沥滘污水处理厂是广州市仅次于猎德、大坦沙之后的第三座大型城市污水处理厂, 服务范围包括整个海珠区 (除洪德分区污水西调至西朗污水处理系统外) 、番禺区的大学城小围谷地区和黄埔区的长洲岛等, 总服务面积为115.5km², 已建一、二期工程总规模为50万m³/d, 采用改良AAO工艺, 出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 一级B标准。三期扩建工程处理规模为25万m³/d, 并对一、二期工程50万m³/d规模进行提标, 出水水质均执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准及《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) 地表Ⅴ类水标准的较严值。

沥滘污水处理厂一^[1]、二期^[2]处理规模分别为20万、30万m³/d, 建成投产后基本上均处于满负责运行状态, 2017年实际进水总量为50.58万m³/d, 2018年实际进水总量为58.6万m³/d, 实际进水量大于已建工程处理规模, 沥滘污水处理厂现状处理能力不能满足实际污水量需求。

沥滘污水处理厂2017年、2018年实际运行水质如表1所示。可以看出, 沥滘污水处理厂的处理效果良好, 运行稳定, 各项指标的去除率均较高。由于人均综合用水量较大, 且受厂外收集系统截流式合流制比例较高, 进水浓度BOD₅、COD指标偏低, 但NH₃-N、TN、TP指标基本接近设计值, 部分月份指标略高于设计值。在现有进水水量及水质条件下, 全年出水水质BOD₅、COD基本达到地表Ⅴ类水标准, 而NH₃-N、TN、TP、SS指标均不能稳定达到一级A及Ⅴ类水标准, 在冬季低温和碳氮比值偏低同时发生时对应的出水TN较高。在扩建和提标工程工艺确定和参数选取时, 需重点关注生物脱氮的效率, 见表1。

根据沥滘污水处理厂服务范围的发展规划, 采用分类水量预测法、年递增法、和不同建设用地指标法预测污水量, 推算至2020年沥滘污水系统污水量将达到67.18万m³/d, 2030年污水量将达到72.93万m³/d。沥滘污水处理厂2018年实际进水量已达到58万m³/d, 结合3年建设计划, 预测至2020年通过厂外管网完善, 可增加污水处理厂进水水量10万～14万m³/d, 厂区进水总量可达到68万～72万m³/d, 综合考虑部分水量增长及不可预见因素, 确定沥滘污水处理厂三期扩建工程的规模为25万m³/d。同时, 对沥滘污水厂现有一、二期工程进行提标, 出水达到地表准Ⅴ类水, 提标改造总规模为50万m³/d。

沥滘污水处理厂三期扩建工程的设计进水水质根据近几年的监测及实际运行数据确定, 并以满足80%覆盖率的实际进水水质进行校核计算。同时, 考虑到进水水质季节性波动范围较大带来的冲击负荷, NH₃-N、TN、TP部分指标进水浓度略高于原设计值的现状以及碳氮比值变化特点。出水水质标准须满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准及《地表水环境质量标准》地表Ⅴ类水标准的较严值的要求, 各项指标见表2。

三期扩建工程污水处理采用改良型AAO活性污泥法, 深度处理采用V型滤池, 污泥处理采用重力浓缩+低温热干化, 消毒采用次氯酸钠消毒工艺、除臭采用微生物除臭工艺。三期扩建工程工艺流程如图1所示。一、二期提标改造工程采用生物滤池+V型滤池工艺, 除碳硝化滤池确保氨氮和有机物出水达标, 反硝化滤池确保总氮出水达标。工艺流程如图2所示。

污水处理厂的布置形式分为地上式、半地下式和地下式3种, 随着我国城市化水平和居民环境要求的提高, 能够与周边环境协调、封闭性强、无二次污染的地下污水处理厂也逐渐成为城市污水治理工程建设新的发展趋势和发展方向^[3]。沥滘污水处理厂位于海珠区小洲村南部, 西侧紧临万亩果园, 东侧北侧为小洲工业区, 因此, 为了保持厂区的协调性及保证周边居民对景观环境的高要求, 三期扩建工程采用全地下式, 建 (构) 筑物均布置在地下层;一、二期提标改造采用半地下式, 新建生物滤池和V型滤池的池面平地面;鼓风机房及配电间、污泥干化间、机修车间在一、二期用地范围内建设, 采用地面式岭南建筑造型, 与周边环境协调。厂区总体布置采用“地下式布置为主”的创新理念, 地面设计为绿化和园林式建筑, 生态景观与污水处理构建筑物融为一体, 提升周边土地的环境质量和使用价值。三期工程地下扩建如图3所示。

(1) 粗格栅及提升泵房:粗格栅与提升泵房合建, 1座, 设计规模25万m³/d。粗格栅井与泵坑均分为2格, 粗格栅井设4台钢绳牵引式格栅除污机, 栅宽B=2m, 栅隙宽b=20mm, 安装角度α=75°, 泵坑内设潜水泵8台 (6用2备) , 单台泵性能参数Q=2 300～2 700m³/h, H=5～8m, N=110kW。三期工程采用全地下布置形式, 粗格栅及提升泵房与地下空间隔离, 设独立楼梯进入地下空间, 避免地下空间水淹。

(2) 细格栅及沉砂池:细格栅渠与沉砂池合建, 设计规模25万m³/d。细格栅渠安装6台内进流非金属板式格栅, 栅条间隙3mm, 渠道宽度900mm, 渠道深度2.6m, 栅前水深h=1.90m。沉砂池采用360°比氏沉砂池2座, 每座直径5.8 m, 池深3.67m, 砂斗直径1.6m, 砂斗深度2.5m。

(3) 改良型AAO生化池:设2座改良型AAO生化池, 池体按溶解氧浓度变化分为厌氧区、缺氧Ⅰ区、好氧Ⅰ区、缺氧Ⅱ区、好氧Ⅱ区。水力停留时间14h, 其中厌氧区1.19h, 缺氧Ⅰ区3.27h, 好氧Ⅰ区4.46h, 缺氧Ⅱ区3.71h, 好氧Ⅱ区2.97h。有效水深H=7 m, 污泥浓度MLSS=3.6g/L, 污泥负荷F_w=0.157kg BOD₅/ (kg MLSS·d) , 泥龄θ=15d, 剩余泥量30t/d。

(4) 二沉池:设2座周进周出矩形沉淀池, 每座池分15格, 周边水深4.3 m, 设计表面负荷q=0.8m³/ (m²·h) , 回流污泥浓度X_S=8.2g/L, 固体通量G=6.5kg SS/ (m²·h) , 沉淀时间T=4h。安装链式刮泥刮渣机30台, 刮泥机宽4.15 m, 长67m。行进速度V=0.2～0.6 m/min, 功率N=2kW。

(5) V型滤池及反冲洗水池:设2座V型滤池, 每座分16格双排布置。设计滤速V=5.24m/h, 单格过滤面积65.07m², 滤层厚度1.50m, 最大过滤水头2.5 m, 过滤周期24 h, 单独气洗强度20L/ (s·m²) , 气水同时冲洗时气冲强度20L/ (s·m²) , 气水同时冲洗时水冲强度3L/ (s·m²) , 单独水洗强度6L/ (s·m²) , 表面扫洗强度2.3L/ (s·m²) 。滤料为石英砂均质滤料, 粒径0.95～1.30mm。滤板整体现浇, 采用可调式滤头, 安装数量115 600个。

(6) 接触消毒池:采用次氯酸钠消毒, 设1座接触消毒池, 尺寸L×B×H=59.85m×37.25m×4.55m, 停留时间30min, 有效水深4m。

(7) 鼓风机房:三期扩建生化池供气和一、二期提标改造生物滤池供气的鼓风机房合建, 采用单级高速离心风机, 分南北两侧机组布置。北侧鼓风机组向三期生化池供气, 需气量1 021Nm³/min, 气水比5.83∶1, 安装6台风机 (4用2备) , 单台风量Q=253Nm³/min, 风压ΔP=0.8 bar (1 bar=0.1MPa) ;南侧鼓风机机组向一、二期提标改造生物滤池供气, 需气量392Nm³/min, 安装6台风机 (4用2备) , 单台风量Q=98Nm³/min, 风压ΔP=1.15bar。

(8) 浓缩池:设4座重力浓缩池, 单座池直径14.5m, 固体通量50kg/ (m²·h) , 污泥浓缩时间14h, 进泥含水率99.2%, 浓缩后污泥含水率97%, 浓缩池内设刮泥机1套, 单机功率N=0.55kW。

(9) 污泥干化间:采用板框压滤+低温热干化的污泥处置工艺, 直接将含水率97%污泥干化至含水率40%以下。设污泥干化车间1座, 尺寸51 m×76m, 层高17 m。污泥处理规模35tDS/d, 安装5套板框压滤机及热干化机组, 热源为水蒸汽冷凝热。

(1) 生物滤池:分硝化滤池和反硝化滤池两段, 硝化滤池出水40%的水量超越反硝化滤池, 与反硝化滤池出水混合后进入下游V型滤池。一、二期提标总规模50万m³/d, 分为2条处理线。每条处理线规模25万m³/d, 尺寸L×B×H=88 m×46.5m×13.5m, 主要参数如下:

硝化段滤池:分10格, 单个滤池面积为129m², 氨氮硝化容积负荷0.45kg NH₃-N/ (m³·d) , 水力负荷9.1m³/ (m²·h) , 滤料层高度3.7m。

混合池:当原水中碳源不足时需要外加碳源乙酸钠, 保证生物反硝化需要消耗可同化的碳源。混合池设1座, 设计水量8 125m³/h, 停留时间30s, 有效容积67m³。

反硝化滤池:分5格, 单个滤池面积为86.5m², 反硝化硝酸盐容积负荷1.06kg NO₃^--N/ (m³·d) , 水力负荷15.2m³/ (m²·h) , 滤料层高度3m。

(2) V型滤池:设计规模50万m³/d, 设2座V型滤池, 每座分20格双排对称布置。设计滤速V=7.41m/h, 单格过滤面积91.35m², 滤料为石英砂均质滤料, 滤层厚度1.50m, 最大过滤水头2.4m, 过滤周期24h, 单独气洗强度15L/ (s·m²) , 气水同时冲洗时气冲强度15L/ (s·m²) , 气水同时冲洗时水冲强度3L/ (s·m²) , 单独水洗强度5L/ (s·m²) , 表面扫洗强度2.1L/ (s·m²) 。

(1) 全地下集约组团化层叠布置, 节约土地资源。三期扩建工程采用全地下集约组团化布置形式, 将过去放在地上散发恶臭、噪音纷杂和影响景观的处理构筑物全部布置在地下, 负1层为构筑物及生产检修空间, 负2层为污水处理池体和综合管廊, 地面设计为绿化和园林式建筑。改变常规污水处理厂的分散布局模式, 将多个功能各异的设备间、处理构筑物组团化、集成化、模块化, 有机组合为预处理区、生化区、泥区等6个模块, 中间布置车行通道、检修通道和综合管廊, 构筑物和设备间在不同标高上层叠布置, 节约地下空间, 释放地面空间, 同时便于安全生产管理。

(2) 污水处理采用先进改良AAO工艺, 实现深度生物脱氮。三期扩建出水水质要求高, 采用先进的深度脱氮改良AAO工艺。针对现状实际进水水质部分时段碳氮比值偏低问题, 提出生物反应池设置后置缺氧区和好氧区, 形成厌氧区、缺氧Ⅰ区、好氧Ⅰ区、缺氧Ⅱ区、好氧Ⅱ区的5个分区, 调整生化池进水分厌氧区、缺氧Ⅰ区、缺氧Ⅱ区多点进水, 合理分配碳源, 进一步降低出水TN指标, 确保其稳定达标, 实现深度生物脱氮。

(3) 采用先进的生物滤池工艺, 实现不停产提标。已建一、二期工程出水水质执行GB 18918-2002一级B标准, 实际运行出水水质NH₃-N、TN、TP不能达到一级A标准及V类水标准, 需强化生物脱氮的硝化及反硝化过程, 提标工程采用先进的硝化和反硝化两段的生物滤池工艺, 强化生物脱氮, 确保出水水质的达标。提标主要对工艺管线进行迁改接驳改造, 无需对现状生化池及二沉池进行改造, 实施期间一、二期仍可正常运行, 基本不受其影响, 实现污水处理厂不停产施工。

(4) 污泥处置采用先进的低温热干化工艺, 实现污泥无害化。污泥处理处置采用“重力浓缩+板框压滤+低温热干化”的工艺, 将污泥含水率从99.2%降低至40%以下, 实现污泥的减量化和无害化。污泥低温热干化采用对流热风干燥的方式对网带上的湿料污泥进行脱水干化减量, 整套系统全密闭式设计, 干燥热风无热损, 实现节能目的。系统运行安全, 干料为颗粒状, 无粉尘爆炸危险;干化过程温度控制在75℃以下, 全自动运行, 节省运行成本;干化过程有机份损失少, 干料热值高, 适合后期资源化利用。

(5) 强化通风除臭系统和降噪措施, 消除对周边环境的影响。地下各构筑物除臭系统与通风系统分开设置, 有人出入的空间均采用机械进风、机械排风的方式进行室内通风换气, 保证室内空气质量;管理用房、中控室采用分体式空调器调节室内空气温度, 以满足人员舒适性和设备环境要求。各臭气源构筑物进行加盖密封并设置除恶臭抽吸系统。各构建筑物的气体经收集系统单独收集后送到生物除臭装置集中处理。预处理间、装泥间和脱水机房在设置除臭系统的同时, 还设置负氧离子送风系统。

沥滘污水处理厂扩建工程处理规模为25万m³/d, 并对一、二期工程50万m³/d规模进行提标, 出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准及《地表水环境质量标准》地表Ⅴ类水标准的较严值。

扩建工程采用深度脱氮改良AAO工艺, 全地下集约组团化层叠布置;提标工程采用生物滤池工艺, 半地下集约组团布置;污泥处置采用重力浓缩+板框压滤+低温热干化工艺, 实现减量化和无害化。

沥滘污水处理厂扩建及提标工程目前正在建设中, 建成后每年可截留大量的污染物, 控制和削减了海珠区排入珠江的水污染负荷, 改善了广州珠江河段水环境质量, 保护广州市的饮用水源, 其环境、社会效益显著。