怀化市污水处理厂改扩建工程工艺设计

谢智华，罗松柏

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410007）

前言

目前怀化市污水处理厂处理能力为15万m3/d。作为怀化市污水处理厂的纳污水体，舞水河成为综合治理水体和环境保护的重点。为进一步减少污染物排放量，减少对舞水河、太平溪的污染，通过污水厂改扩建削减污染物负荷十分迫切。

1 工程概况

怀化市污水处理厂位于怀化市城南黄花坪。主要服务范围为：怀化市城北、城中、迎丰、城东新区和湖天五个行政区。

污水厂一期建设规模为10×104m3/d，2007年12月建成试通水。扩建工程于2013年10月开始施工，扩建后处理规模为15×104m3/d。提质改造工程于2018年建设完成，竣工投产，建设后污水厂规模不变，出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准提升为一级A标准。本项目一期和扩建工程均采用二段生物接触氧化法[1]工艺，是湖南省唯一采用此工艺的污水处理厂，其处理能力在全国同工艺的污水处理厂中规模是最大的。污水处理厂工艺流程见图1。

图1 污水处理厂工艺流程

2 设计规模及出水水质现状

2.1 设计规模

怀化市污水处理厂改扩建工程扩建规模为5×104m3/d，改建规模为15×104m3/d，改扩建后总规模为20×104m3/d。

2.2 进出水水质现状

污水处理厂处理后的尾水需达到《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB43/T1546-2018）中的二级标准，其中BOD5，SS指标参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准执行。具体指标如表1所示。

表1 设计进出水水质

3 设计处理工艺

怀化污水处理厂改扩建工程包括：扩建工艺采用“预处理+改良型AAO生物池（MBBR[2]）＋高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺，运行规模为5.00×104m3/d；改造工艺为原15×104m3/d二段式生物接触氧化池降负荷后采用“预处理+AO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺，运行规模为11.25×104m3/d；另新建污水处理工艺采用“预处理+改良型AAO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺，运行规模为3.75×104m3/d，共计改造工艺规模15.00×104m3/d。污水处理工艺流程图如图2所示。

图2 工艺流程图

4 主要构筑物及设计参数

4.1 二段接触氧化池改造

本工程为二段式生物接触氧化池改造工程，将原设计处理规模15×104m3/d，改造成处理能力11.25×104m3/d的MBBR泥膜混合工艺，共三座，单座设计处理规模为3.75×104m3/d。

原二段式生物接触氧化池共3座，一座分两格，单格由缺氧池、一氧池、一沉池、二氧池、二沉池五部分组成，各部分主要设计参数如下：

缺氧池有效容积为1 540 m3，有效水深为5.5 m，填料容积为1 036 m3；一氧池有效容积为1 540 m3，有效水深为5.5 m，填料接触时间为1.02 h，BOD容积负荷1.16 kgBOD/（m·d）；一沉池有效容积为1 008 m3，有效水深为4.2 m，表面负荷为4.56 m3/（m·h），水力停留时间为0.97 h；二氧池有效容积为1 100 m3，有效水深为5.5 m，填料接触时间为0.73 h，BOD容积负荷1.08 kgBOD/（m·d）；二沉池有效容积为1 008 m3，有效水深为4.2 m，表面负荷为4.56 m3/（m·h），水力停留时间为0.97 h；本次改造将原缺氧池以及原一氧池522.655 m3池容作为缺氧池；将剩余原一氧池剩余池容、一沉池、二氧池、二沉池作为好氧池，并在剩余原一氧池522.655 m3池容、一沉池、二氧池中添加填料，原二沉池不添加填料；各部分主要设计参数如下：

（1）缺氧池

水力停留时间：2.5 9 h；单组缺氧池的容积：4 043.8 m³；内回流比：200%；单座潜水推流器：N=4.5 kW，叶轮直径410 mm，14台。

（2）好氧池

水力停留时间：6.2 h；单池有效容积：9 729.3 m³；设计悬浮固体：2.8 g/L，设计生物膜厚度：0.48 mm；设计生物膜厚度：4.72 g/L；BOD5负荷：0.09 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥龄：8.64 d；高密度聚乙烯悬浮载体填料：有效比表面积800 m2/m³；尺寸：Φ25×10 mm，1 946 m³；混流泵：Q=781.25 m³/h，H=1.9 m，N=5.59 kW，变频，4台。

4.2 二沉池及污泥回流泵房

设置二沉池3座，设计污泥泵房1座，按11.25×104 m3/d设计，各部分主要设计参数如下：

（1）二沉池

污泥回流比：100%；单座分格数：4格；单池尺寸：50.0×7.0×4.0 m；污泥浓度：2.8 g/L；池深：5.8 m；平均表面负荷：1.12 m3/m2.h；最大表面负荷：1.45 m3/m2.h；平均污泥负荷：147.4 kg/m2.h；有效容积：5 600 m3；停留时间：3.58 h；出水最大堰负荷：2.17 L/s.m；非金属链条刮泥机：L×B×H=50.0 m×4.55 m×4.5 m P=0.55 kw，12套；排泥系统：非金属链板式刮泥系统，包括排泥管、排泥管与控制阀间的连接管，120套。

（2）污泥泵房

污泥泵房内污泥含水率：99.5%；回流比：100%；回流污泥量：最大污泥回流量为4 687.5 m3/h。

4.3 1#改良型AAO生物池及二沉池

设计1 # 改良型A A O 生物池共1 座，设计规模为Q=3.75 x104m3/d。各部分主要设计参数如下：

（1）选择池

水力停留时间：0.39 h；选择池的容积：604.03 m³；最大污泥回流比：100%；潜水搅拌机：N=5 kW，叶轮直径410 mm，1台。

（2）厌氧池

水力停留时间1.5 h；厌氧池的容积2 341.92 m³；潜水搅拌机：N=5 kW，叶轮直径410 mm，3台。

（3）缺氧池

水力停留时间：2.54 h；单组缺氧池的容积：3 974.4 m³；内回流比：200%；潜水推流器：N=7.5 kw，2台。

（4）好氧池

水力停留时间：5.55 h；单池有效容积：8 482.92 m³；设计悬浮固体：2.8 g/L；设计生物膜厚度：0.48 mm；设计生物膜厚度：4.72 g/L；BOD5负荷：0.09 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥龄：8.64 d；有效水深：6.0 m；穿墙泵：Q=1 562.5 m³/h，N=10 kW，3台。

（5）二沉池

污泥回流比：100%；单座分格数：4格；单池尺寸：54.5 m；水池宽：6.5×54.5×5.8 m；污泥浓度：2.8 g/L；平均表面负荷：1.10 m3/m2.h；最大表面负荷：1.43 m3/m2.h；平均污泥负荷：145.6 kg/m2.h；有效容积：5 668 m3；停留时间：3.63 h；进出水方式：周边进水周边出水；出水最大堰负荷：2.17 L/s.m；非金属链条刮泥机：L×B×H=54.50 m×3.8 m×4.5 m，P=0.55 kw，4套；排泥系统：非金属链板式刮泥系统，包括排泥管、排泥管与控制阀间的连接管，36套。

4.4 细格栅及曝气沉砂池

细格栅及曝气沉砂池合建，共1座，分2组，土建设备均按5.0×104m3/d，各部分主要设计参数如下：

（1）细格栅

数量：2格；格栅间隙：5 mm；栅前水深：0.80 m；栅槽宽度：1.65 m；实际过栅流速：0.80 m/s；过栅水头损失：0.25 m。单格尺寸：L×B×H=8.85 m×1.65 m×1.85 m；设2台内流式非金属孔板格栅，格栅宽度1.65 m，格栅间隙b=5 mm，N=1.1 kW，安装角度α=75°。

（2）曝气沉砂池

数量：2格；水平流速：0.07 m/s；停留时间：6.65 min；有效水深：2.778 m；单格尺寸：L×B×H=15.0 m×3.0 m×5.3 m；设桥式吸砂机一套，L=15.0 m，N=2×0.37 kW。

4.5 2#改良型AAO生物池

2#改良型AAO生物池共1座，设计规模为Q=5×104m3/d，各部分主要设计参数如下：

（1）选择池

水力停留时间：0.5 h；选择池的容积：1 042.8 m³；最大污泥回流比：100%；潜水搅拌机：N=5 kW，叶轮直径630 mm，1台。

（2）厌氧池

水力停留时间1.5 h；厌氧池的容积3 128.4 m³；潜水搅拌机：N=10 kW，叶轮直径630 mm，2台。

（3）缺氧池

水力停留时间：2.53 h；缺氧池的容积：5 274.24 m³；内回流比：200%；潜水推流器：N=3.1 kw，4台。

（4）好氧池

水力停留时间：5.57 h；有效容积：11 614.08 m³；设计悬浮固体：2.8 g/L；设计生物膜厚度：0.48 mm

混合液挥发性悬浮固体浓度：4.72 g/L；污泥负荷：0.17 kgBOD5/kgMLSS.d；污泥龄：11.42 d；有效水深：6.0 m；平均供气量：114.1 m³/min；高密度聚乙烯悬浮载体填料：有效比表面积800 m2/m³，尺寸：Φ25×10 mm，2 323 m³；穿墙泵：Q=2 084 m³/h，H=1 m，N=18.5 kW，2台；

（5）二沉池

污泥回流比：100%；单座分格数：4格；单格尺寸：L×B×H=50.8 m×9.4 m×5.95 m；污泥浓度：2.8 g/L；有效水深：3.65 m；平均表面负荷：1.09 m3/m2.h；最大表面负荷：1.42 m3/m2.h；平均污泥负荷：144 kg/m2.h；有效容积：6 972 m3；停留时间：3.35 h；进出水方式：周边进水周边出水；出水最大堰负荷：2.85 L/s.m；非金属链条刮泥机：L×B×H=50.9 m×6.4 m P=0.37 kw，4套；排泥系统：非金属链板式刮泥系统，包括排泥管、排泥管与控制阀间的连接管，4套。

4.6 中间提升泵房及高效沉淀池

设置中间提升泵房及高效沉淀池1座，设计规模20×104m3/ d，其中中间提升泵房分2组，高效沉淀池分4组，各部分主要设计参数如下：

（1）中间提升泵站

最大时设计流量：10 833 m3/h；集水池有效容积：V=710 m3；尺寸规格：L×B×H=17 m×5.8 m×3.6 m；潜水轴流泵；6台泵，Q=2 693.5 m3/h，H=15 m，N=75 kW，变频。

（2）高效沉淀池

混合池水力停留时间：平均时2.6 1 min，最高时2.01 min；絮凝池水力停留时间：平均时12.63 min，最高时9.71 min；沉淀池表面水力负荷：平均时10.57 m3/（m2.h），最高时13.74 m3/（m2.h）；斜管内切圆直径为80 mm，长度为1.0 m，倾角为60。斜管中水流上升流速为13.2 m/h，斜管区采用不锈钢穿孔槽集水，单槽尺寸为7.8 m×0.3 m×0.55 m，共72副。浓缩区直径为17.0 m，高度为7.4 m，配备4台中心传动污泥浓缩机，刮臂直径为17 m，电机功率为1.1 kw。

4.7 纤维滤布滤池

设纤维滤布滤池一座，设计规模10×104m3/d，，各部分主要设计参数如下：

最大时设计流量：5 417 m3/h；滤速：平均时3.62 m3/ h.m2，最高时3.62 m3/h.m2；单个过滤模块面积：3.0 m2；过滤模块数量：384个；水头损失滤池内部：0.3 m；总有效过滤面积：1 152 m2；尺寸为：L×B×H=20.8 m×15.3 m×3.9 m。

4.8 紫外线消毒渠

设计紫外线消毒渠1座，计规模为Q=10×104m3/d，分为2组，各部分主要设计参数如下：

悬浮物S S：1 0 m g/L（最大值）；设计紫外透光率（UVT）：＞65%（10毫米距离）；进水粪大肠杆菌F.C.：＜1 000 000 CFU/升；粪大肠杆菌F.C.：＜1 0 000 CFU/升（30天连续取样几何平均值）；总尺寸规格：L×B×H＝12.3×4.6×3.3 m。

5 工程设计特点

5.1 污水厂占地少、处理工艺先进

提质改造工程建设用地为怀化市污水处理厂红线范围内，工程用地极其紧张，实际征地面积不足用地标注的一半（根据《湖南省建设用地指标（2020）版》，征地标准为160 000 m2，合240亩，实际征地面积69 656.2 m2，合104.48亩。）。针对上述情况，通过分析污水厂近年的实际运行数据及实测水质，可研从污染物的去除机理进行分析，经充分论证，通过比选确定了用地节约的污水处理工艺。

5.2 项目研究工作难度大

首先，二段式接触氧化法大部分应用在工业废水领域，在市政工程领域实际应用较少，部分市政应用实例规模也较小，没有超过2万m3/d规模的，大规模市政污水的应用实例没有。

其次，工程涉及内容较多。包括现有工程15×104m3/d现有设施的改造。然后，基础资料收集、整理难度大。污水处理厂一期工程于2004年开始设计设计，2007年12月建成试通水。现有工程部分施工图及隐蔽工程图纸因年代久远已无法获得，因此项目组通过现场蹲点实测、向老员工咨询等方法来掌握第一手资料，以确保提出的提质改造工程方案更加合理、有效。

6 投资及运行成本

怀化市污水处理厂改扩建工程建设总投资31 849.38万元。污水处理工程投产后，达产污水处理经营成本为0.54元/m3。投资构成表详见表2。

表2 项目建设总投资构成表

7 结论

根据怀化市总体规划、排水规划，结合当地的社会经济发展状况、工业项目现状、产业发展规划等实际情况，以及该区域未来的发展趋势，怀化市污水处理厂提质改造工程采用“粗格栅+提升泵房+细格栅+旋流沉砂池+AO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺，扩建工程污水处理工艺采用“粗格栅+提升泵房+细格栅+旋流沉砂池+改良型AAO生物池（MBBR）＋高效沉淀池+滤布滤池+紫外消毒”工艺是正确可行的。