福州市洋里污水处理厂一、二期工程的设计及运行

1、福州市洋里污水处理厂一、二期工程的设计及运行赵国志(上海市政工程设计研究总院, 上海)摘要: 福州市洋里污水厂一、二期工程的设计规模分别为20 104 m3 /d和10 104 m3 /d,分别采用Carrousel氧化沟工艺和多模式AAO工艺,出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 189182002)的一级B标准。在工程设计中,借鉴了相关工程的设计经验,对各构筑物的设计参数进行了优化。对一、二期工程各单元工艺的设计及运行经验进行了总结,可为相关工程提供借鉴与参考。 关键词: 污水处理厂; Carrousel氧化沟; AAO工艺; 脱氮除磷; 工程设计中图分类号: X703. 1文献标识

2、码: C文章编号: 1000 - 4602 (2010) 02 - 0031 07Design and Opera tion of First-pha se and Second-pha se Projectsof Fuzhou YangliWa stewa ter Trea tment PlantZHAO Guo-zhi(ShanghaiM un icipal Eng ineering Design General Institute, Shanghai , Ch ina)Abstract: The design capacity of Fuzhou YangliWastewater Tre

3、atment Plant is 20 104 m3 /d forthe first-phase p roject and 10 104 m3 /d for the second-phase p roject, and Carrousel oxidation ditch andanaerobic / anoxic /oxic (A /A /O) p rocess are used respectively. The effluent qualitymeets the first levelA criteria specified in the D ischarge S tanda rd of P

4、ollutants forM unicipa lW astewater Trea tm en t Plant (GB18918 - 2002). In the engineering design, the experience of other p rojects was used as reference, andthe design parameters of the structureswere op timized. The design and operation of different p rocesses aresummarized to p rovide a referen

5、ce for design of similar p rojects.Key words: wastewater treatment p lant; Carrousel oxidation ditch; anaerobic / anoxic /oxic(A /A /O) p rocess; nitrogen and phosphorus removal; engineering design 福州市洋里污水厂是福州市水污染治理的核心工程,规划总规模为70 104 m3 /d,总占地为23. 4hm2。一期工程为20 104 m3 /d,采用Carrousel氧化沟工艺,二期工程为10 104

6、m3 /d,采用多模式AAO工艺,分别于2003 年和2008 年初投入运行。工程服务范围为福州市中心城东区排水分区,西起白马河、福飞路,东至凤坂河和东二环路,北起二环路,南到闽江北港,服务面积为56 km2 ,服务人口为79. 5万人。1一、二期工程设计水质及工艺流程111一、二期工程设计水质一期工程设计进水BOD5 = 150 mg/L、COD =300 mg/L、SS = 200 mg/L、NH+4 - N = 25 mg/L,污水性质以分流制城市污水为主。污水经处理后排入内河光明港( 类水体) ,经流行1 km后排入闽江(属类水体) , 出水执行污水综合排放标准( GB89781996

7、)一级标准。结合一期实际运行数据,二期工程设计进水水质与一期相同,并增加了TN和TP指标,其中进水TN = 45 mg/L、TP = 4 mg/L,出水执行城镇污水处理厂污染物排放标准( GB189182002)的一级B标准。112一、二期工程工艺流程一期工程进水以分流制城市污水为主,并混有部分合流制污水和工业废水,工程推荐采用Carrou2sel氧化沟工艺,考虑一期改造后出水标准的提高,与二期共用部分构筑物,工艺流程见图1。为了满足出水新标准, 二期工程采用多模式AAO工艺(见图2) ,通过对生物反应池进水点和混合液回流点的合理设置,该工艺对水质水量变化及冲击负荷适应性强、处理效果稳定可靠、

8、运行模式灵活,可以实现不同运行工况,充分发挥各种处理工艺的特点,对污水进行有针对性的处理。 图1一期工程工艺流程Fig. 1Flow chart of first phase p roject图2二期工程工艺流程Fig. 2Flow chart of second phase p roject2一、二期工程主要构筑物的设计参数粗格栅及进水泵房粗格栅与进水泵房合建,进水泵房直径为26m,深为12. 5 m,土建规模按30 104 m3 /d一次建成,设备分期配置。一期设2台机械粗格栅,型式为钢丝绳牵引式,格栅宽为2. 2 m,间隙为20 mm,安装角为75。设8台潜水泵泵位,近期安装6台(4用2

9、备) ,采用引进设备,Q = 0. 74 m3 / s, H = 157 kPa,N = 150 kW。二期利用一期工程预留泵位,增加2台潜水泵,潜水泵参数同一期工程。细格栅细格栅渠与旋流沉砂池相连,一期按20 104m3 /d规模设计,共设4台回转式细格栅,单台宽度为1. 5 m,间隙为6 mm, a = 45,采用不锈钢316耙齿。通过几年的运行实践,回转式格栅对纤维类垃圾去除率较高,对颗粒类垃圾去除率较低,会造成砂泵等后续设备的堵塞。针对一期采用的耙齿回转式细格栅对颗粒类垃圾去除率较低的缺点,二期细格栅采用转鼓式细格栅。主要设备:转鼓细格栅2台,单台1 800 mm, b= 6 mm,

10、P = 1. 5 kW, a = 35。旋流沉砂池旋流沉砂池一期按20 104 m3 /d规模设计,采用4 座P ISTA 20 型圆形沉砂池,二期按10 104m3 /d规模设计,采用2座P ISTA 20型圆形沉砂池,HRT = 30 s。每座沉砂池设立式桨叶分离机一台, N = 1. 5kW,每座沉砂池排砂量为3. 75 t/d (含水率为60% ) 、采用砂泵提升(N = 7. 5 kW) ,提升后输送至砂水分离器。一期Carrousel氧化沟采用4座氧化沟,每座处理规模5 104 m3 /d,每座平面尺寸为108. 5 m 48. 3 m,共设六格廊道,每格廊道长为100 m,宽为7

11、 m,有效水深为4. 0 m,氧化沟设计污泥负荷为0. 12 kgBOD5 / ( kgMLSSd) , HRT = 9. 38 h,MLSS = 3 200 mg/L,回流比为50%100% ,产泥率为0. 9 kg/kgBOD5 ,污泥龄为10. 7 d,溶解氧设定浓度为0. 52. 0 mg/L。每座氧化沟配5台93 /70 kW双速倒伞型叶轮曝气机,曝气机为引进设备,叶轮直径为3 500 mm,转速为36 /28 r/min,适用水深为3. 84. 0 m,充氧能力为1. 82. 0 kgO2 / ( kWh) ,单台最大充氧能力为190 kgO2 / (台h) 。为保持污泥能处于悬浮

12、状态和维持最小流速(要求流速0. 3 m / s) ,在外圈廊道安装两台潜水推流器,每台功率为7. 5 kW。实际运行时氧化沟内具有同步脱氮除磷功能,主要因为曝气机间距内圈为88. 5 m,外圈达230 m,在曝气机附近溶解氧迅速上升,可达4. 0 mg/L,在曝气机后开始下降,距离曝气机80 m处溶解氧浓度降低到0. 5 mg/L 以下。2005年平均进水TN = 32mg/L,出水TN = 17. 6 mg/L, TN去除率约45% ,平均进水TP = 3. 5 mg/L,出水TP = 1. 41 mg/L, TP去除率约60%。二期多模式AAO反应池多模式AAO生物反应池共1座,分2池,

13、钢筋混凝土矩形水池。设计流量为10 104 m3 /d,每池5 104 m3 /d,可单独运行。设计水温: 1525 ;系统泥龄为11. 6 d;污泥负荷为0. 086 kgBOD5 / ( kgMLSSd) ;容积负荷为0. 301 kgBOD5 /(m3 d) ;MLSS = 3 500 mg/L; h水深= 6. 0 m; V厌氧区= 5 376 m3 , t = 1. 29 h; V缺氧区=10 752 m3 , t = 2. 58 h; V好氧区= 27 072 m3 , t = 6. 50 h;总水力停留时间为10. 37 h;高峰供气量为22 882m3 / h;气水比为5. 5

14、0 1;外回流比为50%100%;混合液回流比为100% 200%;剩余污泥量为13tDS/d,含水率为99. 2% ,体积为1 625 m3。主要设备:进口膜式微孔曝气管3 200根, L =1 000 mm /根, 7. 2 m3 气/ (根h) ;进口潜水搅拌器24台, P = 4 kW;进口潜水轴流泵6台( 4用2备) ,单台Q = 386 L / s, H = 20 kPa, P = 15 kW。二沉池钢混矩形平流式二沉池,污泥泵房与二沉池合建,一期共2座,每座处理规模为10 104 m3 /d,二沉池分12格,每格宽为6. 5 m。内净尺寸为80 m 81. 3 m 3. 7 m,

15、 h水深= 3. 3 m。二沉池表面负荷q最大= 0. 87 m3 / (m2 h) , HRT = 3. 46 h。二期共1座,处理规模为10 104 m3 /d,有效水深为3. 9 m,其余设计参数同一期。一期二沉池运行时,在气温较高时有污泥上浮现象,分析原因主要为: a. 一期氧化沟出水堰位于外圈,氧化沟混合液出水溶解氧较低( 0. 5 mg/L) ;b. 一期二沉池配水花格墙配水均匀度不够; c. 一期二沉池水深为3. 3 m,较浅。二期设计时采取的措施包括: a. AAO池混合液出水溶解氧控制在1. 0 mg/L左右; b. 对二沉池配水花格墙进行重新设计,减少花格墙面积,提高流速,

16、改善配水均匀性; c. 二沉池有效水深由一期的3. 3m增加至3. 9 m。通过以上改进,二沉池翻泥现象大大改善 1 。均质池均质池共4座,钢混结构,直径为14 m,有效水深为3. 2 m。进泥量为23. 4 tDS/d,进泥含水率为99. 3% ,进泥体积为3 343 m3 /d,有效水深为3. 2 m,HRT = 14 h。实际运行时均质池采用间歇运行,搅拌沉淀2 h后撇出上清液,污泥含水率降低到98. 5%。上清液调节及除磷池将浓缩上清液和脱水滤液化学除磷,上清液体积为4 680 m3 /d,设计进水TP浓度为26 mg/L,出水TP为2 mg/L,加药量为25 mg/L,反应时间为18

17、min,斜管沉淀池上升流速为1. 2 mm / s。污泥浓缩池针对带式浓缩脱水一体机浓缩段滤带透水能力不足、处理流量只能达到设计能力70%左右的情况,二期增加了污泥浓缩池,以降低脱水机运行负荷。浓缩池共4座,钢混结构。直径为16 m,有效水深为4. 0 m。进泥量为39 tDS/d (一期26 t/d +二期13 t/d) ,进泥含水率为99. 2% ,进泥体积为4 875m3 /d,出泥含水率为97. 5% ,出泥体积为1 560 m3 /d,浓缩时间为15. 8 h (旱季) ,固体负荷为48 kg/(m2 d) 。加药间加药间平面尺寸为18. 3 m 9. 3 m。投药点共3处,投药点1

18、:一期氧化沟出水堰处,化学除磷,协同沉淀;投药点2:生物反应池末端,化学除磷,协同沉淀;投药点3: 上清液除磷池,混合反应,斜管沉淀 2 。生物反应池末端除磷加PAC 10 mg/L (物质的量比为2. 4 1) ,消耗量为1 500 kg/d;上清液除磷池加药量为25 mg/L,消耗量为120 kg/d。lv 污泥浓缩脱水机房污泥脱水机房及污泥堆棚建筑面积共1 265m2。主要设备:一期3台宽为3 m的带式浓缩脱水一体机,单台流量为100 m3 /h,二期利用一期预留空位增加1 台。设计工作时间 18 h, 加PAM0. 5% ,脱水后污泥含水率为78%80%。一期设计要求带式浓缩脱水一体机

19、流量达到100 m3 /h,固体负荷达到220 kgDS/m带宽,一期运行发现浓缩段滤带透水能力不足,处理流量约70m3 /h,污泥脱水能力成为制约污水厂生产的瓶颈。将均质池按照撇水方式运行后,污泥含水率降低到98. 5% ,脱水能力不足的情况得到一定缓解。二期设计增加了污泥浓缩池,以降低脱水机运行负荷。lw紫外线消毒渠紫外线消毒渠共1座,内净尺寸L B = 14. 5 m11 m,分三条渠道,设计规模为30 104 m3 /d,每条消毒渠安装26个模块,每个模块设8支灯管,接触时间为6 s,总装机功率为156 kW。3二期工程运行效果二期工程2008年进、出水水质见表1,出水水质完全达到GB

20、 189182002一级B标准。表1二期工程2008年运行水质Tab. 1Wastewater quality of second phase p roject in 2008mgL 14一期工程的改造及运行411一期工程改造的必要性一期工程采用Carrousel氧化沟工艺,一期设计时出水执行GB 89781996一级标准,无TN、TP要求,虽然氧化沟运行时具有同步脱氮除磷作用, TN和TP去除率约45%和60% ,但不能保证TN稳定达标(例如2005年2月21日出水TN为23. 6mg/L) ,并且是在进水浓度较设计值低、处理负荷约为设计负荷的2 /3的情况下,若日后进水水质浓度增大, 则出

21、水TN 值会进一步增加。故需按GB189182002一级B标准要求( TN20 mg/L)进行改造,增加缺氧区。分析一期工程运行水质, Carrousel氧化沟工艺对NH+4 - N的硝化较彻底,出水NH+4 - N一般为2 mg/L 左右。但NO-3 - N反硝化不完全,造成出水TN较高,在出水中NO-3 - N 比例约占TN 的88% ,说明出水TN不能稳定达标是由于NO-3 - N反硝化不完全引起的。因此在现有Carrousel氧化沟前增加缺氧区的做法是必要和合理的。在缺氧区内NO-3 - N通过反硝化,以N2 的形式从系统中去除,可使出水TN降低。而同时在反硝化过程中可回收部分能量和碱

22、度,减少氧的消耗,节约供氧电耗。一期工程改造后的出水水质虽已基本达到GB 189182002的一级B 标准(除TN、TP不能稳定达标外) ,但随着原有化粪池的废除、分流制系统逐步完善等,进水浓度必定会增加(从历年的运行水质可看出,相同月份平均水质均有所提高) ,故增加脱氮除磷措施极有必要。412一期工程改造后工艺流程活性污泥系统同时进行脱氮和除磷时,必须根据水质情况,选择脱氮和除磷中哪一个是主要目标,在工艺设计参数上首先确保。从技术上讲,生物脱氮运转上较易保证,又可回收能量,一旦出水TN超标,后续化学处理亦无良策,应首先确保。而生物除磷,在工艺和运行中较难保证的情况下,一旦生化处理出水TP超标

23、,后续化学除磷很有效,投药量对处理成本、污泥量的影响较小 4 。因受用地的限制,在一期氧化沟前仅能增加一座缺(厌)氧池,停留时间为1. 44 h。在进水TN值较高而TP值较低时,一期氧化沟按ANO模式运行;在进水TN 值较低而TP值较高时,一期氧化沟按APO模式运行;在进水TN和TN值均较高时,一期氧化沟按ANO模式运行,并辅以化学除磷。413一期工程改造设计及运行一期工程改造设计主要是对Carrousel氧化沟进行改造, 投资为2 304 万元,改造内容包括:a. 增加缺(厌)氧池原氧化沟前增加缺(厌)氧池,与原氧化沟共同使用,营造缺氧(或厌氧) 、好氧环境,并在出水堰处加药,达到脱氮除磷的

24、目的。缺(厌)氧池平面尺寸为47. 7 m 15 m,有效水深为4. 2 m,有效容积为12 000 m3 ,共4池,停留时间为1. 44 h,混合液回流比为50%150% ,采用水平轴流泵回流,当水平轴流泵运行时,系统按ANO模式运行,当水平轴流泵停止时,系统按APO模式运行。b. 改善氧化沟动力不足在每座氧化沟外侧廊道增加1台推流曝气机,共增加4台,以增加外渠水流动力,防止污泥沉积,并增加氧化沟出水含氧量。推流曝气机充氧量为91. 3 kg/h,N = 45 kW。在每座氧化沟其余5条廊道增加1台潜水推流器,共增加20台,改善氧化沟动力不足状态。潜水推流器直径为2. 5 m,N = 4.

25、4 kW。一期工程改造后运行水质以一期工程2007年上半年和2009年上半年进出水水质对比,改造后出水COD、BOD5、SS去除率基本不变, TN、TP去除率提高明显,出水NO-3 - N浓度降低46. 5% ,具体见表2。表2一期工程改造前、后运行水质对照Tab. 2Comparison of wastewater quality of first phasep roject before and after reconstruction 一、二期工程运行费用一期工程总投资为2. 37亿元,单位处理费用为0. 60元/m3 ,单位运行费用为0. 35元/m3 ,设计单位电耗为0. 27 kW

26、 h /m3 ,实际运行电耗为0. 19 0. 20 kWh /m3。二期扩建工程总投资为1. 14亿元,单位处理费用为0. 54 元/m3 ,单位运行费用为0. 32 元/m3 ,设计单位电耗为0. 24 kW h /m3 ,实际运行电耗为0. 180. 19 kWh /m3。5工程设计及运行管理经验511设计经验沉砂池池型的选择几年的运行证明, P ISTA旋流沉砂池抗水力冲击负荷能力不太强,除砂效果不是很理想。此外,砂泵运行过程中易堵塞,叶轮易磨损,维修频繁,建议对于来水量变化较大、污水中含砂较多的大型污水厂最好采用曝气沉砂池。Carrousel氧化沟的设计优化采用Carrousel氧化

27、沟工艺时,在进水水质或处理水量低于设计值时,需要降低转速以减少充氧能力,往往造成廊道推动力不足,并有翻泥现象,一期改造时在每条廊道均设一台潜水推流器。建议今后类似工程,特别是南方地区污水厂在进水浓度较低的情况时,应考虑设置足够的推流设备,使曝气和推流形成相对独立的运行方式。 氧化沟工艺与AAO工艺的选择一期氧化沟工艺与二期AAO工艺的对比运行证明,AAO 工艺相对氧化沟工艺节省能耗5% 7%,占地面积节约36%,建议大型污水处理厂优先采用AAO工艺。不设初沉池的污水厂污泥产率系数取值一期设计时污泥产率系数Y 取0. 9 kgSS/kg2BOD5 ,实际运行污泥产率系数Y 在0. 71 1. 2

28、4kgSS/kgBOD5 之间,历年平均值在1. 01. 1 kgSS/kgBOD5 之间,二期设计时取1. 10kgSS/kgBOD5 ,建议今后类似污水厂设计时污泥产率系数取值应预留一定富余量。污泥脱水机选型一期工程采用带式浓缩脱水一体机,实际运行发现浓缩段滤带透水能力不足,实际处理流量仅为设计流量的70%左右,二期工程虽然增加了污泥浓缩池,将浓缩段和脱水段分开,但污泥脱水工段的处理能力不足依然是全厂运行的瓶颈。建议污水厂污泥脱水采用带式浓缩脱水一体机时,单台设备带宽不宜大于2. 5 m,在投资许可的情况下,大型污水厂宜优先采用离心脱水机。上清液化学除磷实际运行发现,污泥浓缩池上清液和脱水

29、滤液TP在10 mg/L和30 mg/L左右,对上清液和脱水滤液进行化学除磷具有加药量少、运行费用低的优势,同时进入生物反应池TP降低约1 mg/L,可减少污水处理系统约20%的TP处理负荷,建议类似污水处理厂设计时可推广采用。 一期工程升级改造一期工程升级改造采用“首先保证生物脱氮,并尽可能在生物处理中除磷,化学除磷作为后续保证措施”的原则,在氧化沟前增加1. 44 h的缺(厌)氧池,并可根据进水TN和TP浓度,按ANO或APO模式运行,使一期工程出水水质达到GB 189182002一级B标准,改造方案简单可行,可作为类似污水厂升级改造的参考案例。512生产运行中的优化调整多模式AAO工艺的运行模式选择二