准地表Ⅲ类水标准的城镇污水厂改扩工程设计

陈 杏，郑志彬，彭彩霞

（1.广东省广业装备科学技术研究院有限公司，广州 510700；2.广东省环境保护工程研究设计院有限公司，广东 广州 510062）

引 言

近年来，生活污水排放量随着城镇人口迅速增长而逐年增加，广东省某污水处理厂的处理能力已经不能满足污水水量规模要求，又因污水厂受纳水体为地表水Ⅱ类水体，且受纳水体现状环境容量严重不足，根据政府部门和相关专家评定，要求污水厂出水标准执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级标准（A标准）、广东省《水污染物排放限值》DB44/26-2001中城镇二级污水处理厂第二时段一级排放标准及《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅲ类水体（总氮除外）标准要求的较严值。因此，本项目需要对现有污水处理厂同步进行提标和扩容[1]。

1 污水厂现状

广东省某污水处理厂现状设计处理规模为3×104m3/d，进水主要为城市生活污水，市政管网现状以合流制为主，污水厂分两期建成，一期1.5×104m3/d，二期1.5×104m3/d，污水厂总占地60亩，一、二期已占用地约29亩，预留建设用地31亩。项目采用“预处理+AAO微曝氧化沟+高效滤池+紫外消毒”工艺，设计出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A排放标准及广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）中第二时段一级标准的指标的较严值[2]。改造前工艺流程图，见图1 。

图1 改扩建前工艺流程图

主要工艺参数为：预处理工艺主要包括粗格栅及提升泵站、细格栅及旋流沉砂池。粗格栅及提升泵站配置回转式粗格栅2台（b=10 mm），污水提升泵3台（Q=1 000 m3/h，H=14 m）。细格栅及旋流沉砂池配有两台转鼓细格栅（b=5 mm）旋流沉砂器2台。二级生化系统采用微曝氧化沟工艺，分两组，单组总有效容积8 850 m3，厌氧池停留时间1.7 h，缺氧池停留时间3.4 h，好氧池停留时间9.0 h。氧化沟出水到二沉池，设两座，单池直径30 m，平均表面负荷0.88 m3/ m2·h。深度处理采用过滤工艺，采用高效纤维滤池工艺，水力负荷5.5 m3/ m2·h[3]。

目前，污水处理厂现状处理水量已满负荷，在部分时段有超负荷运行情况，出水水质均达标。污水厂现状设计进出水水质及运行情况，见表1。

表1 原设计进出水水质及运行数据表

2 改扩建设计的水量及水质

本项目设计水量根据预测确定改扩建工程总规模为 6×104m3/d。设计进出水水质，见表2。

表2 设计进出水水质表

3 主要工艺选择

根据污水厂现状工艺及运行现状，通过对比现状进出水指标及出水水质要求，考虑城镇污水管网在不断建设完善中，我们将CODCr、氨氮及总磷作为重点指标，其它指标作为次要指标来考虑污水处理工艺。

针对CODCr及氨氮指标的去除，主要考虑二级生化处理及深度处理工艺强化处理效果。对于总磷指标而言，生化处理效果很难处理达标，因此在生化沉淀后通过化学加药除磷和过滤去除。

3.1 二级生物处理工艺选择

二级处理采用生化处理系统，主要去除CODCr、BOD5、氨氮、总氮、总磷等指标，根据现状进水水质指标波动较大的特点，且CODCr进水有超出原设计进水水质指标的情况。本项目二级生物处理工艺考虑强化对CODCr、BOD5及氨氮的去除，应选用抗冲击负荷，出水稳定，处理效果好的生化工艺。通过对多种工艺对比分析，综合考虑工程投资、占地面积、运行费用、运行管理，采用与一二期相同的AAO微曝氧化沟工艺[4]。

3.2 深度处理工艺选择

深度处理工艺考虑以CODCr、氨氮、总磷为重点指标。考虑到仅靠现有设计的二级生化系统稳定达到CODCr、氨氮的出水要求，选用对CODCr、氨氮均具有很好去除效果的曝气生物滤池工艺对CODCr、很难将氨氮进一步去除。

为了达到TP≤0.2 mg/L的出水要求，单纯依靠生物除磷是很难达到的，应采用加药除磷沉淀和过滤的组合工艺，本工程选用工艺应用成熟、处理效果好的高效沉淀池和超滤膜过滤组合工艺，确保出水达标排放。本项目改扩建工艺流程图，见图2。主要工艺段去除率，见表3。

表3 污水厂去除率表

图2 改扩建工艺流程图

4 主要构筑物工艺设计

4.1 预处理单元

污水厂预处理系统原有设计已经预留远期处理能力，除在提升泵站增加污水提升泵3台（Q=1 000 m3/h，H=14 m）外无需其余改造。

4.2 A/A/O微曝氧化沟

厂区原有一期、二期均采用A/A/O微曝氧化沟工艺，为了便于运营管理，扩容工程也采用A/A/O微曝氧化沟工艺。A/A/O微曝氧化沟具有耐冲击、能耗低、污泥量少、易于管理、方便维护、出水优质等特点。本项目扩容工程设置两组生化池并联，单组设计处理规模19 500吨/天（考虑后段工艺清洗废水回流），设置厌氧区、缺氧区、好氧区，停留时间分别为1.8 h、3.5 h、7.6 h，设计污泥浓度为3.5 g/L，污泥负荷为0.10 kgBOD/（kgMLSS·d）。每组在厌氧区及缺氧区分别设置潜水推流器各1台，好氧曝气区采用可提升膜管式微孔曝气器，在非曝气区设置潜水推流器2台，以保证污水循环流动及泥水充分混合，同时在缺氧区及好氧区之间设置回流堰门，设计混合液回流比为300%，污泥回流比为100%。设计气水比为6.0。附属风机房配置好氧空气悬浮鼓风机3台（2用1备），设备参数：Q=60 m3/min，H=0.07 m[5]。

4.3 二沉池

厂区原有一期、二期二次沉淀池利旧，扩容工程新建2座二次沉淀池，单组设计处理规模19 500 m3/d，沉淀区内径为35米，表面负荷为0.85 m3/m2·h，配置中心传动单管吸泥机及附属设备各一套。

4.4 中间泵站及曝气生物滤池

本项目中间泵站和曝气生物滤池合建，采用半地埋式钢筋混凝土结构。其中中间泵站设计位于地下，设计处理规模为68 300 m3/d，设计有效容积12 00 m3，池深5米停留时间25 min。主要配置潜水提升泵3台（2用1备），设备参数：Q=1 450 m3/h，H=12 m。

曝气生物滤池设计分为6格，并联运行，单格面积96 m2，平均处理流量475 m3/h，平均水力负荷4.94 m3/（m2·h），强制滤速5.93 m3/（m2·h），氨氮负荷0.2 kg/（m³·d），空床停留时间30分钟，反洗周期为48 h。主要配置曝气鼓风机7台（6用1干备），设备参数：Q=9.2 m3/min，H=8 m，反洗鼓风机3台（2用1备），设备参数：Q=46 m3/min，H=8 m。配置碳源加药系统一套。另设清水池、废水缓冲池并附属配套设备。预留碳源投加系统，按照实际运行情况投加，设计每年投加90天，投加量为15 ppm。

4.5 高效沉淀池

高效沉淀池采用半地埋钢筋混凝土结构，设两组并联运行，混凝反应池反应时间3 min，投加35 ppm的PAC，絮凝反应池反应时间8 min，投加0.5 ppm阴离子PAM，反应池内分别安装N=5.5 kW，N=7.5 kW的搅拌机各2台。沉淀池边长为12 m，沉淀区宽10.6米，表面负荷9.8 m3/m2·h。沉淀池安装刮泥机共2台，设置排泥泵和污泥回流泵共6台互为备用，4台使用，2台备用，污泥回流比3～5%。配置加药系统一套。

4.6 超滤膜系统

本项目膜车间采用框架结构，地下设置钢筋混凝土结构水池进水池及产水池，一层布置膜系统配套设备，二层布置膜组件，有利于合理利用高程与空间，减少能耗及占地。超滤膜系统总进水量为66 480 m3/d，总产水量为60 000 m3/d设置外置式超滤系统20组，单组系统设置46支外压式超滤膜，超滤膜膜孔径为0.03 μm。单支膜面积为72 m2，设计膜通量为45.2 L/m2·h，最大膜通量为47.7 L/m2·h。膜前设置袋式保安过滤器，过滤精度为5 μm。设计有效产水时间20小时，采用错流过过滤方式运行，错流比为3%。运行周期为42分钟，按产水40分钟，气洗30 s，反洗60 s，正洗30 s运行。配置进水泵22台（20用2干备），设备参数：Q=175 m3/h，H=25 m。袋式保安过滤器20套，气洗及反洗系统、加药系统及化学清洗系统各一套。

4.7 脱水机房

原有污泥脱水系统处理量趋饱和，本次提标和扩容产生的污泥拟新建污泥板框脱水机系统进行处理，设计新增污泥量为5.5 tDS/d，污泥含水率为60%。配置高压隔膜板框压滤机3套（2用1备），设备参数：过滤面积150 m2，滤室容积3.5 m3[6]。

5 工艺运行效果

本项目改扩建完成后日均处理规模为5.5×104m3/d，进水浓度略有降低，出水稳定达标，项目建成后进出水水质，见表4。

表4 改扩建出水水质表

6 项目的经济情况分析

6.1 项目建设投资

本项目改扩建工程建设投资14 888万元，其中土建工程7 398万元，设备购置费5 358万元，安装费2 132万元。占地面积60亩，其中改扩建工程用地31亩。

6.2 运行成本分析

本项目运行成本主要由电费、药剂费、人工费用、维修费用、污泥运输处置费用构成，按全年运行365天计。按满负荷测算，吨水电耗0.822度，年运行电费1 079.5万元；药剂费1 059万元；污水厂人员编制34人，年人工费用272万元；设备维修费用150万元/年；超滤膜按5年更换测算折旧费用200万元/年；污泥运输处置费用按500元/吨计算，年处置费用433.44万元；日常办及其它费用165.94万元/年；合计年运行费用3 484.76万元，吨水处理费用1.59元。

7 结语

本工程在工程新增占地面积较小的情况下，充分利用原有设施，使该厂出水水质大幅度提高并将规模由3×104m3/d提高至6×104m3/d。本污水处理厂改扩建项目二级处理采用AAO微曝氧化沟工艺，深度处理采用“曝气生物滤池+高效沉淀池+UF过滤系统”组合工艺，在保证出水水质稳定达标的前提下，充分利用或改造现有设施，节约了工程投资，突出了环境和经济效益，对出水要求较高，需要达到地表水环境标准的环境敏感区域的市政污水厂，改扩建的项目设计具有一定的参考意义。