工程费用8 369.19万元人民币。单位成本费用2.48元人民币/t；单位经营成本1.47元人民币/t。

5 现状运行情况及经验总结

本次扩建工程（2017年7月至11月）运行数据见图2。

图2 扩建工程运行数据

根据追踪的运行情况得知，目前的运行水量为1.7～1.8万m3/d，所有设备运行正常。从图2可以看出，本次扩建工程出水水质完全达到设计要求。

运行过程中也发现一些可以改进和提高的方面：

（1）由于高效沉淀池的污泥回流泵缺少计量设施，很难发现回流泵是否工作正常或者淤堵，可以考虑未来在项目中增加该设施，从而方便管理人员尽快发现问题。

（2）生物反应池内部的进风干管缺少流量计，需要根据测量溶解氧来调节风量，未来可以考虑增加干管流量计，从而方便控制。

（3）本次工程地下水位较高，除臭风管目前存在漏水情况，因为地埋的原因，无法及时找出漏水点位置，给检修带来不便，未来在工程上遇到特殊地质条件时，可考虑架空等方式。

6 结 语

随着城市的不断扩张和人口的不断增加，对于环境的要求日益严格。像三亚这样的旅游密集型城市，尤其需要对原有市政设施进行扩建和改造，以满足国际旅游城市的定位和需求。本次工程顺应了地区发展的需要，为三亚市更好更快的发展奠定了良好的基础。