陳奇良 王桂祥 趙義君

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230061)

肥東污水處理系統(tǒng)2030年服務(wù)面積為39.1 km2，服務(wù)人口約40萬人，已建一、二、三期位于沿河?xùn)|路以東、合寧高速以北、橫大路以南、店忠路以西，設(shè)計(jì)總規(guī)模10萬m3/d，2018年—2020年日均處理約9.5萬m3，高峰時(shí)污水量達(dá)12.4萬m3/d，為解決肥東縣城污水處理能力不足問題，四期工程建設(shè)迫在眉睫。

1 設(shè)計(jì)水量與水質(zhì)

城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)與水量是污水處理廠工程設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，關(guān)系到污水處理廠的建設(shè)規(guī)模和處理工藝的選擇，進(jìn)而影響到整個工程的建設(shè)投資、占地面積和運(yùn)行費(fèi)用等[1,2]。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是對污水處理廠的進(jìn)出水水質(zhì)和水量進(jìn)行充分的論證分析。

1.1 設(shè)計(jì)水量

肥東污水處理廠系統(tǒng)2030年服務(wù)面積為39.1 km2，利用城市建設(shè)用地污水量指標(biāo)法和分類用水量預(yù)測2030年肥東污水廠服務(wù)范圍內(nèi)生活污水及工業(yè)污水總規(guī)模為15萬m3/d，同時(shí)考慮轉(zhuǎn)輸至肥東污水處理廠處理的初期雨水約3.2萬m3/d。結(jié)合廠區(qū)實(shí)際運(yùn)行水量情況，考慮污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)地塊的開發(fā)強(qiáng)度不斷提升、建設(shè)時(shí)效、地區(qū)發(fā)展的不確定性，最終確定肥東污水處理廠四期工程設(shè)計(jì)總規(guī)模為10萬m3/d，近期建設(shè)規(guī)模5萬m3/d。

1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

1)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。肥東污水處理廠一、二、三期工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。為保證污水處理廠運(yùn)行安全穩(wěn)定，并為今后運(yùn)行中適應(yīng)水質(zhì)的變化留有一定的余地。統(tǒng)籌考慮一、二、三期工程2017年—2019年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)頻率分析結(jié)果，參照了合肥市其他污水廠污水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，確定的四期工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表2所示。

表1 一、二、三期工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) mg/L

表2 四期工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) mg/L

2)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)。按照《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值》規(guī)定，同時(shí)落實(shí)合肥市關(guān)于污水處理廠極度除磷的政策要求，確定肥東縣污水處理廠四期工程的主要設(shè)計(jì)出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)表

2 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)特點(diǎn)分析，污水廠對氨氮、總磷的去除率要求較高，同時(shí)考慮工藝流程的抗沖擊負(fù)荷和處理的穩(wěn)定性，從占地、投資、運(yùn)營維護(hù)等方面比較，確定采用“二級生物處理+混凝+過濾+氣浮”工藝。

城鎮(zhèn)污水廠的懸浮型活性污泥法污水處理工藝主要有3個系列[3,4]：氧化溝系列；A/O系列；序批式反應(yīng)器(SBR)系列。其中，A2O工藝占地小，投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，可控性強(qiáng)、出水穩(wěn)定。本工程采用便于運(yùn)行、運(yùn)行效果良好的改良型A2O鼓風(fēng)曝氣生物脫氮除磷處理工藝，即污水按比例分別進(jìn)入預(yù)缺氧池和厭氧池，污泥外回流進(jìn)入預(yù)缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)。這樣可以保證厭氧區(qū)的厭氧效果，提高系統(tǒng)的除磷能力(見圖1)。

本工程污水二級處理采用A2O工藝，根據(jù)調(diào)研國內(nèi)城市污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，二沉池出水TP可以穩(wěn)定在1.0 mg/L以下。因此，為保證項(xiàng)目出水總磷濃度低于0.05 mg/L，需采用兩級化學(xué)除磷，一級化學(xué)除磷采用高效沉淀池，可使TP降至0.2 mg/L～0.5 mg/L。根據(jù)2019年6月份合肥市朱磚井污水處理廠總磷提標(biāo)中試結(jié)果，生化系統(tǒng)出水經(jīng)過“高效氣浮”系統(tǒng)，先經(jīng)過混合反應(yīng)區(qū)，充分混合絮凝反應(yīng)，再進(jìn)入氣浮池體，進(jìn)行固液分離，出水TP達(dá)到提標(biāo)改造要求的預(yù)期目標(biāo)，穩(wěn)定TP<0.03 mg/L；SS<5 mg/L。深度除磷采用“高效氣浮”工藝。

根據(jù)美國環(huán)保署公開的城市污水處理廠低濃度磷去除工藝的技術(shù)，并從出水水質(zhì)可靠性、污水廠運(yùn)營簡便性、運(yùn)營成本合理性考慮，采用“生物除磷+兩級化學(xué)除磷”方式。根據(jù)合肥市朱磚井總磷提標(biāo)中試結(jié)果，二級化學(xué)除磷采用高效氣浮池，可保證總磷出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

針對本工程污水處理的特點(diǎn)，采用先進(jìn)成熟可靠的工藝，考慮工藝的先進(jìn)性、運(yùn)行的穩(wěn)定性、調(diào)整的靈活性和出水的安全性，確定主體處理工藝為：采用“改良A2/O+高效沉淀池+反硝化深床濾池+高效氣浮池+加氯接觸消毒”。工藝流程如圖2所示。

3 總平面布置

按照總規(guī)要求，四期工程近期可用地面積32 680 m2，用地十分緊張。廠區(qū)采用集約、組合式布置，根據(jù)功能分為5個區(qū)：生產(chǎn)管理區(qū)、預(yù)處理區(qū)、二級處理區(qū)、深度處理區(qū)、污泥處理區(qū)。二級處理區(qū)生物反應(yīng)池、二沉池采用組合式全地下結(jié)構(gòu)，并在上部疊合兩個加藥間。廠區(qū)融入海綿城市理念，打造成生態(tài)海綿型場站示范區(qū)。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 粗格柵及進(jìn)水泵房

地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸22.10 m×12.60 m，池深17.50 m。粗格柵土建及設(shè)備按遠(yuǎn)期10萬m3/d的規(guī)模一次建成，設(shè)2臺鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)，每臺寬1.5 m，安裝角度75°，柵條間隙20 mm，泵房共設(shè)6臺離心式潛污泵，近期安裝3臺(2用1備，1臺變頻)，單泵流量1 427 m3/h，揚(yáng)程18.5 m，功率110 kW。

4.2 細(xì)格柵及曝氣沉砂池

地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與曝氣沉砂池合建，平面尺寸11.80 m×8.10 m，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)2臺板式細(xì)格柵除污機(jī)，柵條間隙3 mm，過柵流速0.75 m/s，功率1.1 kW。曝氣沉砂池設(shè)1座，分2格，平面尺寸28.80 m×8.10 m，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，停留時(shí)間約4 min(高峰流量)，單格凈寬2.4 m，設(shè)計(jì)有效水深4.60 m，有效長度24.00 m。曝氣量按0.2 m3空氣/m3污水配置，設(shè)3臺羅茨風(fēng)機(jī)(2用1備)，單機(jī)風(fēng)量4.3 m3/min，風(fēng)壓3.5 m，功率4.5 kW。

4.3 生物反應(yīng)池

地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)1座，分2組，平面尺寸53.55 m×59.50 m×7.00 m單組規(guī)模2.5萬m3/d，系統(tǒng)設(shè)計(jì)泥齡16.5 d，污泥負(fù)荷0.047 kg BOD5/kg MLSS·d，MLSS4.0 g/L。有效總池容積17 188 m3，有效水深6 m，前置缺氧池有效容積1 042 m3，停留時(shí)間1.0 h，厭氧池有效容積1 562 m3，停留時(shí)間1.5 h，缺氧池有效容積4 166 m3，停留時(shí)間4.0 h，好氧池有效容積10 415 m3，停留時(shí)間10 h，總水力停留時(shí)間16.5 h。高峰時(shí)供氣量7 811 m3/h，氣水比7.5∶1。污泥外回流比100%，混合液內(nèi)回流比300%。布置微孔曝氣器3 980套，潛水?dāng)嚢杵?2臺，預(yù)缺氧池內(nèi)4臺，厭氧池、缺/好氧池內(nèi)10臺，缺氧池內(nèi)8臺。潛水水平軸流泵6臺，單臺流量：Q=1 302 m3/h，揚(yáng)程1 m，功率：P=18.5 kW。

4.4 二沉池及污泥泵房

地下式鋼筋混凝土矩形池，設(shè)1座，分8組，平面尺寸66.45 m×53.25 m×6.00 m，最大表面負(fù)荷1.09 m3/(m2·h)，平均表面負(fù)荷0.80 m3/(m2·h)，有效水深4.0 m，設(shè)電動管式撇渣機(jī)和非金屬鏈板式刮泥機(jī)。剩余污泥泵3臺，污泥量23 700 kg DS/d。

4.5 中間提升泵房及高效沉淀池

中間提升泵房設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)潛水泵4臺，單泵設(shè)計(jì)流量961.2 m3/h， 揚(yáng)程8.5 m，功率37 kW。高效沉淀池設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，1座分2組，單組處理能力2.5萬m3/d，沉淀池直徑12 m，最大表面負(fù)荷16 m3/(m2·h)，分混合反應(yīng)區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀池。

4.6 反硝化濾池

設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)1座，平面尺寸38.65 m×20.91 m，設(shè)計(jì)平均濾速5.47 m/h，最大濾速7.57 m/h。設(shè)反沖洗風(fēng)機(jī)和反沖洗水泵。

4.7 高效氣浮池

設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)1座2格，平面尺寸32.57 m×30.50 m，最大表面負(fù)荷20 m3/(m2·h)，設(shè)快速混合攪拌器、刮泥機(jī)、增壓泵、空壓機(jī)、污泥泵、攪拌器、潛污泵等設(shè)備。

4.8 加氯接觸池

設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d，設(shè)1座，平面尺寸17.00 m×16.30 m，有效水深5 m，高峰流量氯接觸時(shí)間30 min。

4.9 污泥脫水機(jī)房

設(shè)計(jì)規(guī)模9.6 t DS/d，設(shè)1座，平面尺寸43.50 m×22.90 m，設(shè)2套污泥高干脫水設(shè)備，污泥脫水后含水率降至60%，設(shè)儲泥池1座2格，平面尺寸7.5 m×7.5 m，有效水深3.20 m。

4.10 除臭系統(tǒng)

設(shè)一體化成套生物除臭設(shè)備2套，玻璃鋼材質(zhì)，規(guī)模分別為4萬m3/h和1萬m3/h，除臭系統(tǒng)對粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、生物反應(yīng)池和儲泥池、污泥濃縮脫水機(jī)房產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行凈化處理，標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到GB 14554—1993惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中惡臭污染物廠界二級標(biāo)準(zhǔn)和惡臭污染物15 m排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)分析

1)改良A2O生反池工藝設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的A2O工藝中，厭氧區(qū)居前，回流污泥中的硝酸鹽和溶解氧會對厭氧區(qū)產(chǎn)生不利影響[5]，為了解決此問題，在厭氧區(qū)前端設(shè)置預(yù)缺氧池，二沉池約10%～25%出水進(jìn)入預(yù)缺氧池，75%～90%出水進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，污泥外回流進(jìn)入預(yù)缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，去除其中的溶解氧及硝酸鹽氮，然后再進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)。這樣可以保證厭氧區(qū)的厭氧效果，提高系統(tǒng)的除磷能力?；旌弦夯亓鬟M(jìn)入缺氧區(qū)，形成了改良AAO法。

2)高效氣浮除磷工藝設(shè)計(jì)。

肥東縣污水處理廠四期工程是安徽省第一座要求總磷出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到不大于0.05 mg/L的生活污水處理廠，采用“生物除磷+兩級化學(xué)除磷”工藝，二級化學(xué)除磷采用高效氣浮保證總磷出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3)構(gòu)筑物組合式、疊合布置。

生物反應(yīng)池、二沉池及污泥泵房采用組合式布置，主體結(jié)構(gòu)為全地下式，上部覆土綠化，并在二沉池上部疊合PAC，PAM加藥間和加氯及次氯酸鈉投加間，節(jié)約用地。

4)高效曝氣控制技術(shù)。本次工程處理的污水主要為生活污水、工業(yè)污水及初期雨水，初期雨水具有低C/N的特性，為保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，采用高效曝氣控制技術(shù)，在生物脫氮除磷工藝缺氧段增設(shè)填料，運(yùn)行中通過對溶解氧、氨氮、硝態(tài)氮、磷酸鹽、ORP等指標(biāo)的監(jiān)測，結(jié)合off-gas技術(shù)對OTE和α值的實(shí)時(shí)監(jiān)測，借助云優(yōu)化決策平臺，在實(shí)現(xiàn)高效曝氣控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，使得A2/O工藝能夠適應(yīng)處理低碳氮比廢水。整個工藝過程需要進(jìn)行精確控制，優(yōu)化運(yùn)營，不僅可降低曝氣能耗和外碳源的投加，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，同時(shí)也給我國目前污水處理界面臨的低碳氮比廢水脫氮難、能耗高、污泥產(chǎn)量大等問題的解決提供一些工程經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語

肥東縣污水處理廠四期工程設(shè)計(jì)充分考慮了項(xiàng)目出水標(biāo)準(zhǔn)高、占地面積小、工藝流程復(fù)雜等特點(diǎn)，采用“改良A2/O+高效沉淀池+反硝化深床濾池+高效氣浮池”的處理工藝，處理效果穩(wěn)定，主體構(gòu)筑物地下式、疊合布置，節(jié)約用地，并融入海綿城市理念，打造成生態(tài)海綿型場站示范區(qū)。對巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)具有較好的借鑒意義。