魯班獎工程 | 全國首個大型新建分段進(jìn)水多級AO工藝案例•張貴莊污水廠

水處理網(wǎng)訊:天津市張貴莊污水處理廠建成于2012年，污水處理規(guī)模為20×104m3/d，出水標(biāo)準(zhǔn)為一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計采用了分段進(jìn)水多級AO工藝，該工藝具有脫氮效率高、所需池容小、建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用省等特點(diǎn)。本工程設(shè)計為四級AO工藝，采用流量計和遠(yuǎn)控電動閥門實(shí)現(xiàn)對各級進(jìn)水量的精確控制，池型設(shè)計采用綜合管廊的布置方式。

作者簡介：王舜和（1981-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，天津市政院 高級工程師，從事污水處理工程設(shè)計工作，曾獲全國工程咨詢二等獎1項、天津市優(yōu)秀勘察設(shè)計一等獎2項、全國優(yōu)秀勘察設(shè)計一等獎1項、二等獎1項，國家發(fā)明專利3項。

張貴莊污水處理廠是天津市建設(shè)的一座大型綜合城鎮(zhèn)污水處理廠，服務(wù)范圍約170平方公里，主要處理天津市河?xùn)|區(qū)及東麗區(qū)城鎮(zhèn)生活污水及工業(yè)廢水。工程自2010年開始建設(shè)，至2012年竣工投產(chǎn)。為2013年魯班獎工程。

1工程規(guī)模及水質(zhì)要求

張貴莊污水廠一期工程包括20萬m3/d的污水廠、6萬m3/d的再生水廠、300t/d的污泥處置項目。污水處理流程主要包括進(jìn)水提升、粗細(xì)格柵、曝氣沉砂池、初沉池、分段進(jìn)水多級AO生物池、周進(jìn)周出二沉池；深度處理包括二次提升泵房、機(jī)械混合池絮凝池、斜管沉淀池、反硝化深床濾池、接觸消毒池。處理后的污水一部分通過出水泵房排放至東麗區(qū)袁家河，一部分進(jìn)入再生水處理系統(tǒng)。總平面布置見圖1。

圖1 污水廠總平面布置圖

項目設(shè)計進(jìn)出水主要指標(biāo)如1所示。

表1 進(jìn)出水設(shè)計指標(biāo)

2工藝原理

本工程根據(jù)泵站實(shí)測數(shù)據(jù)分析，進(jìn)水水質(zhì)具有TN含量較高，BOD含量較低的特點(diǎn)，經(jīng)論證后生物處理部分采用了分段進(jìn)水多級A/O工藝，該工藝脫氮效率高、所需池容小、建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用省，在低碳氮比污水中可實(shí)現(xiàn)較好的處理效果，工藝原理見圖2。

圖2 分段進(jìn)水多級AO工藝原理圖

該工藝由二至五個串聯(lián)A/O組成，圖中以四段AO為例，回流污泥從首端進(jìn)入，污水按一定比例從每個A段進(jìn)入，為反硝化提供碳源，剩余的碳污染物在O段去除，氨氮則氧化成硝態(tài)氮進(jìn)入A段處理。工藝具有以下特點(diǎn)：

（1）避免了內(nèi)回流帶入的大量溶解氧，保證了缺氧區(qū)的處理效果，反硝化過程徹底，脫氮效率提高；

（2）反硝化的碳源全部來自進(jìn)水，對于低碳氮比的污水可顯著節(jié)省外加碳源

（3）相對傳統(tǒng)內(nèi)回流脫氮工藝，降低了內(nèi)回流的能耗；

3本工程生物池參數(shù)及設(shè)計特點(diǎn)

張貴莊污水廠生物池以上述原理為基礎(chǔ)，在池型布置、自動控制等方面有針對性的進(jìn)行了工程化設(shè)計，主要特點(diǎn)如下：

（1）基本參數(shù)

工程設(shè)計規(guī)模為20萬噸/日，共設(shè)4座生物反應(yīng)池，設(shè)計停留時間約18h，單座反應(yīng)池長約104m，寬約71m，有效水深6.3m，每座由四個連續(xù)的AO段組成，前三個O池末端設(shè)有一處機(jī)動池。單座反應(yīng)池設(shè)有潛水?dāng)嚢杵?4臺，底部鋪設(shè)管式曝氣器約1600m，內(nèi)回流泵4臺，分別設(shè)在每個O段的末端，回流量分別為單池進(jìn)水量的25%、50%、70%和100%，設(shè)計為常閉狀態(tài)，視運(yùn)行水質(zhì)情況開啟。設(shè)計污泥濃度起端為6400mg/L，末端為4000mg/L，泥齡為15d。

（2）進(jìn)水進(jìn)氣分配設(shè)計

多級AO設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)是進(jìn)水量和進(jìn)氣量的分配。通常AO池多采用渠道+可調(diào)堰方式配水，但此方式缺少流量控制裝置，運(yùn)行人員僅能憑感官調(diào)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)對各級進(jìn)水水量的精確控制。因此本工程設(shè)計改用管道進(jìn)水方式，并在每級進(jìn)水管處設(shè)計流量計和遠(yuǎn)控電動閥門，以實(shí)現(xiàn)各級進(jìn)水量的精確測量，并可在中央控制室對閥門進(jìn)行操作，可實(shí)時監(jiān)控記錄和調(diào)整各級進(jìn)水流量比例。本工程設(shè)定的流量比例范圍為：第一級10~25%、第二級25~40%、第三級25~40%、第四級10~25%。

多級AO工藝缺氧池和好氧池交替連接，如果好氧池末端溶解氧過高，將會影響下一組A池的脫氮效果。本工程通過設(shè)置機(jī)動池和曝氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各級反應(yīng)池的穩(wěn)定運(yùn)行。在曝氣充足的情況下，機(jī)動池將作為脫氧池使用，使末端溶解氧控制到1mg/L以內(nèi)。在每級好氧池均設(shè)置獨(dú)立的曝氣干管，并在此干管設(shè)置氣量控制閥，通過好氧池末端的DO數(shù)據(jù)及進(jìn)水水量數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控并控制池內(nèi)曝氣總量。

（3）池型布置設(shè)計

本工程采用四級AO池，單池進(jìn)水管路和空氣管路分別為4組，配水點(diǎn)和空氣分配點(diǎn)總計多達(dá)32處，如何整理和布置繁雜的管路系統(tǒng)是工程設(shè)計需要重點(diǎn)考慮的問題。本工程將兩座池體聯(lián)建并在中間設(shè)計1座管廊間，寬度為6m，長為104m，內(nèi)部借鑒綜合管廊的設(shè)計理念，將進(jìn)水管道、遠(yuǎn)控閥門、流量計、空氣管道、電纜橋架、加藥管道、回流污泥渠道等全部集中在管廊中，極大地方便了設(shè)備的維護(hù)及日常運(yùn)行管理。

圖3 生物池管廊布置

圖4 生物池運(yùn)行情況

4實(shí)際運(yùn)行分析

張貴莊污水處理廠自2012年4月開始通水運(yùn)行，至今已運(yùn)行五年半時間。總計約1/3的時間超過設(shè)計20萬噸處理規(guī)模，目前已基本滿負(fù)荷運(yùn)行，日益增長的污水量已為該廠的日常運(yùn)行帶來困難。

從現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)情況看，各項指標(biāo)波動范圍較大，但多數(shù)為短期波動，水質(zhì)平均值尚在一期工程設(shè)計水質(zhì)范圍內(nèi)。工程現(xiàn)狀出水水質(zhì)較好，目前各指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到國標(biāo)一級A標(biāo)準(zhǔn)。

表2 現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)變化統(tǒng)計(2014-2016年)

根據(jù)脫氮原理，脫氮過程中BOD/TN應(yīng)大于2.86，通常要達(dá)到4以上才能獲得較好的反硝化效果。根據(jù)分析，本工程進(jìn)水BOD/TN的平均值僅為2.54，屬于碳源缺乏的污水，因此需要在運(yùn)行中補(bǔ)充一定量的碳源。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，碳源補(bǔ)充在最后一格A池即可獲得較好的脫氮效率，且碳源用量顯著低于常規(guī)工藝。

5設(shè)計總結(jié)

分段進(jìn)水多級A/O工藝近年來日益受到重視，國內(nèi)相關(guān)工程設(shè)計案例也逐漸增多，以往多級AO工藝多用于現(xiàn)狀污水處理廠的改造，布局和設(shè)計都具有較大的局限性。張貴莊污水處理廠作為國內(nèi)第一座大型新建多級AO工藝的污水廠，從設(shè)計之初便以工藝原理為基本點(diǎn)，從設(shè)計布局，池型分配等方面發(fā)揮工藝的長處，彌補(bǔ)不足，在運(yùn)行的5年時間里積累了寶貴的設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。下面將設(shè)計及運(yùn)行過程中的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)簡述如下：

（1）張貴莊污水廠多級AO工藝采用流量計及電控閥門控制的流量分配方式，從實(shí)踐看是可靠的。實(shí)際運(yùn)行中并不需要頻繁的調(diào)節(jié)流量分配，相比粗獷的堰門分配，流量計所獲得的數(shù)字化信息可以使運(yùn)行管理人員很清楚地實(shí)現(xiàn)各種分配策略的調(diào)節(jié)，從而摸索最佳的分配方式。而跟遠(yuǎn)程電控閥門以及曝氣控制系統(tǒng)的結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)污水廠智慧化控制提供了基礎(chǔ)。從現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，采用第一級20%~30%、第二級30%~40%、第三級30%~40%、第四級10%~15%的流量分配方式，可以獲得較穩(wěn)定的脫氮效果。

（2）由于進(jìn)水點(diǎn)位較多，采用中央管廊的設(shè)計思路，將各種管線集約化布置，從運(yùn)行維護(hù)角度是非常適用的

（3）工程最初每級均設(shè)置了內(nèi)回流泵，期望各段均可通過內(nèi)回流增強(qiáng)反硝化效果。但從實(shí)際運(yùn)行看，內(nèi)回流的作用從末端向前端依次降低，因此僅建議最后一段設(shè)置內(nèi)回流即可。

（4）由于回流污泥進(jìn)入反應(yīng)池后被分步稀釋，第一段的AO池污泥濃度非常高，同時造成一段O池的曝氣能力明顯不足，在今后的設(shè)計中建議加大該段曝氣量。

（5）推薦在池型設(shè)計時，缺氧段采用氧化溝的池型布置，以優(yōu)化流態(tài)，并降低攪拌器的能耗。

本文詳細(xì)內(nèi)容參見2018年6月《中國給水排水》第12期《張貴莊污水處理廠分段進(jìn)水多級AO工藝的設(shè)計與運(yùn)行》作者：王舜和 ，李朦 ，郭淑琴 天津市市政工程設(shè)計研究院