湛江市赤坎污水处理厂一、二期工程设计规模均为5万m³/d, 合计为10万m³/d, 主体工艺采用AAO微曝氧化沟处理工艺, 服务面积3 010hm²。水厂出水排入厂区东部滨湖公园, 现况出水标准执行《污水综合排放标准》 (GB 8978-1996) 和广东省地方标准《水污染物排放限值》 (DB 44/26-2001) 规定的一级水质排放标准中较严者。根据2016年6月～2018年6月的实际水量资料, 赤坎污水处理厂一、二期工程日均进水量为11.3万m³/d, 超过其设计规模10万m³/d。根据《广东省环境保护厅关于印发南粤水更清行动计划 (2013～2020年) 》要求新、扩和改建城镇污水处理设施出水应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》 (DB44/26-2001) 的较严值, 现有出水水质不能满足该要求。因此, 湛江市广业生态环保有限公司决定对污水处理厂一、二期进行升级扩容。

现况污水处理厂设计进出水水质见表1。

污水处理厂现况工艺流程见图1。污水经粗格栅 (栅条间距25mm) 后经提升泵房提升进入细格栅 (栅条间距5mm) 及旋流沉砂池, 除砂后重力自流进入AAO微曝氧化沟。微曝氧化沟共设2座, 总停留时间为12.6h, 其中厌氧段1.7h, 缺氧区2.4h, 好氧区8.5h, 有效水深为5.25m。外回流比为100%。生物池出水进入沉淀池, 沉淀池为中进周出辐流式沉淀池, 共设4座, 直径为45m, 有效水深4.5m, 沉淀池表面负荷为0.66m³/ (m²·h) 。沉淀池出水经紫外消毒, 紫外透光率大于90%。出水经巴氏计量槽计量后排放, 巴氏计量槽喉宽1.2m。

2016年1月～2018年6月期间, 实测水量均超过原设计水量10万m³/d, 峰值水量为13.05万m³/d, 长期处于满负荷运行状态。故本次计划将赤坎一、二期规模扩容至15万m³/d, 变化系数取1.3。

根据2016年1月～2018年6月 (见图2) 对赤坎逐日进出水水质分析, 除SS外, 其余主要指标均与原设计指标相当。并根据90%涵盖率分析^[1], COD、BODs、SS、TN、NH₃-H、TP分别为194mg/L、101mg/L、122mg/L、32mg/L、22mg/L、4mg/L。并按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002) 一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》 (DB 44/26-2001) 的较严值对出水达标率进行分析, 发现COD、BOD₅、TP、NH₃-H、SS、TN、粪大肠杆菌达标率分别为100%、99.7%、90.4%、100%、81.5%、99.2%、39.1%。

虽然赤坎污水处理厂一、二期工程长期处于满负荷运行, 且进水指标与原设计相当, 但按照最新的出水标准, 除TP、SS、粪大肠杆菌以外, 其余指标达标率均在95%以上, 运行状态良好。

本次污水处理厂升级扩容工程根据2016年1月～2018年6月期间水质分析结果, 同时结合湛江同期建设的其他污水处理厂, 并根据最新出水水质要求, 确定改造工程设计进出水水质见表2。

对2016年1月～2018年6月赤坎水质净化厂一、二期逐日产泥量进行分析, 结果见图3。90%产泥量为17.6tDS/d, 含水率为78%, 当日进水量为12万m³/d, 折算万吨水产泥量约为1.47tDS/d。

处理规模由10万m³/d提高至15万m³/d, 出水标准提高至《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》的较严值, 详见表2。

生物池原有总池容为17 280 m³, 停留时间12.6h。处理水量提高后, 停留时间缩短至8.3h, 缩短了4.3h。现况生物池所处位置空间紧凑, 已无扩容可能, 需采取其他措施提高生物池处理能力。

现况厂区用地面积100 700m², 但厂区东侧内现况架设了高压电线, 因此用地无法使用, 故实际有效用地面积为60 957 m², 现况建筑物占地面积为21 152.9m², 建筑密度为35%。本次改造无新增用地可用, 升级扩容需在现况厂址上原位改造。

污水处理厂退水为湛江市滨湖公园, 是湛江最大的湖泊湿地生态区域, 故工程实施过程中需要尽量减少对滨湖公园生态环境的破坏。因此在工程设计中需尽量保留原有主体工艺, 尽量避免对原有处理设施的干扰。

(1) 现况脱水机房为带式脱水机, 运行状况较差, 且无储泥池, 脱水机难以灵活运行。 (2) 生物池无除臭设备, 对周边空气环境影响较大。 (3) 生物池微孔曝气器老化严重, 影响曝气效果。

(1) 在不新增预处理构筑物的前提下, 尽量通过调整设备备用关系或更换设备, 增大现况设施的处理能力。

(2) 由于现有池容已无扩大可能, 因此需采用不增加土建池容的技术进行提标改造。MBBR工艺可通过向活性污泥反应器内投加悬浮填料作为微生附着生长的载体, 使废水处理的机理和效能得到提高。研究发现不同进水C/N条件AAO-MBBR系统均可实现对有机物的高效去除, 同时又较强的反硝化脱氮效果^[2]。目前国内已有多座污水处理厂采用MBBR工艺的工程案例^[3]。故本次生物池改造的思路为:在不改变AAO微曝氧化沟总池容的前提下, 通过压缩好氧区容积、增大缺氧区容积;同时向好氧区投加填料, 挂膜后补充生物量^[4]。

(3) 磁混凝技术是在常规混凝工艺基础上发展起来的强化混凝新工艺, 具有单位时间处理水量大、装置占地面积小等优点, 是将磁技术与水处理技术相结合的典型^[5,6]。通过外加磁场改善混凝条件, 或投加磁载体与混凝剂联用达到强化混凝的效果^[4], 除了对TP、SS有稳定去除外, 对COD也有一定程度的去除效果^[8]。故本次深度处理采用短流程处理方式, 新建磁混凝澄清池强化对SS、TP的去除。

(4) 由于易受到当地台风影响, 氧化沟等土建池体加盖难度较大。另由于场地受限, 常规除臭工艺占地面积较大, 难以实施, 故采用全过程除臭工艺。全过程除臭利用在回流污泥中培养的微生物, 可对污水处理过程中所产生的恶臭具有较强去除效果, 同时还可去除脱水机房内的恶臭物质, 该除臭方式在国内污水处理厂已经得到应用。故本次除臭采用生物池内新增全过程除臭工艺。

(5) 消毒仍采用原紫外消毒方式, 拆除现况紫外消毒渠, 并新建四渠道消毒渠, 其中两渠道利用原有消毒设备。

改造工艺流程见图4, 平面设计布置见图5。

粗格栅维持原配置, 通过提高过栅流速增大水损, 满足15万m³/d的改造要求。

现况提升泵站分为2个系列, 每个系列分别设提升泵3台 (2用1备) , 单台提升泵流量为Q=1 200m³/h, 现况处理能力为4 800m³/h。本次将每个系列的1台备用泵改为大流量常用泵 (Q=1 800m³/h, H=17m, N=132kW) , 并备用1台同型号水泵, 故本次新增大流量提升泵4台, 达到总计4台大泵 (2用2备) , 4台小泵 (4用) , 同时将更换掉的小泵作为库备用泵。

现况细格栅及旋流沉砂池分为2个系列, 每个系列设2台垂直孔板格栅及1台回转式事故格栅, 栅条间距5 mm。现况旋流沉砂器采用的池型为550号, 最大处理能力为530L/s。

考虑将事故格栅更换为同等规格的细格栅, 使细格栅总数达到3台 (2用1备) 。另经核算, 现况旋流沉砂池水力表面负荷满足要求, 最高时停留时间略不满足, 故本次拟采用原土建池型, 并按15万m³/d更换旋流沉砂搅拌设备。

现况生物池原设计规模10万m³/d, 共设2座, 每座规模5万m³/d。原设计累计停留时间为12.6h, 其中厌氧区1.7h, 缺氧区2.4h, 好氧区8.5h。池内有效水深为5.25m。

考虑采用MBBR工艺对污水处理厂AAO微曝氧化沟生物池工程进行升级改造, 改造思路为:将污水处理厂现有工艺改为AAO+MBBR工艺, 保留现有厌氧池池容不变, 分割一部分好氧池容作为缺氧池容, 优先满足反硝化脱氮需求, 并在剩余好氧区中投放填料, 增强好氧系统有机物氧化与氨氮硝化功能, 并设置拦截筛网、填料专用推流器、辅助曝气系统, 保证填料良好流化且不随水出流。

改造后厌氧区停留时间1.08h, 缺氧区3.67h, 好氧区3.54h, 总停留时间为8.3h, 好氧区新增有效膜面积为4.235 9×10⁶ m², 填料有效比表面积为800 m²/m³, 填充比例为24%。同时由于现况曝气微孔曝气器老化严重, 本次考虑全部更换。

现况污泥回流泵按100%回流比设置, 共计6台 (4用2备) , 单台参数为Q=1 080 m³/h, H=6.5m, 电机功率N=28kW。

由于泵房内空间紧张, 故本次考虑不改动土建, 仅将备用泵调整常用泵, 维持100%回流比, 同时新增同型号库备水泵2台。

现况二沉池土建与设备安装规模均为10万m³/d, 共分4座池体, 单座处理能力为2.5万m³/d, 有效内径45m, 平均流量表面负荷为0.66m³/ (m²·h) 。本次扩容拟利用现况沉淀池, 表面负荷由0.66m³/ (m²·h) 增加到0.99m³/ (m²·h) , 负荷增大, 但仍在规范范围之内[0.6～1.53 m³/ (m²·h) ]。而污泥负荷为83kg/ (m²·d) , <150kg/ (m²·d) , 固体负荷满足要求。且后续增加了磁混凝澄清池, 可以保证最终出水SS及TP的达标。

深度处理主工艺采用磁混凝澄清工艺。本次考虑提升泵房与磁混凝澄清池合建, 提升泵房共设置轴流泵4台 (3用1备) 。磁混凝澄清池设计规模15万m³/d, 变化系数1.3, 分2个系列。分别设置进水区、混合絮凝区、沉淀区、斜管分离区、底部污泥区等。其中混合絮凝区停留时间为5.3 min, 沉淀区平均时表面负荷为18.3m³/ (m²·h) , 最高时表面负荷为23.8 m³/ (m²·h) , 磁粉损耗率为3.5 mg/L。磁混凝澄清池设PAC及PAM投加。其中PAC投加率40mg/L, PAM投加率为0.8mg/L。

现况紫外消毒渠共设2条渠道, 渠宽为1.2m。

新出水标准要求粪大肠杆菌总数小于1 000个/L, 保证出水水质的前提下经核算, 设备进水平均流量小于8万m³/d时满足处理要求。故原单条渠道仍具备4万m³/d处理能力。故本次考虑拆除现况紫外消毒渠及出水池, 新建4条紫外消毒渠, 每条单条渠道水量为4万m³/d, 其中2条渠道采用原设备, 另外2条渠道新购紫外消毒设备。

考虑接纳三期5万m³/d污泥处理, 本次污泥系统设计规模调整为20万m³/d。按照设计进水水质计算, 一、二期的剩余污泥产泥量为22.065tDS/d, 化学污泥量1.27tDS/d, 总干泥量为23.24tDS/d。三期剩余污泥量为6.5tDS/d, 化学污泥量为0.78tDS/d, 总污泥量为7.3tDS/d。则本次处理总干泥量为30.5tDS/d。据赤坎水质净化厂提供2016年6月～2018年产泥量数据, 按照90%涵盖率分析的一、二期产泥率是1.47tDS/ (万m³·d) , 折算为20万m³/d规模约为29.3tDS/d, 故本次设计总干泥量取30.5tDS/d, 设计进泥含水率为99.3%。

(1) 新建储泥池。现况脱水机房无储泥池, 厂区在脱水机房东北侧新增临时储泥池。考虑新建储泥池, 设计规模为20万m³/d, 停留时间2h。储泥池共设2格, 每格设双曲面搅拌器1台, 防止污泥沉淀。

(2) 脱水机房改造。现况脱水机房设3台带式浓缩脱水机 (2用1备) , 处理能力20～35m³/h, 带宽1.5m。另设置离心脱水机1台, 流量60m³/h。本次改造考虑保留原离心脱水机 (60 m³/h) , 并将3台带式压滤机更换为3台离心脱水机 (2用1备) , 单机处理能力为60m³/h, 出泥含水率为80%。

现况鼓风机房设计规模为10万m³/d, 设置风量69m³/min的多级离心风机6台 (4用2备) 。经计算, 生物池实际需氧量为31 016kg O₂/d, 换算为标准供气体积为31 888m³/h, 折算气水比为5.1。由于空气悬浮鼓风机具有噪声低、设备占地面积小、安装简单等特点, 本次考虑更换3台多级离心风机为空气悬浮鼓风机 (2用1备) 。同时拟保留3台现况风机 (2用1备) , 单台参数为风量225m³/min, 风压65kPa。为了防止离心风机与新增空气悬浮风机相互干扰, 故本次考虑风机出口至生物池曝气头供气系统独立设置。

现况粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池采用生物除臭的方式, 生物池、脱水机房未设置除臭。本次考虑设置全过程除臭培养系统30套, 包括微生物培养箱、除臭污泥回流泵等设备。

本工程项目预计总投资为15 611.98万元, 其中工程费用为12 613.47万元;工程建设其他费用为1 786.88万元;预备费用为720.02万元;建设期贷款利息为259.31万元;铺底流动资金为232.30万元。

预计新增单位制水成本费用为0.72元/m³, 新增单位经营成本为0.58元/m³, 新增单位水量电耗为0.16kW·h/m³。

污水处理厂现况改造需因地制宜, 并需对至少1年的实测进水水量、进出水水质资料进行分析, 确定处理规模及设计进水水质。然后根据最新出水水质标准, 找到较难处理的具体指标, 做有针对性的改造。而对于污水处理厂原位改造, 还需以改造现况工艺为核心, 结合现况设施、设备具体分析。做到在保证出水水质达标的情况下, 尽可能保留现况土建设施及工艺设备。对于本工程而言, 将原AAO微曝氧化沟改造为AAO微曝氧化沟+MBBR, 可实现不改变生物池整体池容的情况下增加生物量, 合理优化生物池池容, 可实现对总氮的最佳去除。并在深度处理段增设磁混凝澄清池, 可实现对TP、SS的去除效果。故认为AAO微曝氧化沟+MBBR与磁混凝澄清池的组合工艺, 作为湛江市赤坎污水处理厂一、二期现况改造方案是可行的。