设计案例 | 苏州市某污水处理厂扩建及提标改造工程工艺设计要点

苏州市某污水处理厂进行扩建及提标改造工程。总规划规模5.0万m³/d，一期规模为2.5万m³/d，分两阶段实施。第一阶段1.25万m³/d已建成，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。本次扩建工程设计规模为1.25万m³/d。深度处理系统将两阶段出水统筹考虑，设计规模2.5万m³/d。

01 污水处理厂现状和设计面临的问题

1.1 污水处理厂现状

本污水厂总规划规模5.0万m³/d，一期规模为2.5万m³/d，分两阶段实施。第一阶段1.25万m³/d已于2008年投入运行，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。主要处理工艺为粗格栅及进水泵房+细格栅及旋流沉砂池+AAO氧化沟+二沉池+絮凝池+滤布滤池+紫外消毒池。污泥采用污泥浓缩+机械脱水+污泥外运+厌氧堆肥处理工艺。其中粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池及脱水机房均按2.5万m³/d规模设计。厂区总面积约为31 000 ㎡。扩建及提标改造工程均利用厂区原有预留用地。

1.2 设计面临主要问题

本工程设计出水水质执行苏州特别排放限值标准及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A标准，排放标准要求较高，尤其是CODCr和TN。目前该污水处理厂已建成规模1.25万m³/d，生化工艺采用AAO氧化沟。提标改造工艺需统筹考虑现有处理设施及扩建工程出水，以满足全厂出水水质达标的要求。

02 设计水质及工艺流程

2.1 设计进出水水质

出水水质中CODCr、NH3-N、TN、TP指标满足《苏州特别排放限值标准》的要求，其余指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准的要求（表1）。设计进出水水质及相应去除率如表2所示。

2.2 工艺流程

为保证出水水质要求，本次扩建及提标改造工程采用强化生化处理+深度处理工艺。强化生物处理采用采用多级AO优化工艺，形成AAAOAO工艺，重点是强化工艺脱氮除磷的功能。深度处理工艺采用高效沉淀池和反硝化滤池组合工艺，技术先进、处理效率高、运行效果好、节省占地。污泥处理工艺和一阶段保持一致，采用重力浓缩、机械脱水工艺。工艺流程如图1所示。

03 主要设计思路及要点

3.1 生化段设计要点

本工程生化段主要考虑去除COD及强化脱氮，将所有问题尽量在生化段解决，深度处理作为出水水质保障。根据目前国内污水处理针对脱氮除磷方面的高要求，结合活性污泥AAO工艺的应用经验，在各类改良式AAO工艺的基础上，采用多级AO优化工艺，形成预缺氧AAAOAO工艺，重点是强化工艺去除COD和脱氮除磷的功能。

AAAOAO工艺，即预缺氧/厌氧/缺氧/好氧/缺氧/好氧工艺，相当于预缺氧AAO后再接了一级AO工艺，形成了一种污水生物处理高效除磷脱氮技术。内部工艺流程如图2所示。

该工艺采取分段多点进水方式，将原污水按比例合理地分配到生物池的各段中，使其形成交替的多级缺氧好氧环境。同时减少内回流，合理地利用碳源和碱度，强化了生物脱氮除磷效果。

预缺氧区承接回流污泥和10%~30%的原水，通过反硝化作用，去除回流污泥中的硝态氮，降低硝态氮对厌氧释磷的影响，保证系统的除磷效果。同时也能让反硝化菌充分利用原水中的碳源进行反硝化，减少后续工段碳源的投加量，节省运行费用。后续大部分的进水进入厌氧池，厌氧池通过营造厌氧环境，进行磷的释放。厌氧池后是第Ⅰ缺氧池，缺氧池与好氧池相接，回流硝化液中的硝态氮与来自厌氧池的污水混合，依靠污水中的易降解碳源，实现反硝化脱氮反应，达到除氮的目的。缺氧池出水进入好氧段，在好氧段主要实现污水中COD、BOD的降解，氨氮转化为硝态氮得以去除，并实现聚磷菌对磷元素的摄取。同时在第Ⅰ好氧区后再设一级缺氧区，在利用进水快速碳源完成生物除磷和脱氮的基础上，利用第II缺氧池进行内源反硝化，进一步去除TN。第Ⅱ缺氧区后是第Ⅱ好氧区，通过曝气使污水中的溶解氧含量得以恢复，为进入二沉池进行泥水分离做准备。预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区等不同功能区的有机组合，强化了不同功能区去除污染物的能力，确保了系统运行的稳定性，可靠性和灵活性。生化池型布局如图3所示。

鉴于一期工程第一阶段氧化沟已分2组，且远期规模5万m3/d，为避免分组过多带来运行管理不便，扩建工程AAAOAO池设计一座。平面尺寸50.0 m×46.1 m，有效水深：6.0 m，总有效容积：13 800 m³，总HRT：22 h，污泥浓度：3.5~4.0 g/L，污泥泥龄：22 d。生化池各区功能及主要设计参数如下。

（1）预缺氧区

通过预处理的部分污水（20％~30％）和污泥回流泵房的外回流进入预缺氧区，平面尺寸17.8 m×9.0 m，设计停留时间为1.53 h。为了保证污泥和混合液混合，同时防止污泥沉降，池内安装潜水搅拌器2台，单台功率4 kW。

（2）厌氧区

经预缺氧区的污水进入厌氧区，其主要功能是释放磷。厌氧区平面尺寸17.8 m×13.0 m，水力停留时间为2.22 h。配置潜水搅拌器2台，单台功率4 kW。

（3）缺氧区Ⅰ

在缺氧区接受来自好氧区的内回流和部分原水（70％~80％），使好氧区内含有硝酸盐的混合液低能耗回流至缺氧区并与进水混合，使得反硝化反应得以实现，从而达到脱氮的目的。平面尺寸27.4 m×17.8 m，水力停留时间为4.68 h。 安装潜水推进器4台，单台功率5.5 kW。

（4）好氧区Ⅰ

污水经过厌氧区、缺氧区Ⅰ后进入好氧区，通过曝气实现去除BOD、硝化和磷的吸收这三项反应。好氧区1平面尺寸34.0 m×28.0 m，单廊道宽度8.3 m，水力停留时间为9.14 h。

（5）缺氧区Ⅱ

污水经过好氧区Ⅰ后，进入缺氧区Ⅱ。 缺氧区Ⅱ平面尺寸28.0 m×9.4 m，水力停留时间为2.53 h。当碳源不足时，投加碳源（乙酸钠），以确保反硝化作用。

（6）好氧区Ⅱ

在缺氧区Ⅱ后还设了一段好氧区，平面尺寸28.0 m×6.0 m设计停留时间1.61 h。对曝气池出水进行曝气，保证二沉池DO不低于2 mg/L。该好氧区还有将由于碳源投加造成的BOD5进一步氧化，避免出水BOD5超标的功能。

（7）进水分配渠和内外回流系统

进水分配渠主要为实现多点进水而设置，通过在各进水点安装调节堰门，通过开启度调整，实现预缺氧区、厌氧区、缺氧区Ⅰ三点不同比例进水。污泥回流渠承接来自二沉池的回流污泥，污泥回流比为50%~100%，通过污泥回流泵变频调节回流量。硝化液回流通过硝化液回流泵实现，硝化液回流比为100%~300%，通过硝化液回流泵变频调节回流量。

3.2 深度处理设计要点

本工程深度处理采用高密度沉淀池+反硝化滤池组合工艺。高效沉淀池实际上把混合/絮凝/沉淀进行重新组合，混合、絮凝采用机械搅拌方式，沉淀采用斜管装置，与普通平流式沉淀池相比，可大幅度提高水力负荷。由于混合、絮凝和斜管沉淀组合合理，使高密度沉淀池具有如下优点：①水力负荷高，沉淀区表面负荷约为10~25 m3/（m2・h），大大超过常规沉淀池的表面负荷，且占地紧凑，排泥浓度高；②污染物去除效率高，CODCr、BOD5和SS的去除率分别可达到40%、40%和70%，磷的去除率可高至80%；③由于加强了反应池内部循环并增加了外部污泥循环，提高分子间相互接触的机率，使絮凝剂在循环中得到充分利用，减少了药剂投加量，降低了运行成本；④从沉淀区分离出的污泥在浓缩区进行浓缩，提高了污泥的含水率，使污泥含水率达到98%。

高效沉淀池设计1座2组，并联运行。主要设计参数如下。

混凝区设计参数：尺寸：3.2 m×3.2 m×5.0 m；混凝时间120 s。

絮凝区设计参数：尺寸：4.5 m×4.5 m×5.9 m；絮凝时间13.8 min。

澄清区采用上向流斜管沉淀池，斜管内径φ=50 mm，斜长1 m，清水区水深1.0 m；尺寸：D=9.6 m×5.8 m，表面负荷为10.6 m3/（m2・h）。

深床反硝化滤池，是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元。反硝化滤池采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，同时深床又是硝酸氮（NO3-N）及悬浮物极好的去除构筑物。2~4 mm介质的比表面积较大。深介质的滤床足以避免窜流或穿透现象，即使前段处理工艺发生污泥膨胀或异常情况也不会使滤床发生水力穿透。在常规深介质滤床的基础上，本工程将滤床深度加深到2.4 m，进一步提高了深床反硝化滤池的脱氮能力，保证出水水质。介质有极好的悬浮物截留功效，固体物负荷高的特性大大延长了滤池过滤周期，减少了反冲洗次数，并能轻松应对峰值流量或处理厂污泥膨胀等异常情况。反硝化滤池进水处安装有流量计及相关检测仪表，通过PLC系统控制碳源投加量，实现运行的自动化。

本工程反硝化滤池共设置4格，分为四格，单格过滤面积：39.73 m2，平均滤速：6.55 m/h，滤床深度2.4 m。反冲洗过程：①气洗2 min；②气水联合冲洗10~15 min；③水漂洗5~8 min；反冲洗强度：气洗92 m/h，水洗15 m/h。

3.3 其他辅助构筑物工艺设计

3.3.1 二沉池

扩建工程新建一座直径32 m的二沉池，进行泥水分离，峰值表面负荷：1.007 m3/（m2・h），平均表面负荷：0.70 m3/（m2・h）。

3.3.2 鼓风机房

鼓风机房配置生化池曝气用鼓风机和反硝化滤池空气反冲洗用鼓风机。生化池供气配置3鼓风机，单台供气量Q=30.0 m3/min，P=68 kPa。反硝化滤池空气反冲洗配置2台风机，单台供气量Q=62 m3/min，P=78.4 kPa。

3.3.3 污泥系统

污泥采用污泥浓缩+机械脱水+污泥外运+厌氧堆肥处理工艺。现状已建污泥浓缩池一座。扩建工程新建直径9.5 m重力污泥浓缩池一座，二沉池和高密度沉淀池污泥经浓缩池后，送入脱水机房。脱水至含水率80%后外运进行堆肥。脱水机房现有2台带宽1.5 m的带式浓缩机，目前单台机每天运行时间4 h。扩建工程完成后，增加单台浓缩机每天运行时间至8 h即可满足全厂所产生污泥。浓缩池和脱水机房上清液均通过厂区污水系统自流进入进水泵房，提升后送入生化段处理。

3.3.4 除臭系统

本工程除臭系统选用生物土壤除臭工艺，需除臭的构筑物分别是粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池、AAO氧化沟（缺氧段、厌氧段）、污泥浓缩池、污泥脱水间、AAAOAO池（缺氧段、厌氧段）。经计算除臭总风量为3.92万m3/h，共设置4套除臭系统，分别对应预处理系统、污泥处理系统、一阶段氧化沟（缺氧段和厌氧厌氧段）以及扩建工程AAAOAO池（缺氧段、和厌氧段）。

扩建工程完成后，一阶段工程中的絮凝沉淀池、转盘滤池和紫外消毒池将不再使用。相关构筑物拆除作为预留用地。

3.4 工艺衔接及总图布置

扩建工程生化池进水来自原有细格栅及旋流沉砂池预留管路，第一阶段和扩建工程二沉池出水汇入中间提升泵房后，统一提升至深度处理系统，处理达标后排放。详见工艺流程图（图1）。扩建工程所产生的污泥送入原有污泥系统进行统一处理，经浓缩后送入带式压滤机，脱水至80%，泥饼外运处理。扩建及提标改造工程均利用厂区原有预留用地总图布置如图4所示。

图4 总平面布置图

04 结论

（1）扩建工程生化段采用AAAOAO工艺，通过不同功能区的优化组合，在传统工艺的基础上实现了强化去除COD和脱氮效果。同时也考虑了后期进水水质可能恶化的可能，尽可能将COD和TN的去除集中在生化段，降低了后续处理负荷。

（2）深度处理采用高密度沉淀池和深床反硝化滤池。在外加混凝剂、絮凝剂、碳源的情况下，强化脱氮除磷，保证出水水质的稳定达标。

（3）扩建工程及提标改造工程总投资为7970.85万元，本期项目运行单位水量总成本为2.484元/t，单位水量经营成本为1.617元/t，直接运行成本0.826元/t。

（4）本工程为首批按《苏州市特别排放限值标准》进行设计的污水厂之一，其工艺设计将会对后续的扩建及提标改造起到积极的借鉴作用。