宁波市北区污水处理厂二期工程于2013年初启动, 紧邻一期工程, 主要服务范围为江北区、镇海区和海曙区部分区域, 服务面积约177km²。二期工程的建设内容包括新建工业废水预处理 (规模1.5万m³/d) 、污水处理 (规模10万m³/d, 含深度处理) 、一期工程提标改造 (规模10万m³/d) 、污泥深度脱水 (规模20万m³/d) 、再生水回用 (规模6万m³/d) 及除臭工程 (一期及二期) , 新增建设用地约4.8hm²。二期工程于2016年初投入正式运行, 当年污水处理总规模即达到20万m³/d, 再生水回用规模即达到6万m³/d, 出水水质稳定, 运行效果良好。

一期工程有部分工业废水汇入, 工业废水量平均约1.5万m³/d, 进厂工业废水基本满足《污水排入城镇下水道水质标准》 (GB/T 31962—2015) , 其pH偶有超标, 需对其进行酸碱中和处理。二期工程进水为生活污水。对一期工程生活污水各项实测进水指标进行频率分析, 采用90%保障率实测值作为二期工程设计进水水质的参考值, 并适当留有余地, 以此确定二期工程进水水质。

本次工程大部分设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918—2002) 一级A标准。对于再生水部分, 一级A标准主要指标均高于《污水再生利用工程设计规范》 (GB 50335—2016) 和《城市污水再生利用工业用水水质》 (GB/T19923—2005) , 但再生水质对粪大肠菌群数及余氯有更高的要求, 因此再生水经加氯后保持回用水管网末端的余氯满足≥0.05mg/L的要求。详细的设计进出水水质见表1。

设计流量为1.5万m³/d。一期工程已建1座进水调节池, 有效容积3 600m³, 二期工程新建1座进水调节池, 有效容积4 300m³。二期调节池设置立式双曲面搅拌器8台, 单台叶轮直径2 000, 功率2.2kW, 叶轮采用高强玻璃钢材质。两格池之间隔墙上安装2台耐腐蚀潜水水平轴流泵, 单泵Q=375m³/h, H=0.8~0.9 m, N=2.5kW。出水端设3台 (2用1备) 耐腐蚀潜水排污泵, 单台Q=420m³/h, H=8.5m, N=30kW。

该池为组合形式, 前段为初沉池, 中段为水解池, 后段为曝气生物流化池。主要设计参数如下:

设计流量为1.5万m³/d。前段初沉池为平流式, 分2格, 每格设链板式刮泥机, 刮泥机宽4 m, N=0.55kW, 水力停留时间1h。中段水解池分2组, 每组设3条廊道, 水流为上下翻流, 池内设置立体弹性填料, 池底设穿孔排泥管及隔膜排泥阀, 水力停留时间4.1h。后段曝气生物流化池分2格, 每格均设3个廊道, 水流呈跑道式, 池内设生物流化填料及穿孔曝气管, 为避免填料堆积, 廊道内每隔一定距离设置不锈钢格网将其分成若干区域, 水力停留时间4.4h, 容积负荷2kgBOD₅/ (m³·d) , 需气量140m³/min。排泥通过潜水排污泵 (共2台, 1用1备) 抽升至生物沥浸池, 单泵Q=18 m³/h, H=10m, N=1.5kW。

粗格栅间及进水泵房土建已按20万m³/d建设, 机械粗格栅已按20万m³/d安装 (共4台) , 水泵已按15万m³/d安装 (共5台) 。二期工程增加1台潜水排污泵 (Q=2 700 m³/h, H=18 m, N=220kW) , 最大流量时5用1备。

细格栅间及曝气沉砂池设计规模为10万m³/d, 设1座。细格栅间设2条渠道, 每条渠道设板式格栅机1台, 栅条间隙5mm。沉砂池分2格, 最大时水力停留时间5min, 曝气量0.2m³空气/m³废水, 每格沉砂池设1套链板式刮砂机, 刮砂机宽1 m, N=0.37kW, 沉砂通过砂泵提升至砂水分离器处理。配套风机室土建已建, 并已安装2台罗茨风机, 二期工程再增加1台同型号罗茨风机 (Q=15 m³/min, H=3.5m, N=15kW) , 共3台 (2用1备) 。

改良A²/O生物池设计规模为10万m³/d, 设2座, 每座5万m³/d, 分为预缺氧区、厌氧区、缺氧区及好氧区。生物池内设有污泥浓度计, 控制污泥泵房活性污泥回流量及剩余污泥的排放;厌氧区、缺氧区设有ORP用于监测显示及控制内回流泵的运行, 好氧区设有溶氧仪和精确曝气控制系统, 用于实时监测溶解氧浓度 (1.5~2.5 mg/L, 可设定) 和曝气量的变化, 以调节鼓风机进口阀门开度及运行台数, 达到节能的目的。主要设计参数如下:

生物池有效水深6m, 总水力停留时间15.31h (预缺氧区0.55h、厌氧区1.14h、缺氧区3.21h、好氧区10.41h) , 好氧区污泥浓度4 000 mg/L, 污泥负荷0.075 kgBOD₅/ (kgMLSS·d) , 污泥龄14.5d, 混合液回流比最大300%, 污泥回流比50%~100%。每座生物池预缺氧区设潜水搅拌器1台 (580, 轴功率10kW) , 厌氧区设潜水推进器2台 (2 000, 轴功率4.3kW) , 缺氧区设潜水推进器5台 (2 500, 轴功率2.3kW) , 好氧区设潜水推进器8台 (2 500, 轴功率5.7kW) 。每座生物池好氧区设管式微孔曝气器872m[通气量13.76m³/ (m·h) ], 并设内回流泵3台, 单泵Q=2 083 m³/h, H=1.5~2.5m, N=11kW。

二沉池、配水排泥井及污泥泵房设计规模为10万m³/d。共设4座周边进水、周边出水的辐流式二沉池, 出水采用双侧溢流堰出水的环形集水槽, 池内设中心传动单管吸泥机排泥;配水排泥井及污泥泵房合建, 分为两圈, 内圈配水, 外圈排泥。主要设计参数如下:

二沉池单池直径40m, 池边水深4.5m, 泥斗深1.5m, 超高0.5m, 池总深6.5m, 沉淀时间3.7h, 最大流量时表面负荷1.08m³/ (m²·h) , 平均流量时表面负荷0.83m³/ (m²·h) 。

配水排泥井及污泥泵房平面尺寸为16.35m×13.8m, 池深7.1m。污泥回流采用4台潜水排污泵, 单泵Q=1 390m³/h, H=4~6m, N=30kW, 最大回流比100%;剩余污泥采用2台潜水排污泵排出, 单泵Q=120 m³/h, H=10 m, N=5.5kW。污泥回流比根据生物池污泥浓度及脱氮效果确定, 剩余污泥泵的开停根据污泥深度脱水车间外污泥均质池水位控制。

提升泵房及高效澄清池合建, 设计规模为20万m³/d, 共设2组, 每组平面尺寸36.4m×33.35m, 池深7.3m。每组分为2座, 单座设提升泵池、前混凝池、絮凝池、斜管沉淀池, 2座末端合建后混凝池。主要设计参数如下:

每座提升泵池内设3台潜水轴流泵 (2用1备) , 单泵性能参数:Q=1 350m³/h, H=3.5~4.5m, N=30kW。

每座前混凝池分2级, 每级各设1台立式搅拌器 (变频, N=4kW) 。

每座絮凝池设1台搅拌器 (变频, N=11kW) , 带导流筒 (直径3.09m) 。

每座斜管沉淀池设1台直径13.8m刮泥机 (无级变速, N=0.55kW) , 斜管区有效面积118.02m², 最大流量时表面负荷22.95 m³/ (m²·h) , 平均流量时表面负荷17.65m³/ (m²·h) 。每座斜管沉淀池配套设置3台污泥螺杆泵 (变频) , 用于污泥回流及排放, 污泥回流比采用2%~5%, 单泵Q=108m³/h, H=20m, N=30kW。

后混凝池设1台搅拌器 (变频, N=4kW) 。

纤维转盘滤池设计规模为20万m³/d, 共设2座, 每座又分为2格, 池体总平面尺寸26.3 m×14.9m, 有效水深3.49 m, 池总深4.7 m。池体外设厂房, 其建筑面积为723m²。每格设计规模为5万m³/d, 每格滤池配置1台可调节的驱动装置 (n=2.3r/min, N=0.75kW) , 采用滤盘直径为3m, 每个滤盘过滤面积12.6 m², 每格滤池设20片滤盘, 过滤面积252m², 滤池总过滤面积1 008m²。平均流量时滤速8.3m/h, 最大流量时滤速10.7m/h。

滤盘清洗采用滤后水冲洗, 反冲洗泵设在滤池旁。反冲洗泵共设16台。正常清洗时, 2个过滤转盘为1组, 通过自动切换抽吸泵管道上的电动阀控制, 清洗过程中各组交替进行。单台冲洗水泵性能参数为Q=50m³/h, H=7m, N=2.2kW。

纤维转盘滤池的过滤转盘下设有斗形池底, PLC启动排泥泵, 通过池底穿孔排泥管将污泥回流至厂区排水系统, 排泥间隔时间及排泥历时可以调整。滤池为全自动运行, 采用PLC控制, 每格滤池配置1台触摸屏。在自动运行状态下, 滤池一般根据设定的时间和滤池运行液位控制反洗, 2种情况的任何一种达到设定值即进行反洗。

接触消毒池设计规模为20万m³/d, 共设1座, 分2格。总平面尺寸为53.9 m×27.55 m, 有效水深4.5m, 池总深5.25m, 池内设导流墙, 最大流量时接触消毒时间为31.8min, 平均流量时接触消毒时间为41.34min。平均加氯量约为9mg/L。

为了节约水资源, 将接触消毒池出水作为厂区再生水回用水源, 通过在出水井设置水泵加压后用于加药间、除臭装置、厂区绿化等, 共设3台潜水排污泵 (变频, 2用1备) , 单泵性能参数为Q=150m³/h, H=40m, N=37kW。

排海泵房土建已按20万m³/d建设, 设备已按15万m³/d安装 (共4台) 。由于再生水用户及水量可能存在不确定性, 二期工程增加1台潜水排污泵 (变频) , 水泵性能参数同一期:Q=2 700m³/h, H=13m, N=132kW。最大流量时4用1备。

土建已按40万m³/d建设, 平面尺寸为18m×9.2m, 池总深12m。二期工程需要考虑接纳附近另一工业废水处理厂 (规模3万m³/d) 的尾水排放任务, 排水总规模达23万m³/d, 经核算, 现高位井高度不能满足要求, 二期工程在原高位井基础上加高3m, 同时更换已安装闸门的启闭机及导杆。

设计规模为6万m³/d, 共设1座, 分2格。总平面尺寸为55.43m×39.7m, 有效水深3.8m, 池总深4.35m, 总有效容积约7 740 m³, 占再生水回用规模的12.9%。平均加氯量约为9mg/L。

送水泵房设计规模为6万m³/d, 采用半地下式干式泵房, 水泵间平面尺寸19.6m×9.3m, 地下部分深4.2m。送水泵房设吸水井1座, 平面尺寸为13.3m×4.8m, 池深5.7m。共设3台卧式离心泵 (2大1小) , 大泵性能参数为:Q=2 000m³/h, H=40m, N=315kW;小泵性能参数为:Q=1 000m³/h, H=40m, N=160kW。

鼓风机房土建已按20万m³/d建设, 设备已按10万m³/d安装 (共3台风机) 。二期工程再增加3台同规格的单级高速离心鼓风机 (2用1备) , 单台性能参数:Q=200 m³/min, P=0.755bar (1bar=0.1MPa) , N=315kW。鼓风机根据生物池精确曝气系统的反馈, 按自控程序控制机组开停及调节风量。鼓风机的出风量可通过进口导流叶片角度进行调节, 调节范围100%~45%。

设计规模为20万m³/d, 建筑面积约565m², 其功能主要为污水深度处理投加絮凝剂聚丙稀酰胺 (PAM) 及碱式氯化铝 (PAC) , 并为处理后出水消毒。

PAC投加于高效澄清池前混凝池及后混凝池。采用干式和湿式两种投加方式, 平常采用PAC原液稀释后投加, 原液供应紧张时临时采用干粉投加。原液池 (地下式) 设1座, 分2格;溶液池 (地上式) 设1座, 分2格, 每格设1台搅拌机。干粉投加系统为成套设备, 干粉制备能力为250kg/h, 包括干粉投加装置、润湿稀释系统、输送机及料斗等。选用6台隔膜式计量泵进行高效澄清池前混凝池PAC的投加 (4用2备) , 单台运行参数:Q=300L/h, H=0.44MPa, N=0.37kW;选用3台隔膜式计量泵进行高效澄清池后混凝池PAC的投加 (2用1备) , 单台运行参数:Q=30 L/h, H=0.28 MPa, N=0.09kW。

PAM投加于高效澄清池絮凝区内, 采用2套PAM配制装置, 单套功率1.1kW。投加采用螺杆计量泵, 共设6台 (4用2备) , 单泵性能参数:Q=100L/h, H=20m, N=0.75kW。

消毒药剂采用二氧化氯, 共设6台二氧化氯发生器 (5用1备) , 单台制备能力为20kg/h, 配套设置盐酸储罐3个 (单个容积10m³) 及氯酸钠储罐2个 (单个容积10m³) 。加氯量根据出厂水余氯反馈控制, 以保持管网末端余氯量。

综合设备间设计规模为20万m³/d, 建筑面积487m², 其功能主要为曝气生物流化池提供气源、调节工业废水pH (在pH小于6或者大于9时投加) 以及在原水碳源不足时投加碳源, 分为鼓风间、加药间及外加碳源间。主要设计参数如下:

鼓风间设有3台罗茨风机 (2用1备) , 单台性能参数为:Q=70 m³/min, P=0.7 bar, N=132kW。

加药间各设1套卧式氢氧化钠溶液储罐及1套盐酸溶液储罐, 容量各5m³, 各设2台耐腐蚀计量泵 (1用1备) , 单泵性能参数为Q=320L/h, H=0.4 MPa, N=0.75kW, 并各设1座溶液池 (分2格) , 用于药液的稀释。

外加碳源间设1座溶解池 (分2格) 和1座溶液池 (分2格) , 每格分别设折板搅拌器, 碳源采用乙酸钠。设3台耐腐蚀计量泵 (2用1备) , 单泵性能参数为Q=1 800L/h, P=0.4 MPa, N=2.2kW, 在碳源不足时投加。

污泥浓缩池用于浓缩二沉池、高效澄清池、水解池及曝气生物流化池排出的污泥, 按照20万m³/d设计规模产生的污泥量考虑, 设计绝干污泥量约为48.4t/d。主要设计参数如下:

共设2座重力式污泥浓缩池, 单座直径20 m, 池边水深4.5m, 泥斗深2m, 池总深7.2m。设计浓缩时间约14 h, 进泥含水率约为99.2%~99.6%, 出泥含水率约为97%~98%, 污泥固体负荷约为77kg/ (m²·d) 。每座污泥浓缩池内设1台垂架式中心传动污泥浓缩机 (直径20m, N=1.1kW) 。

污泥生物沥浸技术最大的特点是污泥经微生物调理后, 脱水前无须添加任何絮凝剂就能一步脱水到含水率60%以下, 且污泥有益成分 (有机质、热值等) 不损失 (处理前后污泥干基有机质和热值几乎不变) , 容易实现后续资源化利用 (如焚烧、制备有机肥料等) , 除臭和杀灭病原菌效果也极显著。必要时, 还可脱出污泥中80%以上的重金属。生物沥浸法促进污泥脱水的主要原理是微生物替代效应和生物酸化效应等, 能促进快速除臭则是因为恶臭气体能被生物沥浸微生物氧化和作为营养物质利用^[1,2]。

生物沥浸池主要设计参数如下:

共设1座生物沥浸池, 平面尺寸为30.8 m×27.4m, 有效水深为6.2m, 总池深为7.3 m, 水力停留时间约65h (按平均进泥含水率97%计算) 。分5条线, 每条线由18格2.8m×2.8m方形池串联而成。生物营养剂由第一格添加, 每格池中设有菌种培养系统 (含曝气装置) , 由设在污泥深度脱水车间的罗茨鼓风机供气。在池外设有污泥回流泵, 用于将池末端污泥回流至池起端, 共设6台凸轮转子泵 (5用1备) , 单台性能参数:Q=60m³/h, H=15m, N=5.5kW。

共设1座污泥均化池, 直径10 m, 总池深5.6m, 池内设2台潜水搅拌机, 搅拌容积275m³。根据生物沥浸技术工艺要求, 污泥均质池需曝气, 选用2台罗茨鼓风机 (1用1备) , 单台性能参数:Q=5.5m³/min, H=68.6kPa, N=15kW。

一期工程已建有脱水车间, 土建按20万m³/d设计, 设备按10万m³/d安装, 但只能将污泥含水率处理到80%左右, 不能满足二期工程需将污泥含水率处理到60%以下的要求。因此, 二期工程新建污泥深度脱水车间, 保留一期工程已建脱水车间作为备用。

污泥深度脱水车间设计规模为20万m³/d, 建筑面积约2 680m², 分为两层, 包括污泥脱水间、设备间、泵房间、鼓风间及营养剂投加间。主要设计参数及配套主要设备如下:

设计绝干污泥量约为48.4t/d, 进泥含水率97%~98%, 出泥含水率不高于60%。

污泥脱水间设置5台高压隔膜板框压滤机 (带出泥斗) , 单台压滤机过滤面积750 m², 总功率25.65kW。

设备间包括压滤机配套的冲洗、压榨及配套的冲洗水箱、空压机、储气罐等, 共布置6台压榨泵 (变频, 5用1备) , 单泵性能参数:Q=20m³/h, H=173m, N=18.5kW;2台高压冲洗泵 (1用1备) , 单泵性能参数:Q=15m³/h, H=600m, N=30kW。

泵房间设5台低压进料泵 (变频) , 单泵性能参数:Q=120m³/h, H=90m, N=55kW;设5台高压进料泵 (变频) , 单泵性能参数:Q=30m³/h, H=160m, N=22kW。运行时先低压进料泵进泥, 待压滤机内部压力升高后再采用高压进料泵进泥。

鼓风间的主要功能是为生物沥浸池提供气源, 共设5台罗茨鼓风机 (4用1备) , 单机性能参数:Q=26m³/min, P=78.4kPa, N=55kW。

营养剂投加间的主要功能是为生物沥浸池提供营养剂, 共设6台营养剂投加泵 (变频, 5用1备) , 单泵性能参数:Q=3m³/h, H=35m, N=2.2kW;并设3台营养剂溶药罐 (直径2.8m, 高2.5m) , 内设搅拌机。营养剂投配率为绝干污泥量的5%~15%。

深度脱水的污泥经三级螺旋输送至污泥料仓, 后由运泥车外运。污泥料仓由4个钢制泥斗 (内衬304不锈钢) 组成, 每个泥斗储泥量为32m³。

本工程除臭对象为污水预处理区、生物处理区及污泥处理区, 共设6套炭质滤料生物除臭装置, 总处理能力为202 000m³/h。其中粗格栅间及进水泵房、一期、二期细格栅间及曝气沉砂池合用1套除臭装置, 处理能力为15 000m³/h;一期、二期调节池、水解池及曝气生物流化池合同1套除臭装置, 处理能力为24 000 m³/h;一期生物池合用1套除臭装置, 处理能力为44 000m³/h;二期生物池合用1套除臭装置, 处理能力为42 000m³/h;一期储泥池、污泥浓缩池、生物沥浸池合用1套除臭装置, 处理能力为15 000m³/h;污泥深度脱水车间合用1套除臭装置, 处理能力为62 000m³/h。

2017年1~6月污水处理厂进出水水质及绝干污泥量见表2。

2017年1~6月日均进水量为181 255 m³ (其中工业污水日均进水量为10 415m³) , 日均投加碳源总量为5.27t (30%~40%乙酸钠溶液) , 二氧化氯投加量约为3.50 mg/L, PAC投加量约为46.60mg/L (10%溶液) , PAM投加量约为0.44 mg/L。从表2可以看出, 存在一部分实际进水水质超过设计进水水质的情况, 但出水水质仍稳定达标。

二期工程建设内容包含工业废水预处理、污水二级处理、污水深度处理、污泥深度处理、再生水回用、除臭工程等, 设计规模较大、设计标准较高、设计功能较全。

本工程进水中含有一定量的工业废水 (平均约1.5万m³/d) , 且水质污染负荷较高, 工业废水经预处理、二级处理及深度处理后达到预期设计效果。另外, 本工程实际进水水质波动较大且存在超过设计进水水质的情况, 但出水水质仍稳定达标并优于设计值。

本工程污泥深度处理采用重力浓缩+生物沥浸法+板框压滤机深度脱水工艺, 脱水后污泥含水率稳定在60%以下。实际运行效果显示, 污泥经生物沥浸技术改性后无需再添加任何药剂即可有效实现污泥深度脱水, 且不影响泥饼有机质和热值, 处理后泥饼可进行资源化利用, 具有较高的环境效益、社会效益和经济效益。

本工程选用ClO₂作为消毒药剂, 实际运行数据显示, ClO₂投加量仅为设计值的38.89%。《室外排水设计规范》 (GB 50014—2006, 2016年版) 6.13.8条规定:二级处理出水的加氯量应根据试验资料或类似运行经验确定。无试验资料时, 二级处理出水可采用6~15mg/L。相关规范中深度处理出水的加氯量并无参考值, 但深度处理后出水污染物浓度更低, ClO₂投加量应比二级处理低, 因此, 在设计时可酌情降低取值。

本工程深度处理采用高效澄清池+纤维转盘滤池的组合工艺, 该工艺占地面积较小、运行费用较低, 近年应用较多。该组合工艺中高效澄清池需投加PAM, 而PAM的投加量对后续纤维转盘滤池的正常运行影响较大, 实际运行数据表明, 一旦PAM投加量超过0.5mg/L, PAM会附着在纤维转盘滤池滤布表面, 造成频繁反冲洗, 使出水SS有一定的波动。为改善该现象, 深度处理可采用高效澄清池+气水反冲洗砂滤池或普通絮凝沉淀池+纤维转盘滤池的组合工艺。

目前板框压滤机深度脱水多考虑添加化学药剂, 常用的药剂有PAC、FeCl₃、生石灰等, 这些药剂的投加 (尤其是生石灰) 对脱水后污泥的处置有较大影响。本工程采用生物沥浸法改性, 不投加任何化学药剂, 后续污泥处置出路不受限制。因此, 污水深度脱水改性形式建议选择不影响污泥处置出路的方法。