济源市城市污水处理厂一期提标改造工程设计
济源市城市污水处理厂一期提标改造工程设计
刘金星，冯成军，蒋岚岚
(无锡市政设计研究院有限公司,江苏无锡214072)
摘要：济源市城市污水处理厂一期工程提标改造工程设计规模为5×104m3/d。二级处理采用奥贝尔氧化沟工艺，以原奥贝尔氧化沟工艺为基础，采取了调整运行模式、增加硝化液回流、补充碳源以及加药脱氮除磷等措施，改造工程土建及设备改造规模小、投资节省、能耗低、对进水适应能力强、运行管理方便。三级处理采用混凝沉淀+转盘滤池+紫外线消毒工艺。设计出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。
1 工程背景
济源市城市污水处理厂一期工程设计规模为5×104m3/d，采用奥贝尔氧化沟工艺，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准，处理后尾水约3.5×104m3/d作为循环冷却水回用于沁北电厂。根据要求，该污水厂出水标准需提高到一级A标准。
现状污水厂存在的问题：①粗格栅、细格栅、污泥泵、加药泵等设备运行多年，损坏严重，影响使用功能。②由于进水BOD5/TKN值较低，碳源不足，系统的反硝化能力难以提高；氧化沟采用同步硝化反硝化，外沟的DO浓度较高，造成TN的去除率较低；中沟和内沟转碟推动力不足，沟底混合液流速较低。③根据现状进水水质，出水SS、TP难以达到一级A标准，需要增设去除SS和TP的处理构筑物或措施。④现状二沉池出水直接排放，无消毒系统。
2 提标改造工程设计
2.1 设计进、出水水质
根据2009年1月—2012年12月的每日水质报表，取85%涵盖率指标用于核算实际进水水质参数。出水水质要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准，出水排入蟒河。
本工程设计进、出水水质如表1所示。
表1 设计进、出水水质
2.2 工艺流程
二级处理仍采用原奥贝尔氧化沟工艺；三级处理采用混凝沉淀+转盘滤池+紫外线消毒工艺(见图1)。污泥处理采用污泥浓缩池+带式污泥脱水机，含水率≤80%，泥饼外运。
图1 污水处理工艺流程
2.3 提标改造工程内容
提标改造工程内容见表２。
表2 提标改造工程内容
2.4 主要构筑物设计
2.4.1 粗格栅及进水泵房（改造）
格栅设备更新，在现状构筑物内部进行。
回转式机械格栅除污机部分耙齿损坏，影响使用功能，造成大的颗粒物穿透，加重后续处理工段的处理负荷，更换粗格栅2台，格栅宽度为1.20 m，格栅深度为6.85 m，栅条间隙为20 mm，格栅安装倾角为70°，配电功率为1.1 kW。
2.4.2 细格栅及曝气沉砂池（改造）
格栅设备更新，在现状构筑物内部进行。
细格栅共3台，其中1台格栅已损坏严重，更换细格栅1台。格栅宽度为1.25 m，格栅深度为1.50 m，栅条间隙为3 mm，配电功率为1.1 kW。
2.4.3 奥贝尔氧化沟（改造）
提标改造工程对奥贝尔氧化沟的改造主要是对其运行工况进行调整，外沟调整为缺氧模式运行，增加内沟至外沟的硝化液回流系统，提高其对TN、NH3-N、COD、BOD5等关键水质指标的去除效果。为了弥补停开外沟部分转碟带来的推动力不足问题，在外沟增加潜水推进器。同时，在中沟、内沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证中沟、内沟的流速不低于0.3 m/s。由于外沟部分转碟停止运行，复核系统的转碟充氧量，保证溶解氧需求。
①基本参数:半地下式钢混结构,2座,单座规模为2.5×104m3/d，单池平面尺寸为64.3 m×55.8 m。总池容为11 830 m3，停留时间为11.36 h,外沟池容为6 150 m3，停留时间为5.90 h,中沟池容为3 730 m3，停留时间为3.58 h,内沟池容为1 950 m3，停留时间为1.87 h。泥龄为16 d,污泥负荷为0.081 kgBOD5/(kgMLSS·d),污泥浓度为4 000 mg/L。污泥回流比为100%。有效水深为4.3 m。
转碟设备:内沟为4组，21片/组;中沟为4组，36片/组;外沟为6组，30片/组。
②硝化液回流系统
本工程奥贝尔氧化沟没有内沟到外沟的硝化液回流系统，现状运行模式的脱氮效果不能达到一级A标准，对于NH3-N、TN指标，重点考虑增加硝化液回流系统，停开外沟部分转碟以降低溶解氧浓度，创造良好的缺氧脱氮环境，提高系统的NH3-N、TN去除率。
硝化液回流比为200%，单池配备硝化液回流泵2台，两池共4台。混流泵流量为1 000 m3/h，H=25 kPa，N=18.5 kW。
③需氧量复核
按照设计进出水水质，复核单个氧化沟理论需氧量为：AOR=8 239.34 kg/d，合343.31 kg/h。
单片转碟充氧能力（理论值）为1.5 kg/h。
外沟转碟全开条件下，充氧量为6×30×1.5=270 kg/h。
中沟转碟全开条件下，充氧量为4×36×1.5=216 kg/h。
内沟转碟全开条件下，充氧量为4×21×1.5=126 kg/h。
④外沟缺氧模式调整
提标改造技术目标：外沟溶解氧浓度为0 mg/L,中沟溶解氧浓度为1 mg/L,内沟溶解氧浓度为2 mg/L。
提标改造技术说明：
理论上，中沟、内沟曝气转碟全开，充氧量为216+126＝342 kg/h，与理论需氧量343.31 kg/h接近，能满足生化池的充氧需求，实际运行中，考虑氧化沟内微生物对氧气的吸收速率情况，外沟转碟仍需要部分开启，以补充需氧量。同时，外沟转碟部分开启也可以避免外沟出现厌氧环境。
外沟现状共6组转碟，考虑的运行模式为：弯道顶端的2组转碟保留正常开启模式，保证适当的充氧能力，满足部分好氧微生物代谢的最低氧需求，达到平衡状态时，保持池内溶解氧为0 mg/L。弯道转弯处2组转碟备用，根据实际运行情况的水质、水量变化灵活调整。直线段2组转碟停止运行。
⑤外沟、中沟、内沟增设推进器
a.外沟。为了弥补外沟转碟设备停开导致的推流动力不足问题，在外沟直线段和弯道顶共增设4台潜水推进器，两池共8套，潜水推进器直径为2.20 m，功率（单台）为7.5 kW。
b.中沟。现状中沟混合液流速较低，仅采用转碟的推进器不足，在中沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证中沟的流速不低于0.3 m/s。
潜水推进器单池增设2台，共4台，潜水推进器直径为2.20 m，功率为5.5 kW。
c.内沟。现状内沟混合液流速较低，仅采用转碟的推进器不足，在内沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证内沟的流速不低于0.3 m/s。
潜水推进器单池增设2台，两池共4台，潜水推进器直径为2.20 m，功率为4.0 kW。
2.4.4 混凝沉淀池（新建）
混凝沉淀池前端设潜水轴流泵，用以提升污水，满足整个提标改造工程所需的水头，后端设机械混凝区和斜板沉淀区，主要去除部分悬浮物、BOD5或COD和TP，对色度也有较高的去除率（>90%）。
絮混采用机械混凝。混凝段投加阴离子型高分子混凝剂，增加混凝的速度和效果。沉淀部分采用斜板沉淀。沉淀池出水在顶部通过矩形堰收集。堰的设计能够保证通过沉淀区域出水得到满意的水力分配。污泥聚集在池的底部，由污泥泵定期抽至污泥处理系统。
混凝沉淀池设计规模为5.0×104 m3/d，平面尺寸为49.45 m×12.40 m，有效水深为4.50 m，混凝时间为8.6 min，斜板沉淀区上升流速为1.8 mm/s，斜板水平倾角为60°，斜板区高度为1.0 m，超高为0.45 m，清水区高度为1.0 m，配水区高度为1.5 m，排泥区高度为1.0 m；潜水混流泵3台，Q=1 000 m3/h，H=35 kPa，N=22 kW；混凝搅拌机2台，桨叶外缘线速度为0.7 m/s，N=1.1 kW；剩余污泥泵3台（3用1备），Q=170 m3/h，H=80 kPa，N=15 kW。
2.4.5 过滤消毒池（新建）
本工程过滤与消毒系统合建，设计规模为5.0×104m3/d，平面尺寸为12.0 m×11.8 m。过滤工艺采用较先进的转盘滤池，采用紫外线消毒。设置转盘式微过滤装置3台，D=2.2 m，滤布网孔直径为10 μm，N=1.1 kW；紫外线模块组1套，灯管模块数为12个，每个模块的灯管数为8个，灯管总数为96支，功率为30 kW。
2.4.6 碳源投加系统（改造）
在现状构筑物内部改造。
提标改造工程采用醋酸作为外加补充碳源，投加点设于生物反应池，当进水BOD5/TN值偏低或反硝化效果不好时，可予以补充碳源，实现尾水TN达标排放。
现状厂区已经有碳源投加用房及完整的碳源投加设备，目前被作为PAC加药装置使用，但药剂对罐体已经造成了腐蚀。本次提标改造工程，考虑恢复其原来的碳源投加功能，厂区新建PAC加药系统。
碳源采用冰醋酸，浓度90％以上，当反硝化去除TN效果不能保证时（尤其在冬季低温条件下），作为备用保障措施向构筑物内投外加碳源强化生物脱氮，提高TN去除率，醋酸经在线稀释后分别投加在缺氧区前段，以充分混合进行反硝化。
碳源的投加量与污水C/N有关，可通过下式计算：
FZ=2.85N0+1.71N+DO (1)
式中FZ——醋酸用量,g/m3
N0——初始的NO3--N 浓度，mg/L
N——初始的NO2--N 浓度，mg/L
DO——初始的DO浓度，mg/L
假设回流的硝化液中仅含有NO3--N ，考虑NO3--N 去除量为15.0 mg/L，则N0＝15 mg/L，N＝0 mg/L，DO＝2 mg/L；FZ＝44.75 g/m3，则每天的醋酸投加量为2 237.5 kg/d。
设备配置不锈钢醋酸储罐1套（利用现状储罐），有效容积为70 m3；醋酸投加泵2台(1用1备)，变频泵,Q＝1 000 L/h，H=600 kPa，P=0.75 kW。
2.4.7 污泥泵站（改造）
对污泥泵站进行维修养护，更换污泥回流泵和剩余污泥泵各1台。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 污泥脱水机房（改造）
对污泥脱水机房进行维修养护，更换进泥泵和加药泵各1台。进泥泵Q＝6~30 m3/h，H=120 kPa，N=5.5 kW；加药泵Q＝3 m3/h，H=100 kPa，N=2.2 kW。
2.4.9 加药除磷系统（新建）
根据化学除磷的要求，新建PAC投加系统，结合现状厂区布置，并考虑利用现状PAC加药管线，在碳源投加间的东侧空地设置PAC加药间。
化学除磷药剂采用液态聚合氯化铝（PAC），浓度为10％，经稀释后投加在混凝沉淀池中。
设计PAC投加量为15 mg/L，满足一期工程5.0×104m3/d污水量需求。投加量为750 kg/d，2%PAC溶液体积为7.5 m3/d，PAC储罐2个，容积为22.5 m3/个；PAC加药装置1套，药剂制备能力为37.5 m3/d，计量泵2台，Q＝0~1 000 L/h，N=0.75 kW。
3 结语
济源市城市污水处理厂一期提标改造工程采用强化二级处理+转盘过滤+消毒工艺，采用醋酸作为碳源，提高污水的可生化性，投加PAC提高脱氮除磷效果，并加以紫外线消毒，均保证了出水稳定达标，工程改造经济、技术可行，对类似工程具有借鉴意义。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第20期“设计经验”栏目）
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编者按
截至目前，国内尚未发现对污水中潜能进行定量计算的报道，对于污水潜能大多引用国外数据，并引发一些质疑。为此，北京建筑大学中—荷未来污水处理技术研发中心郝晓地教授团队试图通过之前已建立的能量平衡与计算模型，分别定量计算污水中蕴含的化学能与热能含量，以诠释污水潜能的蕴藏量以及可以回收利用的价值，让业内人士真正了解污水潜能的来源与丰量。
