富陽污水處理廠四期工程設(shè)計方案

萬明輝

（上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市 200092）

0 引言

富陽污水處理廠一期工程于2001年建成運(yùn)行，其設(shè)計規(guī)模為2萬m3/d，期間經(jīng)過二期3萬m3/d和三期3萬m3/d的擴(kuò)建，目前設(shè)計規(guī)模達(dá)到8萬m3/d，處理后尾水排入富春江。污水廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

隨著富陽經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及市政管網(wǎng)的不斷完善，污水量也隨之增加。同時，為了有效遏制富春江流域水體環(huán)境的不斷惡化，保障下游杭州市取水水源的水質(zhì)安全，富陽污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918-2002中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。因此，在上述背景下提出實(shí)施富陽污水處理四期擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程。

1 污水廠現(xiàn)狀介紹

1.1 處理水量及進(jìn)出水水質(zhì)

富陽污水處理廠一、二、三期工程設(shè)計總規(guī)模為8萬m3/d，均采用回轉(zhuǎn)式氧化溝工藝，目前污水處理廠已基本滿負(fù)荷運(yùn)行，原設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

近兩年來污水處理廠實(shí)際出水水質(zhì)頻率統(tǒng)計表，見表2。

表2 2011年～2012年污水處理廠出水水質(zhì)頻率

從表2可知，各出水指標(biāo)能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918-2002一級B標(biāo)準(zhǔn)，但C OD、SS、T P等指標(biāo)尚不能滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.2 原污水處理工藝流程

原污水處理廠采用回轉(zhuǎn)式氧化溝處理工藝，流程見圖1。

1.3 原污水廠運(yùn)行狀況評述

富陽污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行情況良好，出水穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有構(gòu)建筑物存在以下一些問題，需在本次工程中予以升級改造。

圖1 原污水處理工藝流程

（1）一期氧化溝前無厭氧除磷池，僅可滿足生物脫氮功能，無除磷功能。

（2）二、三期氧化溝設(shè)計規(guī)模均為3萬m3/d，設(shè)計出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)都提高后，原有的池容及水力停留時間已無法滿足處理達(dá)標(biāo)的要求。

（3）需增加深度處理，使 C ODcr、SS、T P 等指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（4）紫外線消毒池劑量偏低，糞大腸菌不能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。

（5）現(xiàn)有污泥處理設(shè)施容量和規(guī)模均偏小，且設(shè)備設(shè)施老化。

2 擴(kuò)建及改造工藝設(shè)計[1,2]

2.1 設(shè)計水量及水質(zhì)

經(jīng)污水量分析與預(yù)測，污水處理廠規(guī)模為近期（2020年）14萬 m3/d，遠(yuǎn)期（2025年）24萬 m3/d。因目前富陽污水處理廠擴(kuò)建用地非常有限，周圍已無可征用土地。現(xiàn)有的富陽污水廠擴(kuò)建至14萬m3/d規(guī)模后，不再繼續(xù)擴(kuò)建。遠(yuǎn)期另行選址，解決污水量增加的問題。

從富陽污水處理廠近四年來的日平均數(shù)據(jù)頻率統(tǒng)計，按85%保證率，進(jìn)水水質(zhì)見表3。

表3 按保證率統(tǒng)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

從分析結(jié)果來看，進(jìn)水85%保證率的C ODcr值較高，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是服務(wù)范圍內(nèi)工、企業(yè)沒有嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)排放廢水，目前，污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的工、企業(yè)主要為房地產(chǎn)、機(jī)械電子及通信、新型建材等，且排放的廢水大部分為職工生活污水。由于行業(yè)的不同，或者同行業(yè)的企業(yè)運(yùn)營管理水平不同，其排放的廢水水質(zhì)及水量差別較大。盡管如此，工業(yè)廢水的排放均必須滿足《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（C J 343-2010）的標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合富陽市工企業(yè)分布和排水量情況，預(yù)測工業(yè)廢水的水質(zhì)見表4。

表4 預(yù)測工業(yè)廢水水質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)狀資料，污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的生活污水與工企業(yè)廢水的比例為（55%～60%）：（45%～40%），且工企業(yè)廢水中約30%為職工生活污水，10%～15%為工業(yè)廢水。職工生活污水水質(zhì)按一般生活污水水質(zhì)計算，則生活污水與工業(yè)廢水的比例約為85%：15%，根據(jù)相應(yīng)水質(zhì)進(jìn)行加權(quán)平均，結(jié)果見表5。

表5 加權(quán)修正后的水質(zhì)指標(biāo)

隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的完善，居民生活用水納管率將進(jìn)一步提高，且工企業(yè)納管標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格執(zhí)行，C ODcr預(yù)計將逐步降低。為了保證污水廠的設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理，同時又適當(dāng)留點(diǎn)余地，結(jié)合上述分析，確定富陽污水處理廠四期工程設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)見表6。

表6 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

富陽污水廠排放口位于杭州城市取水口上游的特殊地理位置，污水廠排水需確保下游杭州城市取水水源的水質(zhì)安全。根據(jù)浙江省環(huán)保廳和浙江省發(fā)展和改革委員會《關(guān)于印發(fā)錢塘江流域水污染防治“十二五”規(guī)劃》的通知規(guī)定，本工程尾水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，見表7。

表7 設(shè)計出水水質(zhì)

2.2 工藝方案設(shè)計

本工程設(shè)計進(jìn)水指標(biāo)較原指標(biāo)稍高，出水指標(biāo)從一級B提升至一級A，污水處理需進(jìn)行全面升級。本工程對一、二、三期工程進(jìn)行升級改造，延長反硝化時間以增強(qiáng)脫氮效果。本次設(shè)計通過對前三期氧化溝池容、設(shè)備能力及去除污染物能力進(jìn)行校核，在最大程度利用現(xiàn)有污水處理設(shè)施基礎(chǔ)上，將一期氧化溝減量至1.8萬m3/d，二、三期氧化溝各減量至2.1萬m3/d，經(jīng)改造后，前三期總處理量從8萬m3/d減至6萬m3/d，同時，四期擴(kuò)建8萬m3/d來保證14萬m3/d總處理規(guī)模。此外，相比二、三期氧化溝，一期氧化溝缺乏除磷功能，本次改造在一期氧化溝前增設(shè)有生物除磷功能的厭氧反應(yīng)池。

本工程污水處理廠設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)BOD5/C ODcr=0.44，屬于較易生物降解范疇。為確保四期擴(kuò)建及升級改造工程實(shí)施后出水水質(zhì)的穩(wěn)定，四期擴(kuò)建工程采用了具有生物脫氮除磷功能的多模式倒置AA O工藝，倒置A/A/O缺氧區(qū)與厭氧區(qū)相鄰，在溫度較低，缺氧區(qū)無足夠反硝化能力時會有部分硝酸鹽帶入?yún)捬鯀^(qū)，導(dǎo)致厭氧區(qū)體積減小，除磷效率下降。為了解決由于反硝化速率降低，硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，干擾磷的厭氧釋放。在厭氧區(qū)前增加1點(diǎn)進(jìn)水可確保優(yōu)質(zhì)碳源進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，保證除磷效果；同時污水處理工藝在分點(diǎn)進(jìn)水倒置A/A/O工藝的基礎(chǔ)上增加缺氧混合液回流，這樣在冬季水溫較低的情況下，污水處理工藝可以按U C T模式運(yùn)行，確保系統(tǒng)能夠達(dá)到較好的除磷效果。為保證脫氮效果，本工程設(shè)置碳源應(yīng)急投加系統(tǒng)，在進(jìn)水BOD5/T N較低的時候投加碳源。

目前，僅僅通過二級生物脫氮除磷工藝，很難達(dá)到一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是T P指標(biāo)，需增加深度處理設(shè)施來保證出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[1-2]。本工程將全廠14萬m3/d二級出水進(jìn)行統(tǒng)一深度處理。根據(jù)現(xiàn)場用地條件，對沉淀、過濾、消毒工藝等進(jìn)行了綜合比選，深度處理采取“高效沉淀+濾布濾池+紫外線消毒”工藝。

為了降低污水處理污泥處置運(yùn)行費(fèi)用，為污水處理廠污泥尋找多種可靠的出路，近期，根據(jù)與當(dāng)?shù)責(zé)犭娖髽I(yè)簽署意向書，本工程將污泥經(jīng)螺壓式濃縮機(jī)濃縮，板框壓濾機(jī)脫水，污泥含水率降至60%以下，運(yùn)送至熱電廠混合焚燒。

四期擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程工藝流程見圖2。

圖2 四期擴(kuò)建及提標(biāo)改造工藝流程

2.3 主要水處理工藝設(shè)計

2.3.1 一期構(gòu)建筑物工藝設(shè)計

（1）混合池

新建混合池一座，平面尺寸為5.0 m×5.0 m，井深6.65 m。將各處進(jìn)廠污水管道匯入混合池混合均質(zhì)，再分配至一、二、三期已建泵房及四期新建泵房，污水性質(zhì)相對統(tǒng)一，運(yùn)行工況大體一致，便于運(yùn)行管理。

（2）進(jìn)水泵房及旋流沉砂池

利用原有構(gòu)筑物，原規(guī)模設(shè)計2.0萬m3/d減量至1.8萬m3/d，新增細(xì)格柵（B=1.2m、b=5mm）2臺。

（3）厭氧池

本工程新建厭氧池1座，平面尺寸為26.2 m×10.0 m，有效水深4.5 m，停留時間為1.5 h。

（4）回轉(zhuǎn)式氧化溝

利用原有的2座回轉(zhuǎn)式氧化溝，對其進(jìn)行減量化改造，改造后單座氧化溝處理水量為0.9萬m3/d。在缺氧區(qū)增加6臺水下推進(jìn)器，保證氧化溝內(nèi)的良好的推流環(huán)境。改造后水力停留時間為17.3 h。

（5）配水井及回流污泥泵站

利用原配水井及回流污泥泵站。外回流污泥回流管路切改至新建厭氧池。更換5臺回流泵（Q＝208 m3/h、H=4.5 m、N=5.5 kW）。

（6）二次沉淀池

利用原輻流式二次沉淀池。減量后處理水量為 1.8 萬 m3/d，表面負(fù)荷 0.69 m3/(m2·h)。

2.3.2 二、三期構(gòu)建筑物工藝設(shè)計

（1）粗格柵及進(jìn)水泵房

利用原有構(gòu)筑物，經(jīng)減量后，總規(guī)模由6萬m3/d減量至4.2萬m3/d，經(jīng)復(fù)核，將潛污泵由原來的4用1備調(diào)整為3用2備，水泵型號不變。

（2）回轉(zhuǎn)式氧化溝

二、三期回轉(zhuǎn)式氧化溝本次進(jìn)行減量化改造，改造后單座氧化溝處理水量為2.1萬m3/d，每組氧化溝減量至1.05萬m3/d。

以其中1組為例，關(guān)停緊鄰厭氧區(qū)與氧化溝連接進(jìn)水管處的表曝機(jī)，將每組氧化溝中間的2段廊道改造成缺氧區(qū)，強(qiáng)化脫氮效果；每組更新另1臺表曝機(jī)（N=93.2 kW，充氧效率為2.0 kgO2/（kW·h)），并在2段外側(cè)廊道內(nèi)各增設(shè)1臺轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)（直徑1.0 m，N=24 kW），以保證好氧段的供氧確保硝化。增加2套水下推進(jìn)器，保證氧化溝內(nèi)的良好推流環(huán)境。改造完之后的水力停留時間為19.3 h。

（3）紫外消毒池及出水泵房

廠內(nèi)紫外線消毒池于污水廠三期擴(kuò)建時建設(shè)，土建規(guī)模按14萬m3/d建設(shè)，設(shè)計規(guī)模8萬m3/d，設(shè)計出水標(biāo)準(zhǔn)一級B。目前運(yùn)行的紫外線消毒設(shè)備已無法滿足出水一級A標(biāo)準(zhǔn)消毒的要求，本次予以更換，同時在原遠(yuǎn)期預(yù)留的渠道再增設(shè)1套紫外線消毒設(shè)備，確保水質(zhì)升級后能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，同時增加出水泵。

2.3.3 四期構(gòu)建筑物工藝設(shè)計

（1）粗格柵及進(jìn)水泵房

新建粗格柵及進(jìn)水泵房1座，設(shè)計規(guī)模8萬m3/d。設(shè)置2臺鋼絲繩牽引柵除污機(jī)（B=2.5 m，b=20 mm，θ=75°），6臺潛水離心泵（Q=1 083m3/h，H=10.5m，N=45 k W）。

（2）細(xì)格柵及曝氣沉砂池

新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座，尺寸30.0 m×11.4 m，設(shè)計規(guī)模8萬m3/d，停留時間7 min。設(shè)置2臺轉(zhuǎn)鼓式格柵除污機(jī)，1臺桁車泵吸式吸砂機(jī)，2臺吸砂泵，2臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)。

（3）綜合反應(yīng)池

新建綜合反應(yīng)池1座，設(shè)計規(guī)模8萬m3/d。本構(gòu)筑物為組合式構(gòu)筑物，共包括初沉池、生物反應(yīng)池與二次沉淀池。

平流式沉淀池，2座，每座4個渠道，單渠道寬度6.5 m，尺寸為28.8 m×82.4 m。表面負(fù)荷約2.33 m3/(m2·h)。

生物反應(yīng)池，1座2池，每池可獨(dú)立運(yùn)行，尺為寸115 m×82 m。好氧泥齡11.8 d，反應(yīng)池污泥負(fù)荷 0.052 kGBOD5/kg ML SS.d，ML SS3.5 g/l，總水力停留時間18.15 h，氣水比6.37，好氧混合液回流比為100%～200%，外回流比為50%～100%。

矩形平流式二沉池，1座。尺寸為85.0m×62.4m，表面負(fù)荷為1.05 m3/(m2·h)，有效水深為4.0 m。

（4）高效沉淀池

新建1座4池，設(shè)計規(guī)模14萬m3/d，表面負(fù)荷為 9.0 m3/(m2·h)?；旌蠀^(qū)尺寸為 3.5 m×3.5 m，單池絮凝區(qū)尺寸為6.5 m×6.5 m，單池沉淀區(qū)尺寸為14.5 m×14.5 m。

（5）加藥間

新建加藥間1座，設(shè)計規(guī)模為14萬m3/d，尺寸為 23.0 m×15.0 m，P AC加藥量為 30 mg/L，P A M加藥量為1.0 mg/L，醋酸鈉投加量為30 mg/L。

（6）濾布濾池

新建濾布濾池1座，設(shè)計規(guī)模為14萬m3/d，尺寸為25 m×12.4 m。濾布濾池設(shè)備4套，處理能力 1 460萬m3/h，直徑為3.0 m，N=7.5 k W。

（7）鼓風(fēng)機(jī)房

新建鼓風(fēng)機(jī)房1座，尺寸為27.2m×14.6m，供氣量360m3/min，懸浮鼓風(fēng)機(jī)4臺（Q=130.0m3/min，H=8.0 m，N=180 k W）。

2.4 污泥處理工藝設(shè)計

（1）均質(zhì)池

新建儲泥池1座，尺寸為27.7 m×12.0 m，有效水深4.0 m。用于濃縮機(jī)房前，以保證濃縮設(shè)備的正常運(yùn)行。

（2）污泥濃縮脫水機(jī)房

利用原污泥脫水機(jī)房（24 m×18 m）改造為污泥濃縮機(jī)房（36 m×18 m），設(shè)置污泥濃縮機(jī)4臺，3用1備（Q=50～80m3/h，N=7.5 k W，t=16 h/d,進(jìn)泥濃度約99%，出泥濃度93～94%，單套干泥量619.5 kg/h）。

（3）污泥脫水機(jī)房

新建污泥脫水機(jī)房1座，尺寸34.5m×23.5m。采用3套高壓壓濾機(jī)對污泥進(jìn)行脫水，脫水后污泥含水率小于60%。

3 電氣和儀表自控設(shè)計

污水處理廠為二級負(fù)荷，本工程一期工程已申請二路10 k V電源，一用一備。本次四期工程擬新申請2路10 k V外線，2常用，引至新增1#變電所，每路電源需承擔(dān)100%用電負(fù)荷，原有2路外線停用。

本次自控系統(tǒng)設(shè)計采用與原污水廠自控系統(tǒng)相結(jié)合的方式，根據(jù)工藝流程增設(shè)3座現(xiàn)場控制站（P L C8、P L C9、P L C10）以及1座現(xiàn)場控制子站（P L C2-1），同時對現(xiàn)有部分現(xiàn)場控制站擴(kuò)容改造，在新建綜合樓內(nèi)設(shè)置一間新的中控室，將原有一期到三期中控信息整合進(jìn)新建中央控制系統(tǒng)內(nèi)。同時增加新建構(gòu)筑物的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)及防雷接地等。

4 工程的特點(diǎn)

（1）富陽市污水處理廠位于富春江北岸的沿江景觀帶，周邊為高檔居民區(qū)、旅游風(fēng)景點(diǎn)、學(xué)校等敏感地帶；且位于杭州市水源地上游，出水水質(zhì)直接影響杭州市市民的飲用水安全。在處理工藝的選擇上，必須選擇技術(shù)可行、成熟穩(wěn)定、先進(jìn)高效、經(jīng)濟(jì)合理的工藝，確保水、氣、聲、固的全面穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

（2）本工程是一項改擴(kuò)建工程，工程內(nèi)容繁多且復(fù)雜，經(jīng)過前三期工程建設(shè)和內(nèi)部技改，廠區(qū)管線錯綜復(fù)雜，設(shè)備狀況參差不齊。既包含6萬m3/d的擴(kuò)建，又包含對現(xiàn)狀8萬m3/d的提標(biāo)改造，還包含全廠污泥的深度脫水、預(yù)處理區(qū)和污泥處理區(qū)的除臭。在設(shè)計和實(shí)施過程中，必須充分考慮改擴(kuò)建對現(xiàn)有設(shè)施的影響。盡量利用原有構(gòu)筑物和機(jī)電設(shè)備，選擇與原工藝相兼容的工藝，減少改造對運(yùn)行的影響。在新建構(gòu)（建）筑物和改造的過程中，需確保污水廠的總體達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

（3）富陽市污水處理廠現(xiàn)狀用地面積為：5.40hm2，四期工程新增用地4.09hm2，污水廠實(shí)際總用地面積僅為9.49hm2。而根據(jù)《城市生活垃圾處理和給水與污水處理工程項目建設(shè)用地指標(biāo)》（2005年版），富陽污水廠總規(guī)模為14萬m3/d（屬于Ⅲ類污水處理廠），二級處理污水廠建設(shè)用地控制面積為：9.0hm2，深度處理用地控制用地面積為3.1hm2，其用地控制總面積為12.1hm2。跟用地指標(biāo)相比，實(shí)際用地減少了2.61hm2，減少了21.6%的用地。新增建設(shè)用地形狀不規(guī)則，對一些三角地塊難以充分利用。因此，在總平面布置上應(yīng)當(dāng)力求緊湊，在構(gòu)筑物池型的選擇中，在滿足設(shè)計功能的前提下，采用集約化的綜合反應(yīng)沉淀池，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

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