濟源市城市污水處理廠一期提標改造工程設(shè)計

劉金星，馮成軍，蔣嵐嵐

(無錫市政設(shè)計研究院有限公司,江蘇無錫214072)

摘要：濟源市城市污水處理廠一期工程提標改造工程設(shè)計規(guī)模為5×104m3/d。二級處理采用奧貝爾氧化溝工藝，以原奧貝爾氧化溝工藝為基礎(chǔ)，采取了調(diào)整運行模式、增加硝化液回流、補充碳源以及加藥脫氮除磷等措施，改造工程土建及設(shè)備改造規(guī)模小、投資節(jié)省、能耗低、對進水適應(yīng)能力強、運行管理方便。三級處理采用混凝沉淀+轉(zhuǎn)盤濾池+紫外線消毒工藝。設(shè)計出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。

1 工程背景

濟源市城市污水處理廠一期工程設(shè)計規(guī)模為5×104m3/d，采用奧貝爾氧化溝工藝，設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準，處理后尾水約3.5×104m3/d作為循環(huán)冷卻水回用于沁北電廠。根據(jù)要求，該污水廠出水標準需提高到一級A標準。

現(xiàn)狀污水廠存在的問題：①粗格柵、細格柵、污泥泵、加藥泵等設(shè)備運行多年，損壞嚴重，影響使用功能。②由于進水BOD5/TKN值較低，碳源不足，系統(tǒng)的反硝化能力難以提高；氧化溝采用同步硝化反硝化，外溝的DO濃度較高，造成TN的去除率較低；中溝和內(nèi)溝轉(zhuǎn)碟推動力不足，溝底混合液流速較低。③根據(jù)現(xiàn)狀進水水質(zhì)，出水SS、TP難以達到一級A標準，需要增設(shè)去除SS和TP的處理構(gòu)筑物或措施。④現(xiàn)狀二沉池出水直接排放，無消毒系統(tǒng)。

2 提標改造工程設(shè)計

2.1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

根據(jù)2009年1月—2012年12月的每日水質(zhì)報表，取85%涵蓋率指標用于核算實際進水水質(zhì)參數(shù)。出水水質(zhì)要求執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，出水排入蟒河。

本工程設(shè)計進、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)

2.2 工藝流程

二級處理仍采用原奧貝爾氧化溝工藝；三級處理采用混凝沉淀+轉(zhuǎn)盤濾池+紫外線消毒工藝(見圖1)。污泥處理采用污泥濃縮池+帶式污泥脫水機，含水率≤80%，泥餅外運。

圖1 污水處理工藝流程

2.3 提標改造工程內(nèi)容

提標改造工程內(nèi)容見表２。

表2 提標改造工程內(nèi)容

2.4 主要構(gòu)筑物設(shè)計

2.4.1 粗格柵及進水泵房（改造）

格柵設(shè)備更新，在現(xiàn)狀構(gòu)筑物內(nèi)部進行。

回轉(zhuǎn)式機械格柵除污機部分耙齒損壞，影響使用功能，造成大的顆粒物穿透，加重后續(xù)處理工段的處理負荷，更換粗格柵2臺，格柵寬度為1.20 m，格柵深度為6.85 m，柵條間隙為20 mm，格柵安裝傾角為70°，配電功率為1.1 kW。

2.4.2 細格柵及曝氣沉砂池（改造）

格柵設(shè)備更新，在現(xiàn)狀構(gòu)筑物內(nèi)部進行。

細格柵共3臺，其中1臺格柵已損壞嚴重，更換細格柵1臺。格柵寬度為1.25 m，格柵深度為1.50 m，柵條間隙為3 mm，配電功率為1.1 kW。

2.4.3 奧貝爾氧化溝（改造）

提標改造工程對奧貝爾氧化溝的改造主要是對其運行工況進行調(diào)整，外溝調(diào)整為缺氧模式運行，增加內(nèi)溝至外溝的硝化液回流系統(tǒng)，提高其對TN、NH3-N、COD、BOD5等關(guān)鍵水質(zhì)指標的去除效果。為了彌補停開外溝部分轉(zhuǎn)碟帶來的推動力不足問題，在外溝增加潛水推進器。同時，在中溝、內(nèi)溝增加潛水推進器，強化系統(tǒng)的推流效果，保證中溝、內(nèi)溝的流速不低于0.3 m/s。由于外溝部分轉(zhuǎn)碟停止運行，復核系統(tǒng)的轉(zhuǎn)碟充氧量，保證溶解氧需求。

①基本參數(shù):半地下式鋼混結(jié)構(gòu),2座,單座規(guī)模為2.5×104m3/d，單池平面尺寸為64.3 m×55.8 m�？偝厝轂�11 830 m3，停留時間為11.36 h,外溝池容為6 150 m3，停留時間為5.90 h,中溝池容為3 730 m3，停留時間為3.58 h,內(nèi)溝池容為1 950 m3，停留時間為1.87 h。泥齡為16 d,污泥負荷為0.081 kgBOD5/(kgMLSS·d),污泥濃度為4 000 mg/L。污泥回流比為100%。有效水深為4.3 m。

轉(zhuǎn)碟設(shè)備:內(nèi)溝為4組，21片/組;中溝為4組，36片/組;外溝為6組，30片/組。

②硝化液回流系統(tǒng)

本工程奧貝爾氧化溝沒有內(nèi)溝到外溝的硝化液回流系統(tǒng)，現(xiàn)狀運行模式的脫氮效果不能達到一級A標準，對于NH3-N、TN指標，重點考慮增加硝化液回流系統(tǒng)，停開外溝部分轉(zhuǎn)碟以降低溶解氧濃度，創(chuàng)造良好的缺氧脫氮環(huán)境，提高系統(tǒng)的NH3-N、TN去除率。

硝化液回流比為200%，單池配備硝化液回流泵2臺，兩池共4臺�；炝鞅昧髁繛�1 000 m3/h，H=25 kPa，N=18.5 kW。

③需氧量復核

按照設(shè)計進出水水質(zhì)，復核單個氧化溝理論需氧量為：AOR=8 239.34 kg/d，合343.31 kg/h。

單片轉(zhuǎn)碟充氧能力（理論值）為1.5 kg/h。

外溝轉(zhuǎn)碟全開條件下，充氧量為6×30×1.5=270 kg/h。

中溝轉(zhuǎn)碟全開條件下，充氧量為4×36×1.5=216 kg/h。

內(nèi)溝轉(zhuǎn)碟全開條件下，充氧量為4×21×1.5=126 kg/h。

④外溝缺氧模式調(diào)整

提標改造技術(shù)目標：外溝溶解氧濃度為0 mg/L,中溝溶解氧濃度為1 mg/L,內(nèi)溝溶解氧濃度為2 mg/L。

提標改造技術(shù)說明：

理論上，中溝、內(nèi)溝曝氣轉(zhuǎn)碟全開，充氧量為216+126＝342 kg/h，與理論需氧量343.31 kg/h接近，能滿足生化池的充氧需求，實際運行中，考慮氧化溝內(nèi)微生物對氧氣的吸收速率情況，外溝轉(zhuǎn)碟仍需要部分開啟，以補充需氧量。同時，外溝轉(zhuǎn)碟部分開啟也可以避免外溝出現(xiàn)厭氧環(huán)境。

外溝現(xiàn)狀共6組轉(zhuǎn)碟，考慮的運行模式為：彎道頂端的2組轉(zhuǎn)碟保留正常開啟模式，保證適當?shù)某溲跄芰�，滿足部分好氧微生物代謝的最低氧需求，達到平衡狀態(tài)時，保持池內(nèi)溶解氧為0 mg/L。彎道轉(zhuǎn)彎處2組轉(zhuǎn)碟備用，根據(jù)實際運行情況的水質(zhì)、水量變化靈活調(diào)整。直線段2組轉(zhuǎn)碟停止運行。

⑤外溝、中溝、內(nèi)溝增設(shè)推進器

a.外溝。為了彌補外溝轉(zhuǎn)碟設(shè)備停開導致的推流動力不足問題，在外溝直線段和彎道頂共增設(shè)4臺潛水推進器，兩池共8套，潛水推進器直徑為2.20 m，功率（單臺）為7.5 kW。

b.中溝�，F(xiàn)狀中溝混合液流速較低，僅采用轉(zhuǎn)碟的推進器不足，在中溝增加潛水推進器，強化系統(tǒng)的推流效果，保證中溝的流速不低于0.3 m/s。

潛水推進器單池增設(shè)2臺，共4臺，潛水推進器直徑為2.20 m，功率為5.5 kW。

c.內(nèi)溝�，F(xiàn)狀內(nèi)溝混合液流速較低，僅采用轉(zhuǎn)碟的推進器不足，在內(nèi)溝增加潛水推進器，強化系統(tǒng)的推流效果，保證內(nèi)溝的流速不低于0.3 m/s。

潛水推進器單池增設(shè)2臺，兩池共4臺，潛水推進器直徑為2.20 m，功率為4.0 kW。

2.4.4 混凝沉淀池（新建）

混凝沉淀池前端設(shè)潛水軸流泵，用以提升污水，滿足整個提標改造工程所需的水頭，后端設(shè)機械混凝區(qū)和斜板沉淀區(qū)，主要去除部分懸浮物、BOD5或COD和TP，對色度也有較高的去除率（>90%）。

絮混采用機械混凝。混凝段投加陰離子型高分子混凝劑，增加混凝的速度和效果。沉淀部分采用斜板沉淀。沉淀池出水在頂部通過矩形堰收集。堰的設(shè)計能夠保證通過沉淀區(qū)域出水得到滿意的水力分配。污泥聚集在池的底部，由污泥泵定期抽至污泥處理系統(tǒng)。

混凝沉淀池設(shè)計規(guī)模為5.0×104 m3/d，平面尺寸為49.45 m×12.40 m，有效水深為4.50 m，混凝時間為8.6 min，斜板沉淀區(qū)上升流速為1.8 mm/s，斜板水平傾角為60°，斜板區(qū)高度為1.0 m，超高為0.45 m，清水區(qū)高度為1.0 m，配水區(qū)高度為1.5 m，排泥區(qū)高度為1.0 m；潛水混流泵3臺，Q=1 000 m3/h，H=35 kPa，N=22 kW；混凝攪拌機2臺，槳葉外緣線速度為0.7 m/s，N=1.1 kW；剩余污泥泵3臺（3用1備），Q=170 m3/h，H=80 kPa，N=15 kW。

2.4.5 過濾消毒池（新建）

本工程過濾與消毒系統(tǒng)合建，設(shè)計規(guī)模為5.0×104m3/d，平面尺寸為12.0 m×11.8 m。過濾工藝采用較先進的轉(zhuǎn)盤濾池，采用紫外線消毒。設(shè)置轉(zhuǎn)盤式微過濾裝置3臺，D=2.2 m，濾布網(wǎng)孔直徑為10 μm，N=1.1 kW；紫外線模塊組1套，燈管模塊數(shù)為12個，每個模塊的燈管數(shù)為8個，燈管總數(shù)為96支，功率為30 kW。

2.4.6 碳源投加系統(tǒng)（改造）

在現(xiàn)狀構(gòu)筑物內(nèi)部改造。

提標改造工程采用醋酸作為外加補充碳源，投加點設(shè)于生物反應(yīng)池，當進水BOD5/TN值偏低或反硝化效果不好時，可予以補充碳源，實現(xiàn)尾水TN達標排放。

現(xiàn)狀廠區(qū)已經(jīng)有碳源投加用房及完整的碳源投加設(shè)備，目前被作為PAC加藥裝置使用，但藥劑對罐體已經(jīng)造成了腐蝕。本次提標改造工程，考慮恢復其原來的碳源投加功能，廠區(qū)新建PAC加藥系統(tǒng)。

碳源采用冰醋酸，濃度90％以上，當反硝化去除TN效果不能保證時（尤其在冬季低溫條件下），作為備用保障措施向構(gòu)筑物內(nèi)投外加碳源強化生物脫氮，提高TN去除率，醋酸經(jīng)在線稀釋后分別投加在缺氧區(qū)前段，以充分混合進行反硝化。

碳源的投加量與污水C/N有關(guān)，可通過下式計算：

FZ=2.85N0+1.71N+DO (1)

式中FZ——醋酸用量,g/m3

N0——初始的NO3--N 濃度，mg/L

N——初始的NO2--N 濃度，mg/L

DO——初始的DO濃度，mg/L

假設(shè)回流的硝化液中僅含有NO3--N ，考慮NO3--N 去除量為15.0 mg/L，則N0＝15 mg/L，N＝0 mg/L，DO＝2 mg/L；FZ＝44.75 g/m3，則每天的醋酸投加量為2 237.5 kg/d。

設(shè)備配置不銹鋼醋酸儲罐1套（利用現(xiàn)狀儲罐），有效容積為70 m3；醋酸投加泵2臺(1用1備)，變頻泵,Q＝1 000 L/h，H=600 kPa，P=0.75 kW。

2.4.7 污泥泵站（改造）

對污泥泵站進行維修養(yǎng)護，更換污泥回流泵和剩余污泥泵各1臺。污泥回流泵Q＝500 m3/h，H=30 kPa，N=11 kW；剩余污泥泵Q＝70 m3/h，H=120 kPa，N=7.5 kW。

2.4.8 污泥脫水機房（改造）

對污泥脫水機房進行維修養(yǎng)護，更換進泥泵和加藥泵各1臺。進泥泵Q＝6~30 m3/h，H=120 kPa，N=5.5 kW；加藥泵Q＝3 m3/h，H=100 kPa，N=2.2 kW。

2.4.9 加藥除磷系統(tǒng)（新建）

根據(jù)化學除磷的要求，新建PAC投加系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)狀廠區(qū)布置，并考慮利用現(xiàn)狀PAC加藥管線，在碳源投加間的東側(cè)空地設(shè)置PAC加藥間。

化學除磷藥劑采用液態(tài)聚合氯化鋁（PAC），濃度為10％，經(jīng)稀釋后投加在混凝沉淀池中。

設(shè)計PAC投加量為15 mg/L，滿足一期工程5.0×104m3/d污水量需求。投加量為750 kg/d，2%PAC溶液體積為7.5 m3/d，PAC儲罐2個，容積為22.5 m3/個；PAC加藥裝置1套，藥劑制備能力為37.5 m3/d，計量泵2臺，Q＝0~1 000 L/h，N=0.75 kW。

3 結(jié)語

濟源市城市污水處理廠一期提標改造工程采用強化二級處理+轉(zhuǎn)盤過濾+消毒工藝，采用醋酸作為碳源，提高污水的可生化性，投加PAC提高脫氮除磷效果，并加以紫外線消毒，均保證了出水穩(wěn)定達標，工程改造經(jīng)濟、技術(shù)可行，對類似工程具有借鑒意義。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第20期“設(shè)計經(jīng)驗”欄目）

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編者按

截至目前，國內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)對污水中潛能進行定量計算的報道，對于污水潛能大多引用國外數(shù)據(jù)，并引發(fā)一些質(zhì)疑。為此，北京建筑大學中—荷未來污水處理技術(shù)研發(fā)中心郝曉地教授團隊試圖通過之前已建立的能量平衡與計算模型，分別定量計算污水中蘊含的化學能與熱能含量，以詮釋污水潛能的蘊藏量以及可以回收利用的價值，讓業(yè)內(nèi)人士真正了解污水潛能的來源與豐量。