西安市污水处理厂改造工程

张兴兴
（西安市污水处理厂）

1　项目简介

　　西安市污水处理厂是西安市最早的一座城市污水处理厂。它始建于1956年，1958年投产，日处理能力4×104 m³²／d；1963年进行第一次扩建，日处理能力提高到6×104 m³²／d，污水为一级机械处理,污泥进行中温消化,自然干化脱水；1976年进行第二次扩建,处理能力达到12×104 m³²／d, 污水为二级生物处理,污泥经中温消化后进行机械脱水。
　　该厂虽经过两次扩建，但限于当时的条件，许多设备为非污水处理工程专用设备，经过多年的运行，设备性能下降，能耗高，处理效率降低，工艺落后，无法维持正常的生产运转，处理水质难以保证。为此，该厂进行全面的技术改造和适当的扩建，更新设备，以达到稳定的处理效果，提高处理能力，节能降耗，保证水质,并实现部分污水回用。
　　该工程总投资约1.1亿元（含396万美元丹麦政府贷款），主要设备和技术从丹麦krüger公司引进，目前改造工程正在实施，土建工程预计今年5月底完成，机械、电气设备正在安装，计划2001年底通水试车。

2　工艺简介

　　西安市污水处理厂主要处理西安市西郊地区的工业废水和生活污水,工业废水占总处理量的70%,生活污水占30%。目前该厂处理能力为12×10⁴m³/d二级生物处理，改扩建完成后将达到16×10⁴m³/d,其中4×10⁴m³/d一级处理后经地下暗涵排入皂河，6×10⁴m³/d经中负荷生物处理后排放，另外6×10⁴m³/d经A 2/o+絮凝过滤工艺处理后回用，作为市政杂用水和工业冷却水。
　　进水水质为：　COD=450mg/l TN=40mg/l
　　　　　　　　　BOD5=220mg/l TP=8.5mg/l
　　　　　　　　　SS=300mg/l NH3-N=26mg/l
　　　　　　　　　PH=6.5～8.5 水温T=13-25℃
　　这次改造主要是对污水处理工艺及设备进行改造,提高处理效率及水质，A²/O曝气池是在原有普通推流式曝气池的基础上加以改造，其剩余活性污泥浓缩后直接进行机械脱水。中负荷系统采用传统活性污泥法,其污泥采用污泥浓缩加中温消化后直接进行机械脱水，脱水污泥含固率为20%左右。
　　改造后,预计出水水质可达到如下指标:
　　中负荷系统: COD≦100mg/l
　　　　　　　　BOD5≦30mg/l
　　　　　　　　SS≦30mg/l
　　　　　　　　PH=6.5～8.5
　　A²/O系统砂滤出水: COD≦50mg/l TN≦15mg/l
　　　　　　　　　　　BOD5≦10mg/l TP≦1mg/l
　　　　　　　　　　　SS≦5mg/l NH3-N≦5mg/l
　　　　　　　　　　　PH=6.5～8.5

3　工艺流程

　　几点说明:
　　（1）中负荷剩余活性污泥排入初次沉淀池和初沉污泥共同沉淀,以提高沉淀效率。
　　（2）过去厂里的一些技术参数经验数据较多,本次由丹麦Krüger公司技术指导,西安市市政设计研究院设计,各构筑物参数选取趋于科学化,结合厂里具体情况,做到科学、经济、高效。

4　各单体构筑物工艺设计、运行参数

4.1粗格栅间
　　利用现有粗格栅间,对现有2套XWB-Ⅱ-1.5-35型机械格栅加以改造,并设置自控系统。每套格栅宽度为B=1.5m,栅条间隙为25mm，格栅呈75°倾角放置。格栅间为钢筋混凝土结构，平面尺寸为10.5×6.0 m,引进一套螺旋输送机及栅渣压渣机。
4.2进水提升泵房
　　现有泵房及集水井总平面尺寸为：27.8×19.2 m，其中集水井平面尺寸为27.8×6.2 m，地下部分深度7.75 m,为钢筋混凝土结构。现有4台20sh-28型双吸离心式清水泵（单台流量为2016 m³/h，扬程12.8 m，所配电机功率为115 kW及2台14sh-28A型双吸离心式清水泵。为了满足新的提升能力，现将2台小泵更换为500S13型双吸离心泵，每台流量2020 m³/h，扬程H=13.0 m，所配电机功率110 kW，水泵出水采用单管堰口自由出流。
4.3细格栅间
　　根据污水厂多年的运行，为了进一步去除污水中的漂浮物质，保证后续处理的正常进行。在单管出水井后的明渠上，增设了丹麦krüger公司生产的DN53型弧型细格栅5套，每套格栅宽度为B=1.05 m，栅距b=10 mm，单台过水能力1600 m³/h，配电机功率0.37 kW，格栅启闭可根据栅前栅后水位差和时间进行控制。5套格栅机后设置无轴螺旋输送机一套自动输送栅渣，同时，设置事故格栅一套，宽度为1.6m,间隙25 mm，作为弧形格栅事故检修时使用，人工清理。
4.4曝气沉砂池
　　利用现有曝气沉砂池，矩形钢筋砼结构，两个廊道，每廊道长24 m，宽3.3 m，有效水深3.3 m,每格设计流量为4000 m³/h 。池中水平流速v=0.10 m/s，停留时间T=3.92 mim。拆除原有砂斗及框架。新引进丹麦krüger公司的桥式除砂机一套，长度为8.5 m,该桥配有淹没式吸砂泵两台,将池底砂抽送至集砂槽，池外安装一套LSSF-355型螺旋式砂水分离器，所配电机功率为N=0.75kW，集砂槽积砂经砂水分离器脱水后装车运出厂外。
　　曝气沉砂池采用粗气泡曝气器，设计气水比为0.10～0.20m³²气/m³²水,引进丹麦两台罗茨鼓风机(一台备用),风量Q=1500 m³/h,风压6.0 m,所配电机功率37 kW。鼓风机房在细格栅间底下，长9.0 m，宽4.6 m。
4.5初次沉淀池
　　本工程利用现有两座初次沉淀池，该池直径Φ45 m，为周边进水，中心出水辐流式沉淀池。有效水深h=3.9 m，表面负荷q=2.52 m³²/m2·hr,水力停留时间t=1.55 h。
　　初沉池原中心出水槽，出水堰经过多年使用，变形破损，影响出水水质，故本次改造工程主要是出水堰，浮渣井以及为适应处理能力的增加而加高池体0.25 m（镀锌钢板材质）。原桥式刮泥机经维修后继续使用。我厂运行发现浮渣，浮油在初沉池配水井厚积，但改造项目在曝气沉砂池，初沉池配水井处无法加置设备加以去除，因而经过与西安市政设计院和外方技术人员商讨，在初沉池桥式刮泥机上设置由丹麦krüger公司引进的撇油、除渣装置，并改造集渣斗。
4.6 A²/O法工艺曝气池
　　将现有曝气池改造成A²/O法工艺进行深度生物处理，处理水量6×104 m³²/d作为回用水。
　　原有曝气池为2×3 组以普通推流式方式运行。为满足A²/O工艺要求，将其改造成两组并行的A²/O曝气池，即现有曝气池的一侧合并为1组，每组容积为13365 m³²，有效水深由原来的4.20 m增加到4.95 m，廊道宽度B=6.0 m保持不变,加高后现有曝气池高度为5.5 m(原曝气池增高5m)。
　　A²/O曝气池是本次改造工程难度最大的构筑物, 技术由丹麦krüger公司提供，即预（缺氧段）反硝化段→厌氧段（包括选择池和厌氧池）→缺氧段→好氧段的工艺，其中设计预反硝化段的目的是最大限度地进行生物强化脱磷和反硝化作用。由于大部分硝酸根在预反硝化池中进行反硝化，这样可以降低混合液内回流比率。设计采用35%的进水和65%的回流污泥直接进入预反硝化池，其余65%的进水直接进入厌氧段选择池，厌氧段包括一个选择池和一个严格的厌氧池，其运行目的在于提高菌胶团和聚磷细菌的生长。
　　每组预反硝化池容积V1=1750 m³²，厌氧池容积V2=2115 m³²（其中选择池为260 m³²，厌氧池为1855 m³²），缺氧池为V3=750 m³²，好氧池容积V4=8750 m³²，总容积为V=13365 m³²。
　　在最低水温T=13 ℃时，曝气池中MLSS为4.3 kg/m³²，计算好氧污泥龄为7.4 d,总污泥龄为11.3 d；污泥负荷约0.09 kg BOD5/kg MLSS·d，总水力停留时间t=10.69 h。污泥已基本好氧稳定，所以经过A²/O曝气池的污泥不经消化可直接脱水。
　　厌氧段包括一个选择池和一个严格的厌氧池，为了保证污泥与污水充分混合，每组设置TGI100-2型淹没式混合器,配电机功率N=2.2kW，缺氧池和预反硝化池，同样需要进行搅拌，以防止污泥沉淀并保证泥水良好混合，为了避免从空气中吸入不必要的氧气，搅拌较缓，每组采用3套STD100-3型淹没式搅拌器，配电机功率N=3.0 kW。好氧段采用微孔曝气法，并进行池中氧的在线式测定，以控制风机的送风量，每组安装引进芬兰的KKI-215型橡胶曝气盘约2750个，内回流比为100%，引进AFP3001型潜污泵3台（一台备用）,配电机功率N=41.1 kW（关于曝气池的技术改造将在以后的文章中详细论述）。
4.7 A²/O系统终沉池
　　曝气池出水进入终沉池配水井，配水井为园形钢筋砼结构，内圈直径为3.3 m，外圈直径为5.8 m，外环分三等分，其分别进入相应的三座终沉池，总深度为5.1 m。配水井上设置AYZ型铸铁镶铜闸门（DN800）及启闭机3套，配电机功率N=1.1 kW。
新建3座终沉池，直径D=36.0 mm，池体深5.2 m,采用中心进水周边出水辐流式沉淀池，园形钢筋混凝土结构。每座设有引进丹麦krüger的周边传动桥式刮泥机一套。终沉池单池设计流量Q=385 m³/h包括150 m³/h反冲洗水），最大表面溢流率为0.87m³²/m2·h,最大停留时间为5.5h。
4.8鼓风机房
　　利用现有鼓风机房，为A²/O和中负荷曝气池供氧，成套引进丹麦生产的KA10V-GLZ10型单级离心式风机4套，单台风机供气量为14000 m³/h ，配电机功率为N=315kW ，风压均为6000 mm水柱，该风机配套有进风过滤器，消音装置等。
4.9砂滤池
　　砂滤池是污水深度处理的核心构筑物，能够有效的过滤去除不易沉淀的颗粒和胶体物质，提高对色度、浊度以及磷、有机物、其它杂质的去除率。本工程采用微絮凝过滤工艺、即设计采用GJH800型管式静态混合器一套，安装在中间提升泵站压水管道上，絮凝剂选用聚合硫酸铁，投加量为5～10mg/l。
　　砂滤池为新建构筑物，设计最大流量为2650m³/h，（其中包括150m³/h反冲洗量），设计滤速为10m/h，单池平面尺寸为6.0×4.0m,共12个池子。滤料采用石英砂，厚度为1.2m，相对密度为2.6～2.7T/m³²,粒径为0.5～1.2mm,不均匀系数小于1.3,采用气水反冲洗（冲洗时间为5～8min）其中反冲洗气量为60m³²气/m³²·h，反冲洗水量为20～40 m³²/m2·h。
4.10回用水加氯间
　　污水经过滤后，水中可溶物，如营养盐，碳源、氮、磷等物质尚有一定含量，因此，使用回用水时，要严格控制水质，杀菌灭藻抑制微生物的生长繁殖。本工程设计加氯量为10～15mg/l。日最大加氯量为600～900kg/d。加氯点设计在回用水蓄水池进水管处。加氯间设有V2020型加氯机2套（1+1）,单台加氯量为38kg/h。加氯消毒为连续自动加氯。
4.11回用水蓄水池
　　过滤后的水直接进入回用水蓄水池。其容积按回用水量的10%计取，即V=6000m³²。设计蓄水池为一组两格，每格平面尺寸为44m×15.9m，有效水深H=4.2m,总深度4.5m,为半地下式钢筋混凝土结构,其中地下深3.5m,地面上1.0m。蓄水池两格之间设置1.0m×1.0m方形连通孔，并安装SFZ×1000型铸铁镶铜闸门，以便蓄水池检修。
4.12中负荷系统曝气池
　　污水经初级处理后，有一部分进入中负荷系统。其设计流量为:最大平均水量Q平=6×104 m³/h；时最大水量为Qmax=3500 m³/h（其中含A 2/o系统的变化系数1.2）。设计进水水质为: 中负荷曝气池采用常规渐减曝气法,曝气总容积为V总=13467 m³²,系两组平行运行,每组设三个廊道,平面尺寸为69m×21m,廊道宽度6.5m,有效水深5m。
　　进水与回流污泥首先进入选择池,选择池平面尺寸为7.8m×6.7m,容积为260 m³²。为防止池中污泥沉积，在选择池中设置引进丹麦krüger公司的TGT100-2型淹没式搅拌机，配电机功率2.2kW，其最大混合能力为5W/m³²。每组好氧段容积为6474 m³²，采用国产橡胶盘式微孔曝气头，置于水面下约4.8m处，氧利用率按20%计取，每组共安装曝气头2570套。
　　中负荷曝气池设计参数为：污泥负荷F/M=0.22kgBOD5/kgmlss·d，混合液浓度为3.5g/l，污泥龄为4.5天（冬季），实际需氧量为7657kgO2/d，标准需氧量为12984 kgO2/d，所需空气量日最大平均为288544 m³²/d，时最大需气量为355200 m³²/d。
4.13中负荷系统终沉池
　　利用现有3座终沉池，直径D=36m，平均深度为4.5m，现有刮吸泥机设备,出水三角堰，集渣斗等由于使用年限已久有破损，因此，要全部更换。终沉池单池最大水力负荷1166.67 m³/h，最大表面溢流率为1.15m³²/m2·h，最长停留时间约3.9h，出水三角堰最大溢流率为1.55l/S·m。
4.14中负荷系统回流，剩余污泥泵房
　　利用现有回流污泥泵房的集泥池部分，并对其进行局部改造，平面尺寸为14.7m×4m，深度为5.76m，地下式钢筋混凝土结构。池中设置引进丹麦krüger 公司的AFP3001.390型淹没式回流污泥泵3台（一台备用），单台流量为1325m³/h，扬程H=8m，配电机功率为49.7kW。设计回流污泥量最大为100%，平均为60%，回流污泥送至中负荷曝气池选择池中。另外池内还设有国产100QW70-10-4型淹没式剩余污泥泵2台（一台备用），单台流量为70 m³/h，扬程为10m，配电机功率N=4kW，把剩余污泥抽送至曝气沉砂池出水三角形配水井中。
4.15污泥处理系统
　　我厂改造工程，根据处理后出水的出路不同，采用不同的处理工艺，因而会产生不同性质的污泥，即初沉污泥，中负荷系统剩余污泥和A²/O法工艺剩余污泥，依据工艺设计，三种不同性质的污泥量分别为：
　　初沉污泥量：Q1=21600kg/d，含水率为95～97%，即Q1=432～720m³²/d；中负荷系统剩余污泥量Q2=10100kg/d，含水率为99.2%，Q2=12625 m³²/d；A²/O法工艺剩余污泥量Q3=10200 kg/d，含水率为99.2%，Q3=1275 m³²/d。
　　中丹双方在第一次设计联络会上，经计算现有6座消化池无法满足污泥处理的需要，因而将中负荷系统剩余污泥处理方法进行了调整，即中负荷系统的剩余污泥与初沉池进水混合后经初次沉淀池沉淀，产生的污泥一道打入现有初次浓缩池。这样一并沉淀可以提高沉淀效率。计算混合污泥量为1865 m³²/d，含水率为98.3%。
4.15.1中负荷系统污泥浓缩池
　　利用现有的初次浓缩池，该池为竖流式重力浓缩池,地下式钢筋砼结构，连续运行。直径D=8m，池深H=8.28m,现有12座。现已更换需利用的6座现状浓缩池中栅栏式污泥搅拌机。单池进泥量为311 m³²/d，进泥含水率为98.3%，经浓缩后总泥量约为630 m³²/d，含水率为95%，池中污泥停留时间为14.6h。污泥经浓缩后重力流入污泥预热池。
4.15.2 A²/O系统污泥浓缩池
　　利用现有的二次污泥浓缩池，该池属于连续式污泥浓缩池，地上式钢筋砼结构，直径D=15m，池深H=4.2m，A²/O系统只利用一座,更换出水堰,维修现有浓缩池搅拌机。
　　设计进泥量为1275m³²/d（10200kg/d），含水率为99.2%，经浓缩后污泥含水率为97.5%,浓缩污泥量为408 m³²/d,池中污泥停留时间13h。污泥浓缩后直接进入污泥均质池及脱水车间。
4.15.3中负荷污泥系统预热池和消化池
　　根据污泥性质，对浓缩后的中负荷剩余污泥与初沉污泥进行中温（32～35℃）厌氧消化。消化混合污泥量为630 m³²/d，含水率为95.0%左右。
　　改造后利用现有的三组（2×3座）消化池。其中
　　（1）Ф20 m直径消化池2座，每座容积3450 m³²，外循环泵搅拌（现状有沼气搅拌，未使用）。污泥进入消化池前先进入两座预热池预热，然后用污泥泵输送到消化池，设有污泥控制室控制搅拌及投配，提升。该污泥控制室有4台4PW型泵，（其中2台备用），单台流量Q=160 m³/h，扬程H=25 m ，配电机功率N=30KW。
　　（2）Ф14 m直径消化池两组共4座，单池容积1375 m³² 。东池两座以外循环泵搅拌，直接在消化池内注入蒸气加热，西池两座外循环泵与机械搅拌相结合（每座池3台机械搅拌器），加热是在预热池中注入蒸气加热，然后泵入消化池。东西两组池分别设有污泥控制室控制搅拌，投配，提升。每个控制室有4台4PW型泵(其中两台备用)，单台流量Q=100 m³/h，扬程H=11.0 m。配电机功率N=30KW。六座消化池总容积为12400 m³² ，需消化污泥总量为630 m³²/d，总的污泥消化时间20 d。
4.15.4污泥均质池及脱水车间
　　A²/O系统的剩余污泥及中负荷系统消化后污泥分别进入现有的2座均质池，该池为D=5 m钢筋混凝土结构。
　　污泥脱水车间利用原有脱水车间，已拆除完原有转鼓式真空过滤机及附属设备。
　　A²/O系统剩余污泥浓缩后含水率97.5%,污泥量约为410 m³² / d，脱水机引进丹麦产KD10-2000型带式压滤机两套，单台处理能力17～25 m³/h，配电机功率为3.7kW，脱水后污泥含水率75%，日产泥饼41.0 m³² ,脱水机日工作时间14小时。污泥脱水前需投加高分子3#混凝剂，投加量为0.4%干污泥重，每日加药量约40kg/d。设有引进丹麦产SVI型自动投药设备一套，加药能力为5～6kg/h，将3#混凝剂先制成0.2%浓度的水溶液，再由计量泵按比例投加至污泥泵出口。与脱水机相配套的还有引进国外偏心螺杆泵3台（其中一台备用），用于脱水机供泥，单台流量为10～25 m³/h，扬程为20 m，配电机功率为4KW，CR30-6型反冲洗泵3台（一台备用），单台流量为10 m³/h，扬程为60 m。配电机功率为3.7kW 。
　　消化后的污泥进入污泥二次浓缩池，经再次浓缩后含水率为92%左右，污泥量约为390 m³²/d，脱水机采用国产WDRA型带式压滤机2台，带宽2.0m，单台处理能力15 m³/h，脱水后污泥含水率为80%左右，日产泥饼158 m³² ，脱水机日工作时间14 h。污泥脱水前需投加高分子3#混凝剂，投加量为0.4%干污泥重，每日加药量为126kg/d。设有国产GST-J-1600型加药装置一套。与脱水机相配套的还有NM0531S型泵三台，（备用一台），GSJ-J-1600型单台流量为15.5 m³/h，扬程40 m ，配电机3KW，150QSG10-50/7反冲洗泵3台（一台备用），Z-0.05/6型空气压缩机2台。
　　脱水间全套设备运转包括污泥投配，自动加药，泥饼输送，滤带冲洗等均由计算机进行程序控制，以保证良好运行状态。

5　自动控制与监测仪表

　　本次改造工程根据集中管理监视，分散处理控制的自动化设计原则进行，采用二级微机控制管理系统，即厂级微机管理系统及基层微控制系统。基层过程控制系统采用七套可编程序控制器PLC1～PLC7，其中PLC1～PLC5为丹麦krüger公司提供的西门子产S 5 -115U系列，PLC6～PLC7为国产配套西门子S 7 -300系列可编程控制器，各PLC 之间用光缆连接组成一个局域网系统，数据集中到控制室PLC1，再由PLC1将全厂所有运行数据传送到上位机管理系统。
　　仪表检测分为两部分,一部分由丹麦krüger公司提供,一部分国内配套。

6　工程效益

　　西安市污水处理厂改造工程建成后，每天可提供6×10⁴m³ /d 回用水，用于西郊地区工业用水及市政杂用水，为缺水的西安市开辟了第二水源。另外6×10⁴m³ /d二级处理程度比现状也有提高，依据本工程设计进出水水质，该项目改建成后，每年将减少向皂河排放污染物BOD5=9782吨，SS=14563.5吨，COD =18060.2吨。 由于减少进入皂河的污染物质,因此皂河水环境状况将会大为改观。