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克拉玛依市基础设施完善和环境改善项目-南郊污水处理厂升级改造回用工程

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获奖年度2021

专业分类市政工程

获奖等级一等奖

设计单位中油(新疆)石油工程有限公司

设计人员曾祥惠、罗春林、潘建军、尹洁、杨灿、孙鹏、赵文恒、刘志军、井涛、冯建惠、刘玉婷、朱东方、倪岚、侯耀耀、张海亮

项目简介

为解决克拉玛依地区缺水问题,提高水资源利用率,需要对南郊污水处理厂出水进行回用,故需对南郊污水处理厂进行升级改造,使其升级改造后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。本工程设计规模10×104m3/d,采用生物除碳硝化+混凝沉淀+深床滤池+消毒工艺,需要处理的控制指标主要包括悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总氮、氨氮及总磷。工程总投资3.59亿元人民币。主要建设内容为:调节提升泵池1座、硝化池1座、反应沉淀间1座、反硝化深床滤池1座、辅助水池及风机房1座、清水池1座、外输泵房(含吸水井)1座、二氧化氯消毒间1间、加药间1座,污泥缓冲池1座、10kV变电所1座及各类管线等。

南郊污水处理厂升级改造部分于2020年建成投产,经过近两年的运行证明,所采用的水处理工艺完全适合本项目二级出水水质的处理,处理后水质指标可稳定达到或超过《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中一级A标准。设计的主要难点及先进性如下:

1.工程设计难点

本项目处理水为南郊污水处理厂处理后的水的深度处理,原南郊污水处理厂处理工艺采用的奥贝尔(Orbal)氧化沟处理工艺,设计出水水质为《污水综合排放标准》(GB8978-2002)二级标准,出水具有冬季温度低于5℃,夏季水量大的特点,处理难度大,主要表现在以下几点:

(1)南郊污水处理厂已运行十余年,处理设施、处理设备效率下降,虽然设计出水水质为《污水综合排放标准》(GB8978-2002)二级标准,但出水水质随来水的水量、水质等影响波动较大,对升级改造部分的来水质的确定带来了难度。

(2)二级出水中有机污染物高,混凝反应效果差,形成的絮体矾花松散,难以沉降。由于水温差形成的异重流,造成水流态紊乱,影响沉淀效果。

(3)二级出水冬季水温较低,约为5℃,低温水影响微生物活性,影响脱氮效果,同时药剂反应动力差,缺少絮凝核心,沉淀效果差。

(4)冬季及夏季水量相差大,要求处理构筑物运转灵活,能适应一定的水质、水量的变化。

(5)南郊污水处理厂老厂与升级改造部分毗邻建设,且升级改造部分用地较为紧张,因此需在有限的用地范围内建设安全稳妥的水处理设施,同时在总图及工艺设计需考虑新旧水厂的联合运行的工况。

2.设计特点及先进性

1)本项目确定的水厂处理工艺先进、处理效率高、技术国内领先。

考虑二级出水水源水处理难度大的性质,先期进行了水处理工艺、技术的实验室研究和现场试验,取得了较好的效果,并在前期研究结果的基础上有针对性的污水处理厂现状水质及水量进行分析,并对国内、国外水厂常用水处理工艺、技术及水处理效果进行了考察、了解,确定本项目水厂工艺采用二级处理出水→生物除碳脱氮→混凝+沉淀→过滤及反硝化(除总氮)→消毒的处理工艺流程。

2)先进的生物除碳脱氮工艺,将活性污泥法与生物膜法相组合,达到优势集成的效果。

本次设计的生物除碳脱氮工艺采用上升流固定床生物膜反应器,该技术处理后水质优质稳定,且首次在新疆地区使用。相对于传统的硬质滤料,本次设计采用粗糙、坚固耐用、球形度好、硬度大、酸溶度低的天然卵石作为微生物挂膜介质,微生物附着生长在介质表面并形成生物膜,介质的支撑及生物挂膜性能极佳。生物膜上的微生物利用水中溶解氧消耗溶解态的污染物。同时在紧凑的反应器中能达到脱碳及NH3-N硝化处理,它减少了滤料漏损,无需反洗,好氧有机生物体生长在介质的表面,当污水经流过介质时,BOD及氨氮被转换为生物固体物,硝化池不截留这些生物体,它们随着水流被排出池外,最终根据系统出水要求由沉淀池或过滤池将其处理。由于床体不截留进水中的固体悬浮物及生成的生物固体,因此硝化池系统不需要进行反冲洗。硝化池系统应对流量的不断变化而不间断运行,并保证滤池的各项出水指标满足要求。正常运行期间无滤料损失,无需添加任何药剂,滤池气水分布系统终身免维护且无任何易损易耗件。

(2)采用水力絮凝池,絮凝时间短,池子体积减小。

结合本工程实际情况,混凝沉淀工艺采用侧向流斜板沉淀池+折板絮凝。本工程是利用南郊污水处理厂西侧的预留地,用地面积有限,故采用侧向流斜板沉淀池,絮凝部分采用折板絮凝,它有着可改善水流条件,所需絮凝时间短,池子具有体积减小等优点。

(3)采用反硝化深床滤池,有效集多种污染物去除功能于一个处理单元,有效减少处理流程。

反硝化及过滤工艺采用反硝化深床滤池,反硝化深床滤池是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元,该技术是处于国际领先的脱氮及过滤并举的先进处理工艺。它是一种高效的下降流的厌氧生物膜污水处理工艺,下降水流作用使颗粒状滤料上形成一层厌氧反硝化生物膜,生物膜上的反硝化细菌将水中的硝态氮分解为氮气。同时由于滤料的过滤作用,部分不能降解的颗粒状污染物也被截留。深床滤池主要去除悬浮固体物SS,降低TN,在原水碳源不足时,需通过补充一定量碳源,达到脱氮效果。当前端工艺出水总磷TP不能达标时,深床滤池对前端工艺一定的补充和保护,通过对混凝沉淀工艺中化学加药絮凝形成絮体的直接过滤,实现除磷功能。滤池系统应对流量的不断变化而不间断运行,保证滤池的SS、TP和TN的去除能力,达到出水排放标准。

(4)自动获取参数,完成碳源投加量的调整和补充

滤池能够实现基于需去除的硝态氮的负荷量来控制碳源的投加量,即系统自动获取滤池的进水流量,结合滤池的进、出水硝酸盐浓度,通过碳源投加现场控制柜内置软件的计算,发出指令控制加药泵的碳源投加量。

(5)低温时TN稳定达标

通过加大反硝化深床滤池池深,低温时投加碳源以增强反硝化脱氮效果等技术手段,解决污水处理厂在冬季低温条件下反硝化不彻底的问题。

(6)运行费用低,节能效果显著

采用了反硝化深床滤池技术,无易损易耗件,不产生维护费用,若去除10mg/L TN时,并且仅在冬季投加外加碳源以增强反硝化脱氮效果,则总运行费用仅为0.048元/m3

(7) 项目经济效益和社会效益突出,生态效益和环境效益明显

本项目具有节约资源、改善环境污染、污水处理等综合利用功能。在政策上符合国家西部大开发与推进克拉玛依跨越式发展和长治久安的总体战略布局;从效益分析上,由污水替换清水进行绿化灌溉,充分利用再生水资源绿化,回馈了自然造福人类,产生了很好的社会效益与环境效益,有利于促进区域经济发展;从技术上看,项目所采用的工艺技术成熟、合理,可操作性强;从建设条件上看,项目区有较适合的基建设施条件。