宋 磊

(合肥市市政設(shè)計研究總院有限公司，安徽合肥 230041)

根據(jù)2017年中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會發(fā)布的《城鎮(zhèn)排水統(tǒng)計年鑒》，全國共有城鎮(zhèn)污水處理廠3 552座，總處理能力為1.76億m3/d。其中，對1 453座列入統(tǒng)計范圍的城鎮(zhèn)污水處理廠(總處理能力為8 560萬m3/d)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行一級B及以下標(biāo)準(zhǔn)的項目處理規(guī)模為總處理能力的46.3%，執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)的項目處理規(guī)模為總處理能力的47.9%，優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)的項目占總處理能力的5.8%[1]。根據(jù)國家《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019—2021年)》等相關(guān)文件要求，城鎮(zhèn)生活污水的進(jìn)一步處理是目前環(huán)境污染治理工作的重要組成部分。因此，逐步提高污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)，減輕對受納水體的影響是未來的發(fā)展趨勢。

1 項目概況

1.1 工程背景

某污水處理廠地處安徽省中部地區(qū)，原污水處理廠分二期建設(shè)，一期工程設(shè)計規(guī)模為1.0萬m3/d，2016年竣工投產(chǎn)，主要收集周邊工業(yè)園區(qū)產(chǎn)生的工業(yè)廢水和居民生活污水。工業(yè)廢水主要來自當(dāng)?shù)氐陌雽?dǎo)體、精密儀器等企業(yè)產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水，約占污水總量的60%，剩余為周邊居民產(chǎn)生的生活污水。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)生的污水量逐步增加，2017年啟動一期擴(kuò)建工程，擴(kuò)建工程設(shè)計規(guī)模為3.0萬m3/d，擴(kuò)建后污水處理廠總規(guī)模為4.0萬m3/d，現(xiàn)狀污水處理廠出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn)[5-7]。

1.2 污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行情況

污水處理廠一期規(guī)模為1.0萬m3/d，占地面積約31.4畝(1畝=0.667×10-3km2)，二級處理采用改良氧化溝處理工藝；污水深度處理采用“高效沉淀+過濾”工藝，消毒采用二氧化氯消毒工藝；污泥處理采用機(jī)械濃縮脫水工藝，出廠污泥含水率≤80%，污泥處理后由市相關(guān)部門統(tǒng)一安排處置。整個污水廠處理流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠一期工程工藝流程Fig.1 Process Flow of Phase I Project in WWTP

2017年啟動并完成的污水處理廠一期擴(kuò)建工程規(guī)模為3.0萬m3/d，在一期原處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)[8]，采用的工藝如下：

(1)污水預(yù)處理：均質(zhì)池、水解酸化工藝預(yù)留；

(2)污水二級處理工藝：改良AAO；

(3)污水深度處理工藝：混凝絮凝沉淀池+反硝化深床濾池+二氧化氯消毒，臭氧接觸工藝預(yù)留；

(4)污泥處理工藝：機(jī)械濃縮脫水工藝；

(5)除臭工藝：生物法除臭工藝；

(6)原有部分構(gòu)(建)筑物不滿足運(yùn)行需求，為充分利用原有構(gòu)(建)筑物，對污泥泵房、原接觸消毒池等構(gòu)筑物進(jìn)行改造。

因本項目地處城市新城開發(fā)區(qū)，根據(jù)總體規(guī)劃，該區(qū)域隨城市建設(shè)發(fā)展，將逐漸實現(xiàn)城鎮(zhèn)化、現(xiàn)代化，人口數(shù)量的增加以及工業(yè)企業(yè)的大量入駐將使污水水量顯著增加，加之排水標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)行排水標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足該區(qū)域未來發(fā)展的需要。因此，本項目將污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，使污水處理廠的尾水經(jīng)深度處理后主要污染物達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(表1)，具有十分重要的意義[9-11]。

表1 一期擴(kuò)建工程主要污染物處理要求Tab.1 Requirements of Main Pollutants in Phase I Expansion Project

2 提標(biāo)處理工藝

2.1 設(shè)計水量及水質(zhì)

表2 本項目主要污染物處理要求Tab.2 Requirements of Main Pollutants Treatment in the Project

2.2 處理工藝流程

(1)二級處理出水→硝化/反硝化濾池→復(fù)合催化氧化池→深度過濾單元→消毒出水；

(2)二級處理出水→濾池過濾單元→活性炭吸附→消毒出水；

(3)二級處理出水→混凝絮凝沉淀→臭氧氧化→膜分離；

(4)二級處理出水→MBR。

二級處理出水→反硝化深床濾池(新增和升級改造)→二次提升泵房(新建)→復(fù)合催化氧化池(新建)→生物炭濾池及反沖洗泵房(新建)→超濾膜分離(新建)→次氯酸鈉接觸消毒(新建)→回用及達(dá)標(biāo)排放，如圖2所示。

圖2 本項目工藝流程Fig.2 Process Flow of the Project

本次設(shè)計考慮強(qiáng)化深度處理，新增一期反硝化濾池設(shè)備1組，一期及一期擴(kuò)建工程反硝化濾池由原先的普通布水堰、變液位過濾全部改造為弧形堰布水、恒液位過濾，整體提高反硝化濾池出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，將污水處理廠出水TN降到5 mg/L。

3 尾水提標(biāo)工藝設(shè)計

本項目主要工程量為現(xiàn)狀反硝化深床濾池改造、二次提升泵房、復(fù)合催化氧化池、生物炭濾池及反沖洗泵房、超濾膜車間、次氯酸鈉接觸池、中水回用水泵房、臭氧發(fā)生間、液氧站、加氯加藥間等，廠區(qū)配電及外線工程與污水處理廠擴(kuò)建工程結(jié)合建設(shè)，相關(guān)廠區(qū)附屬建(構(gòu))筑物與污水廠共用。

3.1 改造工程設(shè)計

3.1.1 反硝化深床濾池改造

改造內(nèi)容包括新增1套反硝化深床濾池設(shè)備，一期及一期擴(kuò)建工程的反硝化濾池布水堰改造為弧形布水堰，并升級改造為恒液位控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)處理穩(wěn)定性，方便后期運(yùn)營管理。

主要設(shè)備為新增1套反硝化濾池濾料、布?xì)獠妓胺礇_系統(tǒng)、儀表及配套管道閥門、恒液位控制系統(tǒng)等。

3.1.2 中水回用泵房改造

經(jīng)核算，原回用水泵流量小不滿足要求。改造采用小泵換大泵的方式，更換水泵并加寬泵基礎(chǔ)。泵進(jìn)出水管和泵房大小滿足要求，不需要更換、擴(kuò)建。

3.2 新建工程設(shè)計

(1)二次提升泵房

收集一期及一期擴(kuò)建工程反硝化濾池的出水，提升至后續(xù)復(fù)合催化氧化池進(jìn)行提標(biāo)處理。設(shè)計流量為2 350 m3/h，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，幾何尺寸L×B×H=10.5 m×9.5 m×5.5 m，主要設(shè)備有離心式潛污泵、起重機(jī)、電動葫蘆等。

(2)復(fù)合催化氧化池

新建1座半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)防腐復(fù)合催化氧化池，對污水中難降解性COD進(jìn)行氧化去除。設(shè)計流量為2 350 m3/h，有效水深為6 m，幾何尺寸L×B×H=26.5 m×10.5 m×6.25 m，水力停留時間HRT=0.5 h。主要設(shè)備有臭氧投加單元、尾氣破壞器、雙向透氣安全閥、鑄鐵鑲銅閘門。

(3)臭氧發(fā)生間

新建1座臭氧發(fā)生間，產(chǎn)生的臭氧通過管道輸送至復(fù)合催化氧化池。地上框架結(jié)構(gòu)，幾何尺寸L×B×H=15.28 m×7.76 m×6.0 m，臭氧最大投加量為12 mg/L，最大臭氧需求量為28.2 kg/h；經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合類似項目相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗，本次工程采用液氧制備臭氧系統(tǒng)，設(shè)2臺臭氧發(fā)生器(1用1備)，產(chǎn)量為15 kg/h，功率為130 kW。另外，配置1座液氧站為臭氧發(fā)生車間提供氧氣源。

(4)生物炭濾池及反沖洗泵房

生物炭濾池及反沖洗泵房與二次提升泵房、復(fù)合催化氧化池合建，生物炭濾池分4格，管廊1格。單格尺寸L×B×H=9 m×6 m×6.4 m，設(shè)計濾速為10.88 m/h，單格過濾面積為54 m2，濾層厚度為2.0 m，主要設(shè)備包括活性炭濾料、石英砂墊層、承托層、反沖洗支管、出水水槽等。反沖洗泵房按4萬m3/d規(guī)模設(shè)置，水泵間布置成半地下式，以保證快速自灌起動，其余為地面式框架結(jié)構(gòu)，幾何尺寸L×B×H=17.75 m×7.3 m×6.4 m，泵房內(nèi)設(shè)反沖洗水泵3臺(2用1備)，單泵流量Q=1 460 m3/h，揚(yáng)程H=6 m，功率為37 kW。

(5)壓力式超濾

壓力式超濾設(shè)計進(jìn)水水量為1 792.1 m3/h(峰值系數(shù)為1.4)，凈產(chǎn)水水量為1 666.7 m3/h，膜面積為48 000 m3，濾速≤55 L/(m3·h)，設(shè)6套機(jī)組，單套機(jī)組凈產(chǎn)水量為277.8 m3/h，操作周期為45～60 min，出水渾濁度≤0.1 NTU，出水SDI控制值≤3，膜系統(tǒng)水回收率為93%。主要設(shè)備包括進(jìn)水緩沖池、超濾供水泵、PAC加藥系統(tǒng)、自清洗過濾器、超濾主機(jī)、超濾反洗水泵、化學(xué)加強(qiáng)反洗裝置、空壓機(jī)系統(tǒng)、中和系統(tǒng)、反洗廢水系統(tǒng)等。

(6)次氯酸鈉接觸池

次氯酸鈉接觸池設(shè)計處理水量為2 350 m3/h，接觸氧化時間為30 min，池體尺寸L×B×H=20.7 m×17.45 m×4.1 m，有效容積為1 480 m3，水力停留時間HRT=30 min，鋼筋混凝土內(nèi)防腐結(jié)構(gòu)。

(7)加氯加藥間

加氯加藥間按4.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計，尺寸L×B×H=27.6 m×7.8 m×6.5 m，加氯間主要功能為投加10%的次氯酸鈉溶液進(jìn)行出水消毒，加氯量為3～5 mg/L，主要設(shè)備包括次氯酸鈉儲藥罐、溶解罐、計料泵、計量泵等。

3.3 投資及運(yùn)行費(fèi)用

本項目估算總投資為15 998萬元，根據(jù)項目設(shè)計的比選方案及項目的實際情況，測算本項目新增運(yùn)行成本，滿負(fù)荷時新增單位經(jīng)營成本為1.18元/m3。

4 工程設(shè)計特點

4.1 充分利用已有設(shè)施

在本工程尾水提標(biāo)改造過程中，考慮到原污水處理廠已采用本工藝的前端流程，盡量利用已有構(gòu)筑物，通過多種技術(shù)方法，實現(xiàn)處理功能的提升或流態(tài)的改變。例如，一期和一期擴(kuò)建工程的反硝化深床濾池改造、中水回用泵房及弧形布水堰的改造等，這些改造減少了土建工程的施工量，節(jié)約了工期和投資，同時也提升了處理效果。

4.2 尾水深度處理

4.3 出水再利用

污水再生利用是指污水處理廠二級處理后的出水，經(jīng)過混凝、沉淀、過濾、消毒等深度處理后，可以再利用于工業(yè)、綠化、河湖景觀、市政雜用和農(nóng)灌等方面。污水再生利用系統(tǒng)不僅可以有效地節(jié)約和利用有限的淡水資源，還可以減少污染物的排放量，減輕對水環(huán)境的污染。本項目經(jīng)深度處理后，出水水質(zhì)較好，可作為本地中水水源進(jìn)行綜合利用，節(jié)水效益明顯，在降低巢湖流域水體污染的同時，可以有效緩解水資源緊張問題。

5 結(jié)論