设计案例|佛山市三家污水处理厂提标改造工程设计方案
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城镇给排水工程设计案例专栏
杨胜鑫. 佛山市三家污水处理厂提标改造工程设计方案[J]. 净水技术, 2019, 38(6):35-40.
YANG S. Design proposals of upgrading and reconstruction projects for three wastewawter treatment plants in Foshan City[J]. Water Purification Technology, 2019, 38(6):35-40
为了保护水体、美化环境，改善区域内的水环境现状，贯彻落实《水污染防治行动计划》及佛山市相关专项规划，对区域内的污水收集系统进行优化，使污水得到集中处理，佛山市对3家污水处理厂进行提标改造，改善污水厂进水条件，降低冲击负荷影响，使污水厂在更有利于的条件下运行。
现状A污水处理厂和B污水处理厂由于规划原因，远期要取消或拆迁。考虑规划控制用地以及配套厂外污水管网工程等因素，C污水处理厂的厂址符合三处污水收集管网系统布局规划要求，满足原A厂、B厂污水汇集要求，能最大限度地利用了厂外污水收集和输送设施。同时，目前C厂内预留用地基本可以接受三个片区的现状污水。因此，规划将A、B污水处理厂建在现C厂内，现状A、B厂收集区域的污水通过管道转输到现状C厂，处理规模为7万 m3/d，远期需再征地。项目进行污水处理厂改（迁）建，水厂用地紧张，需在有限用地条件下，满足三处污水处理要求。同时，增加深度处理工艺，提高出水标准，减少污水处理厂外排污染物。
1 原污水处处理概况
1.1 原处理工艺及进出水水质
A污水处理厂处理规模达到1万 m3/d。一期工程采用罗赛尔氧化沟工艺，二期工程采用AAO工艺，出水水质达到一级B排放标准，污水处理厂长期处于满负荷运行状态。
B污水处理厂采用AAO处理工艺，处理水量基本达到5万m3/d，出水水质达到 一级B排放标准。一期工程受高铁建设的影响，部分设施已拆除，现状处理能力为2.5万 m3/d。
C污水处理厂一期建设规模为1万m3/d，采用氧化沟工艺，长期处于满负荷运行状态。
1.2 污水厂进出水指标
A厂、B厂、C厂2016年运行水质分析如表1所示。
表1 A、B、C污水处理厂2016年进出水水质分析
1.3 原系统存在的问题
原污水处理系统存在以下几个问题。
（1）目前3个污水处理厂实际进水水质没有达到设计值，而且差距较大，尤其是BOD指标偏低，说明进厂污水混入了较多的雨水，污水收集系统尚不完善。
（2）3个污水处理厂中，B厂水量处理水量最大，A厂进水浓度最高。
（3）从出水指标看，A厂出水TP超标，C厂出水TN超标，其余各项指标目前均可达到一级A的出水标准。
（4）由于现状进水指标尚未达到设计值的一半，目前的出水数据不能反映实际的处理效果。
（5）随着污水收集管网大量建设，预计未来污水厂进水污染物指标将提高。
2 提标改造方案设计
2.1 污水处理指标分析
B厂需处理水量基本达到5万 m3/d，A厂、C厂运行水量基本达到1万 m3/d。根据相关规划，远期C厂将成为A、B及C三个区域唯一的污水处理厂，现状水量规模基本达到7万 m3/d。C污水处理厂现状用地条件仅可满足7万m3/d污水处理的用地要求，远期则会用地紧张。因此，本次改扩建，需尽量减少占地。
该工程将整合3处污水处理厂，在C厂建设用地上扩建6万 m3/d污水处理工程，并完成建设规模为7.0万 m3/d的提标工程，充分利用现有用地。该工程建设完成后，C 厂成为到出水达到满足一级A标准，处理规模为7.0万 m3/d的污水处理厂。
（1）原污水处理厂设计进水水质
对原污水处理厂设计进水水质进行加权平均的结果如表2所示。
表2 原污水处理厂加权平均设计进水水质
（2）设计进水水质的确定
结合三座污水厂的原设计进水水质以及佛山市部分污水处理厂设计进水水质，确定该工程设计进水水质如表3所示。
表3 该工程设计进、出水水质表
2.2 方案比选
该工程设计进水水质：B/C=0.50，属于较易生物降解范畴；BOD/TN=3.75，可以生物脱氮；BOD/TP=37.5，可以生物除磷，但需要有效利用碳源。
2.2.1进水指标分析
（1）BOD指标分析
该工程的进水BOD5为150 mg/L，出水BOD5≤10 mg/L。该项指标在采用生物脱氮除磷工艺后较容易满足。
（2）COD指标分析
该工程的进水CODCr指标为300 mg/L，出水CODCr≤40 mg/L。采用生物脱氮除磷工艺，因硝化所需的泥龄较长，长泥龄可提高COD的去除率。该工程按以生活污水为主的城市污水进行考虑，通过充分硝化、控制出水SS来保证COD出水达标。
（3）SS指标分析
该工程的进水SS指标为250 mg/L，出水SS≤10 mg/L。考虑到SS的去除会直接影响出水COD和BOD。因此，该工程考虑增加深度处理保证出水SS达标。
（4）TN指标分析
该工程进水TN指标为40 mg/L，出水TN≤15 mg/L。BOD/TN达到3.3，碳源比较充分。特殊情况下，碳源不足时，需外加碳源补充。TN是该工程重点处理指标，因此，该工程考虑增加深度处理保证出水TN达标。
（5）NH3-N计指标分析
该工程进水NH3-N指标为30 mg/L，出水NH3-N≤5 mg/L。该工程进水氨氮的去除主要靠硝化来完成。
（6）TP指标分析
该工程进水TP指标为4 mg/L，出水TP≤0.5 mg/L。要满足出水磷浓度的要求。在优先去除氮的情况下，尽可能生物除磷并增加化学除磷措施。
2.2.2 工艺比选
考虑到用地问题，该工程主要考虑生物滤池、CASS、MSBR三种工艺，三种工艺的比选详如表4所示。
表4 综合因素比较表
通过上述比较，MSBR工艺具有工程投资低、运营成本低，运行管理方便，生物脱氮除磷效果好等优点，符合该工程建设的模式。因此，优先考虑采用MSBR工艺。
2.2.3 深度处理方案比选
该工程根据实际进、出水水质要求，以及用地情况，选择“混凝沉淀+过滤”进行深度处理。
（1）混凝沉淀池
生物磁高效沉淀池水力负荷小，占地面积小，除磷效果好。该工程用地紧张，TP进水浓度高，除磷要求高，因此，本次混凝沉淀采用生物磁高效沉淀池。
（2）滤池工艺
该工程是将一期及扩建工程出水水质共同进行深度处理，一期工程由原设计的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准提标到一级A标准。根据实际运行现状，混合污水TN、SS、TP不能确保满足新的出水要求，常规过滤工艺无法去除TN，考虑反硝化滤池既可以反硝化脱氮，可以去除SS的同时去除COD和BOD，因此，该工程仅进行3种反硝化滤池的必选，如表5所示。
表5 三种反硝化滤池性能参数比较一览表
通过比较可知，3种滤池各项性能指标相差不多。但是反硝化活性砂滤池兼具砂滤和反硝化滤池的特点，可以满足不同出水标准的要求。而反硝化陶粒生物滤池出水SS保证率稳定性不高，为保证其出水SS稳定达标，宜在反硝化陶粒生物滤池后需增设滤布滤池或普通砂滤池，反硝化深床纤维滤池投资适中，运行管理也较方便，但受场地限制，布置困难。
由表5可知，反硝化活性砂滤池的工程造价较低、运行费用以及电耗适中，适合场地建设。反硝化过滤可作为出水最后保证，而流砂过滤形式适合于中小型污水处理厂提标改造，占地小，投资低，全自动化运行方便，因此，该工程适用反硝化活性砂滤池工艺。
（3）除磷工艺
新设计厌氧池停留时间长，通过MSBR生物反应池生物除磷，加上高效沉淀池投加PAC化学除磷，可达到了较好的除磷效果，后段还有过滤工艺，可满足总磷达标要求。
（4）外加碳源
进水水质变化大，合流污水进水水质复杂，有时进水碳源不足导致总氮偶尔超标，需考虑应预留急外加碳源措施，预留补充碳源为乙酸钠。目前运行来看，不需要外加碳源。
（5）污水消毒工艺
尾水推荐采用次氯酸钠消毒。
（6）污泥处理工艺
污泥进行减量化处理，含水率需达到80%以下，并外运进行集中处置。扩建部分采用重力浓缩池进行浓缩脱水，同时在一期脱水机房新增1台脱水机满足新增污泥处理要求。
（7）除臭工艺
该项目采用生物法除臭工艺。
3 主要构筑物设计
3.1 扩建工艺流程
扩建设计规模为6.0万 m3/d，深度处理设计规模7.0万 m3/d。
该工程的工艺流程如图1所示，工程平面布置分区如图2所示。
图1 工程工艺流程图
图2 工程平面布置分区图
3.2 主要构建筑物工艺设计
（1）粗格栅及提升泵房
粗格栅及提升泵房平面尺寸为16.1 m×6.5 m。设机械粗格栅2套，功率为3.0 kW；潜污泵4台，3用1备，Q=320 L/s、H=12 m、P=75 kW。
（2）细格栅及旋流沉砂池
细格栅及旋流沉砂池平面尺寸为18.8 m×8.0 m。设螺旋细格栅除污机2套，D=1 600 mm，P=2.2 kW ；旋流除砂设备2套，Q= 0.53 m3/s、D= 3.65 m、P=1.5 kW；罗茨风机3套，2用1备，Q=2.5 m3/min 、P=5.5 kw、P=160 kPa。
（3） MSBR池
反应池1座，每座分2组，每组3.0万 m3/d可单独运行，净尺寸为 75.7 m×47.0 m，最低水温为13 ℃，最高水温为25 ℃；设计泥龄为15.1 d，全池污泥负荷为0.055 kg BOD5去除/（kg MLSS∙d）；浓缩污泥回流为0.5；混合液回流为2.5~3.5 Q；总停留时间为18.94 h，总体积为23680.0 m3。设带撇渣浮筒搅拌器16套，功率为N=29.75 kW。潜水回流泵10套，其中2套为Q=4 400~4 700 m3/h、H=0.7~0.8 m、N=25.0 kW；4套为Q=1 800~2 200 m3/h，H=0.7~0.8 m、N=10.0 kW；4套为Q=600~630 m3/h、H=0.6~0.7 m、N=2.5 kW。设剩余污泥泵8套，Q=85 m3/h、H=8 m、N=3.1 kW。可提升微孔曝气系统4套，每套含6组曝气装置，每组含50根长度1 m的曝气管；固定微孔曝气系统2套，每套含720根长度1 m的曝气管。
（4） 二次提升泵房及生物磁高效沉淀池
二次提升泵房及生物磁高效沉淀池平面尺寸为25.3 m×21.6 m。设提升泵4台，3用1库备，Q=400 L/s、H=5 m、N=30 kW；搅拌器8台，功率为2台2.2 kW、2台4.0 kW、2台5.5 kW、2台7.5 kW；刮泥机2台，N=1.5 kW；斜管2套，含支架，参数为80 mm，100 m2；高压冲洗泵1套，15 m3/h、H=30 m、N=3.0 kW。
（5）反硝化流砂过滤滤池
设上向流移动床式反硝化流砂过滤滤池1座，平面尺寸为31.0 m×18.5 m。设连续流砂过滤器72套，单台过滤面积为6 m2，砂床高度为2 000 mm，正常压缩空气供应量为8.375 Nm3/(h∙套)，压缩空气压力 ≥750 kPa，采用连续压缩空气提升反洗。滤料数量为1 596 m3，粒径为1.2~2.0 mm。滤池滤料流失率按5%考虑。
（6）加氯接触池
加氯接触池1座，设4条廊道，单条廊道平面尺寸为3.0 m×27 m。
（7）污泥重力浓缩池及脱水机房
污泥重力浓缩池2座，尺寸为D=12 m，有效水深为4.5 m，剩余污泥量为7 735 kg DS/d，剩余污泥含水率：99.3%，剩余污泥体积为1 105 m3/d，化学污泥量为680 kg DS/d，化学污泥含水率：99.3%，化学污泥体积为97 m3/d，出泥含固率：2.5%，出泥体积为336.6 m3/d，浓缩时间为20.3 h，固体负荷为37.22 kg/（m2∙d）。设悬挂式中心传动浓缩机2台，P=0.75 kW。带式脱水机1台，Q=23 m3/h、580 kg/h，P=3.0 kW。
（8）变电站及鼓风机房
变电站及鼓风机房1座，平面尺寸为43.9 m×12.5 m（与变配电间合建）。设离心鼓风机5台，4用1备，Q=67 m3/min、H=8.8 m、P=120 kW。
（9）配套设备间及加药间
加药间平面尺寸为28.4 m×9.6 m，混凝剂PAC加药量为1 400 kg/d，助凝剂PAM加药量为35 kg/d，次氯酸钠加药量700 kg/d。
（10）除臭工程设计
该工程粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、MSBR池、污泥浓缩池、污泥料仓需除臭。粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池，对于不进人的空间换气次数取2~3 次/h，对于进人操作的空间换气次数取5~8 次/h；MSBR池缺氧部分按不进人操作考虑，换气次数取2~3 次/h，主曝气格按不收集考虑；污泥浓缩池换气次数取3~5 次/h，脱水机房考虑对整个室内进行除臭，换气次数取6~8 次/h。经计算，该工程选用处理能力为30 000 m3/h的生物法除臭设备2套，总功率为35 kW。除臭处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中大气污染物排放的以及标准。
4 投资及运行成本分析
该工程总投资为18 509.66万元；其中建筑工程5 390.23万元，安装工程1 827.87万元，设备及工器具购置7 799.52万元，其他费用3 492.04万元。年生产总成本为2 846.80万元，单位处理成本为1.114元/m3。
5 结论
（1）该工程实施后出，水水质可以提高到广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级标准的A类标准、《汾江河流域水污染物排放标准》（DB 44/1366—2014）。
（2）本次污水厂的扩（迁）建和提标工程设计满足现状用地紧张的局面，满足改扩建及深度处理构筑物用地要求。
（3）该工程采用采用生物磁高效沉淀池和反硝化流砂过滤滤池进行深度处理，降低出水中TN和TP含量，提高出水水质标准。
（本文使用封面图源自于网络）
杨胜鑫
（上海市政工程设计研究总院集团有限公司广州分公司，广东广州 510070）