1、西安市第四污水處理廠工藝設計介紹技術文章 2008-05-31 16:42:01 閱讀661 評論0   字號：大中小 訂閱 黃寧俊1 王社平1 ，2 王小林1 李建洋3 劉丹松1 鄭寧1 杜銳1 王建軍1（1 西安市市政設計研究院，西安 710068；2西安建筑科技大學環境與市政工程學院，西安 7100553 中國市政工程西北設計研究院，蘭州 730000；） 摘要 西安市第四污水處理廠污水處理采用倒置A2/O工藝，污泥處理采用重力濃縮、兩級中溫消化和離心脫水工藝，近期建設規模25×104m3/d。設計進水水質采用85%的保證率確定，工藝設計參數通過模

2、型試驗測定。本文介紹了該工程的設計進出水水質指標、工藝流程、主要構筑物的工藝設計參數以及工藝設計特點。 關鍵詞 水質確定 設計參數 倒置A2/O工藝 平流式沉淀池 兩級中溫消化 生物除臭系統1 工程概況西安市第四污水處理廠是繼鄧家村污水廠、北石橋污水凈化中心和第三污水處理廠之后，建設的第四座城市污水處理廠。該廠位于西安市北郊北繞城高速路以北，尚宏路以西，鄭西客運專線以南，規劃遠期建設規模50×104m3/d，近期建設規模25×104m3/d。第四污水處理廠是西安市利用日本國際協力銀行貸款水環境綜合治理一期工程中項目之一，建成后將對西安市西北部地區的水環境、漕運明渠及渭河水質

3、改善具有重大意義。根據2002年中國咨詢公司和日方專家的評估意見， 2004年由西安建筑科技大學環境與市政工程學院、西安市市政設計研究院和西安市第四污水處理廠籌建處合作完成了第四污水處理廠服務區的污水水質進行了調查分析和工藝設計參數試驗研究，并對處理工藝進行了計算機模擬分析。該項目由西安市市政設計研究院和中國市政工程西北設計研究院聯合設計，根據西安市排水工程規劃及20022004年對水量的調查分析，按遠期50×104m3/d處理規模進行征地和總平面布置，按近期25×104m3/d處理規模進行設計和建設，并適當預留污水深度處理再生利用設施用地。該項目已于2006年12月開工建

4、設，目前工程施工順利。2 進、出水水質指標及工藝流程確定2.1進水水質指標污水處理廠進水水質是工程設計的基本參數之一，關系到處理工藝的選擇與確定，進而影響工程投資、占地和運行費用等。通過對西安市鄧家村污水處理廠和北石橋污水凈化中心進水水質的大量調查，結果表明，西安市城市污水處理廠入流水質指標數據總體符合正態分布。根據統計學原理，提出了污水廠設計進水水質頻率保證率的方法，即對進水水質有小到大進行排序，采用85%的水質頻率統計值作為污水廠設計水質1。通過頻率保證率的方法對20022004年第四污水處理廠進廠總管水質監測結果進行分析，其進水水質指標的變化范圍為：CODcr192412mg/L， BO

5、D5108203mg/L， SS117303mg/L， NH3-N18.341.5mg/L， TN27.846.2mg/L， TP3.04.11 mg/L 。結果表明各項水質指標均不是很高，屬于典型的城市污水水質。采用85%的保證率得到西安市第四污水處理廠進水水質如表1所示。此結果與可行性研究報告中的設計值比較，CODcr減小7.3%，BOD5減小17.4%，SS增加4%，NH3-N減小14%。依據該數值進行污水處理廠的設計，將使污水處理廠的建設投資減少。表1 西安市第四污水處理廠設計進水水質指標 項目CODcr/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/LNH3-N/mg/LTN/mg/LTP/

6、mg/LpH 水溫進水 38019026034454.269132.2出水水質指標第四污水廠處理后的水經漕運明渠最終排入渭河，根據國家地面水環境質量標準（GB38382002），渭河在西安市區北郊草灘段屬于類水域，因此按城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）規定排入類水域的出水，應執行一級標準中的B標準。根據上述規定并結合西安市環境保護局關于西安市第四污水處理廠排放標準的意見，確定第四污水處理廠的出水水質確定為：CODcr60 mg/l BOD520 mg/l SS20 mg/lTN25 mg/l NH3-N8 mg/l TP1.5 mg/l3 處理工藝技術路線確定

7、及工藝流程3.1污水處理工藝路線確定可行性研究報告中所推薦的污水處理工藝為厭氧選擇器+缺氧/好氧（A/O）工藝，經中國咨詢公司組織有關專家進行評估，能夠達到出水水質要求。但從近幾年采用此工藝的運轉和原理來看，普通A2/O工藝把缺氧反硝化置于厭氧區之后，反硝化效果受到碳源量的限制，同時大量的未被反硝化的硝酸鹽隨回流污泥進入厭氧區，干擾厭氧釋磷的正常進行，最終影響到整個生化系統的穩定運行。結合近幾年國內外研究成果和本工程污水水質特點（進入生物反應池污水C/N為3.6），把缺氧區放在工藝最前端，厭氧區置后，即形成倒置A2/O工藝，允許反硝化菌優先獲得碳源，加強了系統的脫氮能力；同時使聚磷菌厭氧釋磷后

8、直接進入好氧環境，其在厭氧條件下形成的吸磷動力得到更充分的利用，強化了吸磷能力23。污水處理工藝流程如圖1所示。3.2污泥處理工藝技術路線確定污泥處理工藝設計是在國內幾座大型污水處理廠的污泥處理運行和管理情況調研的基礎上，通過技術經濟比較，設計采用重力式污泥濃縮和中溫兩級消化后進行機械脫水的處理工藝。泥餅的最終處置是運至垃圾填埋廠進行衛生填埋，或污水處理廠運行投產后產生的污泥經檢測無超標有害物質，可以考慮農田綜合利用。污泥處理過程中產生的沼氣經脫硫處理后，送至沼氣鍋爐房，用于消化池污泥加熱。污泥處理工藝流程如圖1所示。      &#

9、160;圖1 污水、污泥處理工藝流程圖3.3除臭工藝技術路線確定污水處理廠運行過程中，產生臭味的區域主要為污水、污泥的前處理單元，因此，設計中主要對粗格柵間、提升泵房、曝氣沉砂池、污泥濃縮池和儲泥曝氣池的臭氣收集并進行處理。 目前工程中除臭工藝主要有生物除臭和化學除臭，而生物除臭相比化學除臭具有除臭效果顯著、造價低、能耗小，運行費用省，無二次污染，并能承受高濃度廢氣負荷的沖擊等特點，在歐洲、日本、澳洲和北美等地已有廣泛應用，目前國內已有成功使用實例，因此設計中采用生物除臭工藝。4 主要處理構筑物工藝設計參數4.1 進水控制井進水控制井按遠期規模一次建成，總進水管為d2400mm，控制井分配至近

10、遠期兩根管均為d2000mm，另設d2200超越管一根，發生事故時溢流至漕運明渠。控制井為地下式鋼筋混凝土結構，平面尺寸L×B=9.9×6.3m，深度12.31 m。安裝2000 閘板及配套手電兩用啟閉機2套；2200 閘板及配套手電兩用啟閉機1套。4.2 粗格柵間及提升泵房粗格柵間為地下式鋼筋砼結構，平面尺寸L×B=10.5×12.5 m，深度14.3 m，地面上高6.3m。設計格柵渠道共3條，每條寬1.7 m，渠內設間隙為20mm的不銹鋼柵條，共用液壓移動抓爪式格柵清污機1套。 提升泵房與粗格柵間合建，為半地下式鋼筋砼結構，泵房尺寸 L×B

11、=20.4×12.6m,地下深14.3m，地面上高6.3m。其中集水池、水泵間位于地面以下，控制間及配電間位于地上。泵房安裝潛污泵 5 臺（4用1備），單臺流量2605m3/h，揚程19.5m，配電機功率192 kw；潛污泵 3 臺（2用1備），單臺流量1421m3/h，揚程19.1m，配電機功率N=109kw。 4.3 細格柵間及曝氣沉砂池細格柵間為地上式鋼筋砼結構，平面尺寸 18.9×16.6 m。設計格柵渠寬1.6m，共計7條，安裝階梯式格柵除污機6臺，柵條間隙6mm，配電機功率2.2 kw；鋼柵條事故格柵一道，人工清渣，無軸螺旋輸送機1套，L=15m，配電機功率3.

12、0 kw，螺旋壓榨機1臺，配電機功率6 kw。 曝氣沉砂池與細格柵間和建，為地上式矩形鋼筋砼結構，分兩格，每格長 47.2m，寬4.7m，池深 5.65 m。根據西安市現有兩座污水廠運行經驗，曝氣沉砂池設計停留時間為7min，水平流速：V水=0.1m/s，氣水比：0.2m3/m3水。安裝橋式吸砂機一套，L=10m，配電機功率2×0.55kw，砂水分離器1套，處理量 27l/s ，配電機功率0.75kw，無軸螺旋輸送機1套，L=12m，配電機功率3.0 kw，螺旋壓榨機1臺，配電機功率6 kw。細格柵間一層為鼓風機房，安裝鼓風機3臺（2用1備），單臺風量22.82 m3/min，風壓5

13、8.8Kpa，配電機功率37 kw。另外，用于儲泥曝氣池的鼓風機也安裝在一層，共2臺（1用1備），單臺風量 4.70 m3/min，風壓58.8Kpa，配電機功率7.5 kw。4.4 初次沉淀池采用占地少、處理效果穩定可靠的平流式沉淀池。通過絮凝沉淀試驗，在有效水深為3.0m、水力停留時間為2h的條件下，研究分析了初次沉淀池對污染物的去除率，結果為：CODcr平均去除率為20.8%，而懸浮固體SS的平均去除率為51.3%， TN平均去除率為7.0%，TP平均去除率為8.1%。設計中采用了這一試驗結果4。初次沉淀池為地上矩形鋼筋砼結構，每組平面尺寸L×B= 60.85 ×76

14、.9m,（包括配水渠），池深5.1 m。分2組，每組6座，共12座，設計水力停留時間1.94h，水平流速7mm/s，表面負荷 1.92 m3/ m2·h，安裝橋式刮泥機12套，配電機功率0.55 kw。 4.5 生物反應池通過模型裝置試驗研究，對污水處理廠入流污水的生化反應動力學參數的進行了測定，結果表明：污泥產率系數a0.4573 kgSS/kgBOD5，污泥衰減系數b0.0125 d-1；去除單位重量BOD5所需的氧量a'為0.6266kgO2/kgBOD5，單位重量MLVSS內源呼吸需氧量b'為0.0924 kgO2/kgVSS×d。此試驗結果與給水排

15、水設計手冊（第5冊）中給出的參數值相比，與建議值有一定的差距5。實際設計計算時采用模型試驗實測值。生物反應池為半地下式鋼筋砼結構，共2組，每組4座。每組平面尺寸L×B= 118.30 m×100m，有效水深6.0m。采用倒置A2/O工藝，設計水力停留時間為：缺氧池1.98h，厭氧池1.0h，好氧池7.94h；污泥負荷為0.11 kgBOD5/kg MLSS·d，混合液濃度3040 mg/l，最大回流比200%，污泥齡14.03 d。缺氧池、厭氧池中均安裝潛水混合器4×6 臺，配電機功率3.1kw；混合液內循環泵4× 3 臺，每臺流量：532L/

16、S，揚程0.7m，配電機功率13kw；好氧池中安裝棕剛玉盤式微孔曝氣器共計4×7644個。厭氧、缺氧池中設有ORP測定儀，在線顯示池內氧化還原電位；好氧池中設有溶解氧儀，在線顯示水中溶解氧含量，并反饋至鼓風機，隨時調節鼓風機送風量。4.6 終沉池終沉池采用圓形輻流式沉淀池，共8座，為地下式圓形鋼筋砼結構, 內徑45m，池邊水深4.5m,中心池深10.75m(含泥斗)。設計表面負荷為0.9m3/m2.h，沉淀時間為2.5h。安裝45m周邊傳動刮泥機 8 臺 ，配電機功率0.37kw。4.7 接觸消毒池采用廊道式接觸消毒池，共1座（分2格），兩格之間為巴氏計量槽，實時記錄污水廠處理水量，

17、接觸池為地下式鋼筋砼結構，設計接觸時間t=30min，平面尺寸L×B=61.4m×33.6m，池深3.8m。另外該池中安裝潛污泵2臺（1用1備），配電機功率4KW，交替使用，供給廠區綠化用水。4.8 鼓風機房鼓風機房為地上一層框架結構,地下一層局部為管廊和進風通道。平面尺寸為L×B= 29.4× 15.0m（不包括工具間、值班室等）。安裝離心式鼓風機5臺（4用1備），單機風量18430m3/h，揚程7m，配電機功率470KW；卷簾式空氣過濾器2套，配電機功率N=0.1KW。鼓風機出風經總管匯集后，再分別送至各座生物反應池。4.9 加氯間及投藥間設計加氯量

18、為8mg/l，加氯間為地上一層框架結構, 平面尺寸L×B= 32.5×22.2m，包括氯庫和值班室。安裝真空柜式加氯機3臺（2用1備），最大加氯量57kg/h，配套蒸發器2套、氯氣切換裝置一套、余氯吸收裝置一套，并安裝漏氯檢測儀2臺。為彌補生物除磷不足，設計采用化學藥劑強化除磷。設計加藥間與加氯間合建，采用化學除磷藥劑為Fe2(SO4)3，投加量為1015mg/l，投加濃度為15%。藥劑投加點分別設在終沉池配水井和初沉池進水渠內。根據進、出水水質變化情況，調節投加藥量。加藥間安裝干粉加藥裝置一套，投加量為5.6426.28kg/h。4.10 初沉池污泥泵房初沉池污泥泵房共設

19、2座，為半地下式鋼筋砼結構，平面尺寸為8.25×3.8m, 深7.76m，分別對應6座初次沉淀池。初沉池污泥量為812 m3/d，含水率為96%。每座污泥泵房安裝潛污泵2臺（1用1備），流量57.24m3/h，揚程8m，配電機功率3.1kw。4.11 剩余及回流污泥泵房剩余及回流污泥泵房共設4座，為地下式鋼筋砼結構，每一座對應2座終沉池，每座平面尺寸為10.47×6m，深6m。設計最大污泥回流比100%，剩余污泥量為4017 m3/d，含水率為99.4%。每座泵房安裝回流污泥潛污泵2臺，流量1508m3/h，揚程6m，配電機功率37KW；安裝剩余污泥潛污泵1臺，流量61m3

20、/h，揚程9m，配電機功率4.2KW。4.12 污泥濃縮池初沉池污泥與剩余污泥先在濃縮池配泥井中進行混合。設計采用圓形重力式連續流濃縮池共2座，為地下式鋼筋砼結構，直經20m，池邊深4.6m，中心深6.3m。濃縮池設計固體表面負荷為90kg/m2·d，水力停留時間12.5h，安裝中心傳動污泥濃縮機，配電機功率1.5KW。濃縮后污泥體積為1616.7m3/d，含水率96.5%。4.13 污泥消化池（一、二級）采用兩級中溫厭氧柱型污泥消化池，其中一級消化池3座，二級消化池1座。消化池為鋼筋砼結構，直徑23m，總高35.5m（其中地下深7m，地上高28.5m）。設計進泥量為1616.7m3

21、/d，含水率96.5%，出泥體積747.5m3/d，含水率94%；消化池設計總停留時間為26.7d：其中一級消化池20d，二級消化池6.7d，污泥投配率為5%，沼氣產量：一級消化6.4m3氣/m3泥，二級消化1.6m3氣/m3泥。每座一級消化池中安裝污泥機械攪拌裝置1套，配電機功率22KW。污泥加熱采用熱交換器（沼氣鍋爐）加熱。4.14 污泥消化控制室污泥在此進行預加熱和消化池污泥投配。經濃縮后的污泥被加熱至消化池投配溫度3335。對應每座消化池安裝污泥循環泵2臺（1用1備），共計6臺，流量 67.5 m3/h，配電機功率22 KW，污泥投配泵共4臺（3用1備），流量22.5m3/h，配電機功

22、率7.5 KW。4.15 儲泥曝氣池一期工程設儲泥曝氣池1座，為地下式鋼筋砼結構，平面尺寸為7.3×12.8m，深度4.15m。設計停留時間為8小時。池中安裝潛水攪拌2臺，配電機功率2. 5KW，DN40穿孔曝氣管間隙運轉，防止污泥沉淀和厭氧條件下磷釋放。4.16 污泥脫水車間污泥脫水車間為一層框架結構。一期工程需脫水污泥量為698m3/d，含水率94%。安裝離心式污泥脫水機4臺（3用1備），單臺處理能力17 m3/h，配電機功率37.5KW；投配泵及加藥裝置與脫水機同步連續運行, 脫水后泥餅含水率78%80%。混凝藥劑（PAM）投加量210kg/d，配套安裝加藥設備2套（包括PAM

23、藥劑配備和投加系統），制備能力12kg/h，配電機功率2.8KW；污泥切割機4臺（3用1備），處理能力20m3/h，配電機功率3.0KW；螺桿式污泥投配泵4臺（3用1備），流量535m3/h，揚程20m，配電機功率5.5KW；30º傾斜安裝無軸螺旋輸送機2套，輸送能力10m3/h，長度9.0m，配電機功率3.7KW，水平安裝無軸螺旋輸送器2套, 輸送能力10m3/h，長度6.0m，配電機功率2.5KW。4.17 沼氣脫硫間、沼氣脫硫采用先濕后干的串聯脫硫方式。為地面式鋼筋砼結構，平面尺寸為20.3×14.4m，高度13.2m。濕式脫硫采用含6的氫氧化鈉溶液，由吸收塔頂向下噴

24、淋，沼氣由下而上，逆流接觸，除去硫化氫，安裝濕式脫硫塔Ø1000×H5200一臺；循環泵2臺，流量 40 m3/h，揚程30m，配電機功率11KW。干式脫硫塔Ø2200×H10000 2臺，以鐵屑做脫硫劑，厚度約為4m，接觸時間為4.09min。4.18沼氣儲氣罐 設計2座鋼制低壓濕式儲氣罐，每座容積2400m3，外徑19.2m。沼氣儲氣罐設計壓力4000Pa，采用全焊接鋼結構。鋼制水槽采用鋼板拼接，內部注水至設計標高，作為水封防止沼氣泄漏，水槽內徑20m。多余沼氣被送至沼氣火炬進行燃燒，設沼氣燃燒器1套，能力471m3/h，配套設置過濾器、除濕器和安全

25、裝置等。 4.19除臭系統設計采用生物除臭。對污水廠中進水控制井、粗格柵間及提升泵房、細格柵間及曝氣沉砂池、污泥濃縮池和污泥曝氣池內產生的臭氣經百葉集氣管收集后，進入生物濾池進行除臭處理。設計生物濾池1座， 平面尺寸16m×16m，處理氣量37000m3/h，池中濾料高度1.4m；循環泵3臺（2用1備），單臺流量13m3/h，揚程28m，配電功率3w；引風機共3臺，配電功率分別為30kw、5.5kw及2.2kw。 5 工藝設計特點本工程設計前曾對國內已運行的七座大型污水處理廠進行了調研，結合西安市第四污水處理廠工藝設計參數的模型試驗研究結果, 其主要工藝設計特點如下：5.1提出了確定

26、污水處理廠設計水質參數的頻率保證法即采用85%的保證率確定污水處理廠設計進水水質的方法，并將其應用于西安市第四污水處理廠的設計水質確定。按研究提出的方法與項目可行性研究報告中的設計值比較，CODcr減小7.3%，BOD5減小17.4%，SS增加4%，NH3-N減小14%。依據統計分析數據進行構筑物設計，節省建設投資。5.2 進行了工藝設計參數的模型試驗研究模型試驗結果表明第四污水處理廠所接納污水的可生化性較好；進水水質符合A2/O生物脫氮除磷工藝設計水質的要求。污水生化反應動力學參數的測定結果為：污泥產率系數a0.4573 kgSS/kgBOD5，污泥衰減系數b0.0125 d-1。去除單位重

27、量BOD5所需的氧量a'為0.6266kgO2/kgBOD5，單位重量MLVSS內源呼吸需氧量b'為0.0924 kgO2/kgVSS×d，并將其應用處理構筑物的工藝設計中。5.3采用了適合水質特點的生物脫氮除磷工藝鑒于普通A2/O工藝存在的問題，參照國內、外相關研究成果和工程實例，根據本工程的水質特點，采用了倒置A2/O工藝。該工藝具有如下特點：允許反硝化在碳源有限的條件下優先獲得碳源，進一步加強了系統的脫氮能力；使聚磷菌厭氧釋磷后直接進入好氧環境，其在厭氧條件下形成的吸磷動力可以得到更充分的利用，具有“饑餓效應”優勢，強化了吸磷能力；允許所有參與回流的污泥全部經歷完整的釋磷、吸磷過程，故在除磷方面具有“群體效應”優勢。缺氧、厭氧區同時進水，可根據進水水質的變化和實際脫氮除