常州市城北污水处理厂提标改造方案.doc
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常州市城北污水处理厂提标改造方案
耿锋
（常州市市政工程设计研究院，江苏常州213003）
1、工程现状
城北污水厂现有处理能力15万m3/d，系分三次建成，1997年处理能力5万m3/d的普通生化处理系统投运，99年7月扩建5万m3/d的AAO污水处理系统投产试运行，2001年新建5万m3/d的AAO污水处理系统。
至今，三套处理系统运行正常。
1、现有主要构（建）筑物设计：
（1）粗格栅间
一期，二期：
粗格栅间有1.4m的机械格栅及2.0m的人工格栅。
进水泵房平面尺寸8.4×6.7m，配有5台潜水泵，其中三台水泵参数（单台Q＝250l/s，H＝12m），二台水泵参数（单台Q＝380l/s，H＝13m），五台泵均为工作泵，另库存1台备用。
三期：
粗格栅井为矩形双槽钢筋混凝土结构，平面尺寸14.0×4.80m，每槽配一台机械格栅，栅渠宽1400mm，栅条间距20mm，栅前水深1.20m，栅前流速0.8m/s。
进水泵房和粗格栅井分建，平面尺寸8.4m×6.7m，泵房平台标高4.40m，平台以下深度8.65m，配有5台潜水泵，四用一备，每台泵设计流量Q＝677m3/h，H＝12m，泵出水管管径DN400。
（2）细格栅间及沉砂池
一期，二期：
细格栅间有宽2.0m的机械格栅和宽2.0m的人工格栅。
三期：
格栅分两格，装细格栅2台，一用一备，栅渠宽2m，过栅流速0.8m/s，格栅净距10mm。
一期、二期：
沉砂池1座2组，每组平面尺寸15.0×2.8m，有效水深1.9m。
三期：
沉砂池分两格，每格平面尺寸16.5×2.5m，有效水深1.0m，最大流速0.3m/s，最大停留时间50s，设有桥式移动除砂机1台，配吸砂泵2台，砂水进入砂水分离器，砂水分离器配一台。
（3）初沉淀池
一期：
Φ30m幅流式沉淀池2座。
二期：
Φ35m幅流式沉淀池1座。
三期：
Φ35m幅流式沉淀池1座，单池表面积962m2，有效容积4040m3，污水在初沉池中停留时间1.5h，表面负荷为2.80m3/m2h。
池中设有全桥周边传动刮泥机一套，桥长约为36m，附带有V型出水堰、浮渣挡板和渣斗、进水稳流器，材质均为不锈钢。
三期初沉池设有配水井，配水井为矩形钢筋混凝土结构，中间设置隔墙，一侧配水，另一侧作为初沉池污泥泵房，由槽中潜水泵将初沉污泥泵入污泥浓缩池，潜水泵2台，每台Q＝50m3/h，扬程H＝8m，一用一备。
（4）曝气池及生物反应池
一期曝气池：
2组，每组平面尺寸50×26m，有效水深5.5m。
后对此进行改造，增加了缺氧、厌氧段，将其改造为AA/O法运行。
后又增加了2组厌氧缺氧池，每组平面尺寸38×26m，有效水深5.5m。
二期生物反应池：
2组AA/O池，每组平面尺寸41.1×53m，有效水深5.5m。
三期生物反应池：
AA/O池总平面尺寸82.2×53m，水深5.5m，分2组，每组生物反应池共分8格，每格尺寸26.5×10m。
内回流泵房合建于生物反应池中。
每组平面尺寸10×2.5m，最大回流比200％，配潜水泵3台，两用一备，单泵Q＝1044m3/d，扬程H＝3.5m。
外回流泵房和剩余污泥泵房合建，平面尺寸12.5×3.0m，污泥回流比100％，回流量2088m3/h，配潜水泵4台，2用2备，单泵流量Q＝1044m3/d，扬程H＝3.5m。
剩余污泥量743m3/h，配潜水泵2台，1用1备，单泵流量Q＝125m3/h，扬程H＝8m。
（5）二沉池
一期：
Φ30m幅流式二沉池4座。
二期：
Φ40m幅流式二沉池2座。
三期：
Φ40m幅流式二沉池2座。
（6）浓缩池
一期：
Φ14m污泥浓缩池2座，有效水深4m。
二期：
Φ16m污泥浓缩池1座，有效水深4m。
三期：
Φ16m污泥浓缩池1座，有效水深4m。
（7）鼓风机房
一期，二期：
鼓风机房平面尺寸30.24×10.87m，安装四台离心风机，三用一备，风机性能：
风量Q＝125m3空气/min，升压68.6Kpa，N＝220kw。
三期：
鼓风机房一座，平面尺寸25.24×15.78m，布置3台离心风机，单台性能参数Q＝100m3空气/min，升压68.6Kpa，两用一备。
（8）脱水机房
一期，二期：
带式压滤机5台，其中引进2.5m带机2台，国产2m带机3台。
三期：
经校核，一二期的脱水机可满足三期扩建后对污泥的脱水压滤，未增加脱水机。
2006年增加离心脱水机1台（予留1台安装位置），处理能力20-40m3/h。
（9）加氯接触池
一期：
平面尺寸22.5×19m。
二期：
平面尺寸35×20m。
（10）综合楼
1座，总平面800m2。
含办公、中央控制室及化验室。
2、现状处理效果
工程竣工投运以来，出水水质稳定。
2、工艺流程及现状进出水水质
2.1工艺流程
二沉池
AA/O反应池
进水
初沉池
沉砂池
进水泵房
粗格栅井
常州市城北污水处理厂工艺流程如下：
泥饼外运
脱水机房
排入藻江河道
污泥回流泵房
加氯间
2.2进出水水质及其分析
本工程是对污水处理厂进行升级改造，为合理确定所选提标改造工艺，应对污水厂实际运行的监测水质进行分析。
厂方提供了2006年11月2日到2007年12月9日的每日进出水质数据，2006年6月到2007年5月的每月进出水质数据以及2007年6月22日到7月3日的TN专项检测数据。
具体分析如下：
（1）COD
由图可知，无论从每日还是每月均值来看，进水COD值基本保持在300-500mg/L之间，平均值为350mg/L。
出水COD值比较稳定，在30-60mg/L之间，平均值为40mg/L，明显小于国家一级B标准，绝大部分时间可达到一级A标准。
（2）BOD
由图可知，无论从每日还是每月均值来看，2006年11月每日的进水BOD值基本保持在70-200mg/L之间，平均值在112mg/L，2007年月平均进水BOD值基本保持在110-160mg/L之间，平均值为135mg/L。
出水BOD值很低，均小于10mg/L，远远低于国家一级B标准，基本能稳定达到一级A标准。
（3）SS
由图可知，污水厂每日进水SS值波动较大，在80-270mg/L之间；，每月平均值较稳定，在
mg/L之间。
出水SS值平均值在12mg/L，远远低于国家一级B标准，部分时间能达到一级A标准。
（4）TP
由图可知，进水TP绝大部分时间都维持在4-6mg/L之间。
2006年11月到12月初，二、三期出水TP值均小于0.6mg/L，平均值为0.53mg/L,一期去除TP效果不佳，平均值为1.59，有近半时间出水TP在1.5mg/L以上。
经过调试，2007年1月到5月的一、二、三期出水TP值均小于0.5mg/L,平均值仅为0.35mg/L，能达到一级A标准。
（5）NH3-N
由图可知，每日氨氮进水、出水数值波动较大，每月氨氮进水、出水数值波动较小，排除偶现极端数值后，出水氨氮均小于5mg/L，达到国家一级A标准。
（6）TN
由图可知，除去偶现极端数值，进水总氮基本在30-50mg/L，平均值为40mg/L。
出水TN比较高，在10-23mg/L之间，不能达到国家一级A标准，经常州排水检测站详细测定，出水TN中主要是NO3-N，平均在8-12mg/L,其次是NH3-N和有机氮，有机氮在2mg/L左右，还存在少量的NO2-N。
（7）对以上数据进行综合分析，可以看出：
1）SS，BOD5,CODcr,NH3-N,TN,TP几个主要控制指标中BOD5、CODcr、NH3-N、TP在现有的工艺基础上运行，平均值基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准。
2）SS部分时间能达到一级A标准。
3）TN不能达到一级A标准。
从上述数据可以看出，在六月下旬水温较高的条件下，城北污水厂现有工艺对TN的平均去除率为55％左右，出水为17mg/L左右，平均值小于一级B标准要求的20mg/L，但达不到一级A标准要求的15mg/L。
现有工艺采用AA/O，主要是通过生物效应脱氮，城北厂内回流未启用，反硝化反应未能进行，NO3-N在出水中大量积累，造成总氮数值偏高，内回流启用后，脱氮反应正常进行，出水中NO3-N数值会下降，从而使TN数值下降。
生物效应受气温影响较大，在气温较低的冬季（水温最低为12℃），微生物的代谢速度明显变慢时，根本无法满足一级A标准。
经向厂内技术人员了解，城北厂出水在冬季最高TN约25mg/L，NH3-N约7mg/L。
从目前城北污水处理厂出水水质分析来看，SS和TN的去除，是此次常州市城北污水处理厂出水提标的主要控制性因素，深度处理工艺应围绕去除SS和TN来进行选择，但城北污水处理厂进水水质存在各污染物浓度向上波动的可能性，即工业预处理水量减少后的水质变化。
2.3进水量
常州市城北污水处理厂的日处理量已接近15万m3/d的设计规模，平均在13万m3/d左右。
3、工程总体方案
3.1服务范围
根据《常州市城市排水规划》（2004-2020），常州市城北污水处理厂的服务范围从排水分区上来说，包括城市的中心分区，高新分区，西北分区，青龙分区，茶山分区部分。
3.2排水体制
污水处理厂服务范围内主要是分流制排水系统，部分区域采取截流管道为主的合流制。
3.3工程规模
污水处理厂总规模15万m3/d。
3.4进出水水质及处理程度
3.4.1设计进水水质
二级处理后的尾水作为提标改造的原水。
原水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级排放标准B标准（总氮未作为控制指标），即：
BOD5≤20mg/l
COD≤60mg/l
SS≤20mg/l
NH3-N≤8（15）mg/l
TP≤1.0mg/l
本次邀请函明确全厂的进水水质为
BOD5≤250mg/l
COD≤500mg/l
SS≤300mg/l
NH3-N≤35mg/l
TP≤6mg/l
TN未明确提出数值
根据对现状进水TN数据的分析，取设计进水TN≤45mg/l。
3.4.2设计出水水质
根据常州市城北污水处理有限公司的“邀请函”要求，深度处理后的尾水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级排放标准A标准，即：
BOD5≤10mg/l
COD≤50mg/l
SS≤10mg/l
NH3-N≤5（8）mg/l
TP≤0.5mg/l
TN≤15mg/l
并需要考虑出水消毒，出水粪大肠杆菌≤1000个/L。
3.4.3处理程度
3.4.3.1相对于二级处理出水的处理程度
项目
COD
BOD5
SS
NH3-N
TN
TP
粪大肠杆菌
设计进水水质
mg/l
60
20
20
8（15）
1.0
设计出水水质
mg/l（或个/l）
50
10
10
5（8）
15
0.5
1000
去除率
16.7%
50%
50%
38%（47%）
50%
3.4.3.2相对于厂区进水的处理程度
项目
COD
BOD5
SS
NH3-N
TN
TP
粪大肠杆菌
设计进水水质
mg/l
500
250
300
35
45
6
设计出水水质
mg/l（或个/l）
50
10
10
5（8）
15
0.5
1000
去除率
90%
96%
97%
86%（77%）
67%
92%
3.5排放水体
污水处理厂提标改造后，尾水仍选择藻江河作为受纳水体。
3.6升级改造工程厂址
在老藻江河东侧征地，面积21940m2（32.91亩）。
深度处理构筑物均布置在新征用地范围内。
3.7工程难点
（1）邀请函确定的水质数值偏离原设计进水水质数值较多，有部分构筑物不能满足处理的需要，原系统需要改造。
（2）在冬天气温较低的情况下，按照设计温度12℃设计，在微生物的代谢速度明显变慢时，不易达到TN去除67%以上的目标，来满足出水TN要求。
（3）在用地面积相对紧张，用地形状不规整的情况下，不
仅要布置下15万m3/d的深度处理设施，还要予留出尽量多的远期中水回用设施用地。
（4）实际进水BOD5远低于设计BOD5数值，目前生化反应碳源不足。
3.8工艺方案
3.8.1进水水质特点和出水水质要求
进水水质特点和出水水质要求是决定污水处理工艺的前提。
3.8.1.1进水水质基本特点如下：
（1）污水的可生化性
本工程污水处理厂设计进水水质COD=500mg/L，BOD5=250mg/L。
前道工序中，有初次沉淀池，考虑去除掉10%的BOD，从污水可生化性考虑，污水中BOD5/COD=225/500=0.45，可生化性较好。
（2）碳氮比
本工程设计进水水质NH3-N＝35mg/l，TN＝45mg/l，要求出水NH3-N≤5mg/l（水温12℃以上），NH3-N≤8mg/l（水温12℃以下），TN≤15mg/l。
从目前的进水水质分析，总氮还是比较高的，工艺方案在考虑出水水质及保证沉淀效果的前提下，系统必须具有足够的反硝化能力。
而系统能否完成较充分的反硝化，除了外部条件，还取决于进水的碳源是否充足。
因此在选择污水处理工艺前要对进水的碳源情况进行分析。
反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，在不投加外来碳源条件下，污水中必须有足够的有机物（碳源），才能保证反硝化的顺利进行。
一般认为，BOD5/TN≥5.0才可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用，基本的要求也应达到BOD5/TN≥4。
从本工程生化池进水水质来看，按照邀请书要求的设计进水水质来看，考虑到初次沉淀池去除了10%的BOD5，BOD5/TN=225/45=5，碳源基本满足要求。
（3）碳磷比
本工程设计进水水质TP=6mg/L，要求出水TP≤0.5mg/L。
本工程生物池进水水质中BOD5/TP＝225/6=37.5>17，采用生物除磷法可得到较为满意的除磷效果。
由于本工程除磷量相对较大，且出水要求严格，另外考虑到污水处理厂污泥浓缩池中磷释放问题，因此在本工程设计中采用生物法除磷与化学法除磷相结合的方法以强化除磷效果，以达到污水排放标准。
目前现状进水BOD数值与设计进水BOD差距很大，污水可生化性尚可，但碳氮比按照现状BOD数值计算不满足脱氮的要求。
工程中考虑予留甲醇投加装置，保证在碳源不足的时候，进行投加以满足生化处理工程中的碳源需求。
3.8.1.2出水水质要求基本特点如下：
（1）BOD5,TP,NH3-N,SS,CODcr控制要求高。
（2）TN控制要求非常高，冬天水温12℃时仍要控制在15mg/L以下。
根据以上分析可以看出本工程二级处理后的污水必须进行深度处理和加强生物反应池的反应效率，最终使出水水质中的污染物指标均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
3.8.2二级处理工艺改造的比选
通过对AA/O池的复核计算，原设计的AA/O池的停留时间、泥龄、硝化与反硝化时间均不能满足设计进水水质数值下对TN的控制要求。
城北污水处理厂已采用二级生物脱氮除磷处理工艺，根据本次工程确定的进水水质特点和出水水质要求，必须对二级生物硝化、反硝化部分进行加强，才能满足出水TN、NH3-N数值的要求。
目前二级生物脱氮除磷工艺主要有生物膜工艺与活性污泥法工艺两种，对AA/O池的改造，在此两方案进行比选。
3.8.2.1活性污泥工艺
活性污泥工艺中微生物在曝气池内以活性污泥的形式呈悬浮状态，污水在曝气池中通过曝气与活性污泥充分混合，完成生物去除污染物的过程。
目前污水厂采用的工艺即AA/O工艺，但是由于出水标准的提高，造成现有AA/O生物池的硝化时间和反硝化时间不能得到保证。
所以增加原AA/O生物池池容，增加缺氧、好氧段的容积或者采取新建一套新的生化系统，将部分流量分到新系统，降低现有AA/O生物池负荷，均可达到良好效果。
如采取分流量新建生化系统，从原厂总图布置来看，已无用地，必须另行征地。
城北污水厂西侧已无用地；南侧为民房、北侧为长江自由贸易中心，征地需要大量拆迁；城北污水处理厂给定的东侧用地足够建设新的生化系统，但紧邻新开发的香树湾福园小区，建设污水生化处理系统并不合适，且征地费用高，约为80万/亩。
城北污水处理厂已有专门的除磷脱氮设计，且运行效果良好，因此立足于对现有的系统进行改造，可以减少用地，避免重复建设。
从污水厂总平面布置看，没有足够的改造预留用地。
从现有的工艺流程分析，一、二、三期均设有初沉池，初沉池对BOD5有20％的去除作用，降低了进入生化池的BOD5浓度，碳氮比的下降不利于脱氮。
因此取消初沉池，有利于TN的去除，工艺流程可以得到优化。
初沉池用地用以扩建生化池，增加缺氧、好氧段容积，延长污泥泥龄，进一步满足硝化和反硝化的要求。
同时，需对原生化池分格进行调整，调整后的泥龄≥15天，厌氧、缺氧占生物反应池的总体积比控制在40％－50％之间。
综合上述因素，本设计不考虑建一套新的系统，而是在原厂初沉池位置扩建生化池。
3.8.2.2生物膜处理工艺
污水生物膜处理是通过微生物和微型动物附着在滤料上或某些载体上生长繁育，并在其上形成膜状生物污泥―生物膜。
污水与载体上的生物膜接触，利用污水中有机污染物作为微生物的营养物质，被生物膜上的微生物所摄取，使污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。
根据反应器内微生物附着生长载体的状态，生物膜反应器可分为固定床和流化床。
生物膜工艺主要有生物滤池、生物接触氧化、生物流化床和生物转盘等。
由于本工程为改造工程，为充分利用现有构筑物、减少土建工程量，本工程选择生物流化床技术和曝气生物滤池作为比选方案，现分述如下。
（1）生物流化床
生物流化床即在生物池内投加填料，以此增大单位容积内的生物量，提高处理能力。
根据生物膜载体―填料的不同可有多种形式的流化床方式。
本工程选择易于操作，管理简便的颗粒填料生物膜工艺作为本工程的比选方案。
该工艺是在好氧池添加悬浮介质、提供生物载体，以提高生物浓度，微孔曝气提供所需氧气以及必要的混合能量。
生物填料具有有效表面积大，适合微生物吸附生长的特点。
填料的结构以具有受保护的可供微生物生长的内表面积为特征。
当曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。
在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率。
生物填料的投加可以使系统达到较高的泥龄和较低的污泥负荷。
由于污泥浓度高，抗冲击负荷能力强；同时也提高了污水处理设施的污染物去除率。
为避免填料离开流失，在生物池出水端，设置不锈钢滤网，拦截填料。
这种工艺方案是传统活性污泥法与生物膜处理工艺的有机结合，将生物膜作为传统活性污泥法工艺中悬浮生物污泥的一个重要组成部分，依靠这部分较长泥龄的微生物形成系统的硝化能力。
（2）曝气生物滤池
曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter，简称BAF）是在20世纪70年代末80年代初出现于欧洲的一种好氧生物膜法处理工艺。
它结合了给水处理中过滤技术的先进经验，将接触氧化法与过滤法工艺有机的结合在一起。
反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，对废水中的有机物、氨氮、磷和悬浮固体等都有较好的去除效果。
污水从滤池上部流入，从下部流出滤池。
在滤池中下部布设曝气管进行曝气，曝气管上部起生物降解作用，下部主要起截留SS及脱落的生物膜的作用。
运行中，因截留了SS及脱落的生物膜，水头损失会逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。
一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗的气、水装置。
气水之间相互对流，一方面由于上升气泡被细小滤料不断切割，增大了气水接触面积，易于氧的转移，有利于上层滤料表面生物膜的氧化降解作用；另一方面又由于气水之间的相互搅动，使进水中的悬浮物不易于在滤料的最上层积累，从而提高整个生物滤池的储污能力，延长反冲周期。
此方案不需改造现有构筑物，而是在现有一级B标准出水的基础上增加曝气生物滤池，使出水水质能够直接达到一级A标准。
曝气生物滤池，占地省，模块化设计易于扩建，其缺点是生物接触氧化和过滤集于一体，具有专利性质，控制、运行过程复杂，自动化程度高，设备费用高，耗药量大，产泥量高。
曝气生物滤池因滤料粒径较大，且运行过程中一直曝气，出水SS较高；反冲洗结束后再次运行的一段时间，出水SS更高。
出水SS较高，可引起TP超标。
因此本工程不考虑采用曝气生物滤池。
3.8.3深度处理的比选
为达到回用和达标排放的目的，二级处理出水必须进一步进行深度处理。
深度处理的去除对象和采用的主要处理技术见下表。
二级处理水深度处理的去除对象和所采用的处理技术
去除对象
有关指标
采用的主要处理技术
有机物
悬浮状态
SS、VSS
过滤、混凝沉淀
溶解状态
BOD5、COD、TOC、TOD
混凝沉淀、活性炭吸附、臭氧氧化
植物性营养盐类
氮
TN、NH3-N、NO2-N、NO3-N
吹脱、折点加氯、离子交换、生物脱氮
磷
PO4-P、TP
金属盐混凝沉淀、石灰混凝沉淀、生物除磷
微量成分
溶解性无机盐
Na+、Ca2+、Cl-
反渗透、电渗析、离子交换
微生物
细菌、病毒
臭氧氧化、消毒（氯气、次氯酸钠、UV）
《污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）》给出了深度处理单元技术的处理效率和出水水质
项目
处理效率（％）
目标水质（mg/L）
混凝沉淀
过滤
综合
浊度
50~60
30~50
70~80
3~5NTU
SS
40~60
40~60
70~80
5~10
BOD5
30~50
25~50
60~70
5~10
CODcr
25~35
15~25
35~45
40~70
TN
5~15
5~15
10~20
-
TP
40~60
30~40
60~80
1
铁
40~60
40~60
60~80
0.3
其它单元过程的去除效率
项目
活性炭吸附
氨吹脱
离子交换
折点加氯
反渗透
臭氧氧化
BOD5
40~60
－
25~50
－
≥50
20-30
CODcr
40~60
20~30
25~50
－
≥50
≥50
SS
60~70
－
≥50
－
≥50
－
NH3-N
30~40
≥50
≥50
≥50
≥50
－
TN
80~90
－
－
－
≥50
－
色度
70~80
－
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