張興興
（西安市污水處理廠）

1　項目簡介

　　西安市污水處理廠是西安市最早的一座城市污水處理廠。它始建于1956年，1958年投產，日處理能力4×104 m³²／d；1963年進行第一次擴建，日處理能力提高到6×104 m³²／d，污水為一級機械處理,污泥進行中溫消化,自然干化脫水；1976年進行第二次擴建,處理能力達到12×104 m³²／d, 污水為二級生物處理,污泥經中溫消化后進行機械脫水。
　　該廠雖經過兩次擴建，但限于當時的條件，許多設備為非污水處理工程專用設備，經過多年的運行，設備性能下降，能耗高，處理效率降低，工藝落后，無法維持正常的生產運轉，處理水質難以保證。為此，該廠進行全面的技術改造和適當的擴建，更新設備，以達到穩定的處理效果，提高處理能力，節能降耗，保證水質,并實現部分污水回用。
　　該工程總投資約1.1億元（含396萬美元丹麥政府貸款），主要設備和技術從丹麥krüger公司引進，目前改造工程正在實施，土建工程預計今年5月底完成，機械、電氣設備正在安裝，計劃2001年底通水試車。

2　工藝簡介

　　西安市污水處理廠主要處理西安市西郊地區的工業廢水和生活污水,工業廢水占總處理量的70%,生活污水占30%。目前該廠處理能力為12×10⁴m³/d二級生物處理，改擴建完成后將達到16×10⁴m³/d,其中4×10⁴m³/d一級處理后經地下暗涵排入皂河，6×10⁴m³/d經中負荷生物處理后排放，另外6×10⁴m³/d經A 2/o+絮凝過濾工藝處理后回用，作為市政雜用水和工業冷卻水。
　　進水水質為：　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 水溫T=13-25℃
　　這次改造主要是對污水處理工藝及設備進行改造,提高處理效率及水質，A²/O曝氣池是在原有普通推流式曝氣池的基礎上加以改造，其剩余活性污泥濃縮后直接進行機械脫水。中負荷系統采用傳統活性污泥法,其污泥采用污泥濃縮加中溫消化后直接進行機械脫水，脫水污泥含固率為20%左右。
　　改造后,預計出水水質可達到如下指標:
　　中負荷系統: COD≦100mg/l
　　　　　　　　BOD5≦30mg/l
　　　　　　　　SS≦30mg/l
　　　　　　　　PH=6.5～8.5
　　A²/O系統砂濾出水: 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　工藝流程

　　幾點說明:
　　（1）中負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）過去廠里的一些技術參數經驗數據較多,本次由丹麥Krüger公司技術指導,西安市市政設計研究院設計,各構筑物參數選取趨于科學化,結合廠里具體情況,做到科學、經濟、高效。

4　各單體構筑物工藝設計、運行參數

4.1粗格柵間
　　利用現有粗格柵間,對現有2套XWB-Ⅱ-1.5-35型機械格柵加以改造,并設置自控系統。每套格柵寬度為B=1.5m,柵條間隙為25mm，格柵呈75°傾角放置。格柵間為鋼筋混凝土結構，平面尺寸為10.5×6.0 m,引進一套螺旋輸送機及柵渣壓渣機。
4.2進水提升泵房
　　現有泵房及集水井總平面尺寸為：27.8×19.2 m，其中集水井平面尺寸為27.8×6.2 m，地下部分深度7.75 m,為鋼筋混凝土結構。現有4臺20sh-28型雙吸離心式清水泵（單臺流量為2016 m³/h，揚程12.8 m，所配電機功率為115 kW及2臺14sh-28A型雙吸離心式清水泵。為了滿足新的提升能力，現將2臺小泵更換為500S13型雙吸離心泵，每臺流量2020 m³/h，揚程H=13.0 m，所配電機功率110 kW，水泵出水采用單管堰口自由出流。
4.3細格柵間
　　根據污水廠多年的運行，為了進一步去除污水中的漂浮物質，保證后續處理的正常進行。在單管出水井后的明渠上，增設了丹麥krüger公司生產的DN53型弧型細格柵5套，每套格柵寬度為B=1.05 m，柵距b=10 mm，單臺過水能力1600 m³/h，配電機功率0.37 kW，格柵啟閉可根據柵前柵后水位差和時間進行控制。5套格柵機后設置無軸螺旋輸送機一套自動輸送柵渣，同時，設置事故格柵一套，寬度為1.6m,間隙25 mm，作為弧形格柵事故檢修時使用，人工清理。
4.4曝氣沉砂池
　　利用現有曝氣沉砂池，矩形鋼筋砼結構，兩個廊道，每廊道長24 m，寬3.3 m，有效水深3.3 m,每格設計流量為4000 m³/h 。池中水平流速v=0.10 m/s，停留時間T=3.92 mim。拆除原有砂斗及框架。新引進丹麥krüger公司的橋式除砂機一套，長度為8.5 m,該橋配有淹沒式吸砂泵兩臺,將池底砂抽送至集砂槽，池外安裝一套LSSF-355型螺旋式砂水分離器，所配電機功率為N=0.75kW，集砂槽積砂經砂水分離器脫水后裝車運出廠外。
　　曝氣沉砂池采用粗氣泡曝氣器，設計氣水比為0.10～0.20m³²氣/m³²水,引進丹麥兩臺羅茨鼓風機(一臺備用),風量Q=1500 m³/h,風壓6.0 m,所配電機功率37 kW。鼓風機房在細格柵間底下，長9.0 m，寬4.6 m。
4.5初次沉淀池
　　本工程利用現有兩座初次沉淀池，該池直徑Φ45 m，為周邊進水，中心出水輻流式沉淀池。有效水深h=3.9 m，表面負荷q=2.52 m³²/m2·hr,水力停留時間t=1.55 h。
　　初沉池原中心出水槽，出水堰經過多年使用，變形破損，影響出水水質，故本次改造工程主要是出水堰，浮渣井以及為適應處理能力的增加而加高池體0.25 m（鍍鋅鋼板材質）。原橋式刮泥機經維修后繼續使用。我廠運行發現浮渣，浮油在初沉池配水井厚積，但改造項目在曝氣沉砂池，初沉池配水井處無法加置設備加以去除，因而經過與西安市政設計院和外方技術人員商討，在初沉池橋式刮泥機上設置由丹麥krüger公司引進的撇油、除渣裝置，并改造集渣斗。
4.6 A²/O法工藝曝氣池
　　將現有曝氣池改造成A²/O法工藝進行深度生物處理，處理水量6×104 m³²/d作為回用水。
　　原有曝氣池為2×3 組以普通推流式方式運行。為滿足A²/O工藝要求，將其改造成兩組并行的A²/O曝氣池，即現有曝氣池的一側合并為1組，每組容積為13365 m³²，有效水深由原來的4.20 m增加到4.95 m，廊道寬度B=6.0 m保持不變,加高后現有曝氣池高度為5.5 m(原曝氣池增高5m)。
　　A²/O曝氣池是本次改造工程難度最大的構筑物, 技術由丹麥krüger公司提供，即預（缺氧段）反硝化段→厭氧段（包括選擇池和厭氧池）→缺氧段→好氧段的工藝，其中設計預反硝化段的目的是最大限度地進行生物強化脫磷和反硝化作用。由于大部分硝酸根在預反硝化池中進行反硝化，這樣可以降低混合液內回流比率。設計采用35%的進水和65%的回流污泥直接進入預反硝化池，其余65%的進水直接進入厭氧段選擇池，厭氧段包括一個選擇池和一個嚴格的厭氧池，其運行目的在于提高菌膠團和聚磷細菌的生長。
　　每組預反硝化池容積V1=1750 m³²，厭氧池容積V2=2115 m³²（其中選擇池為260 m³²，厭氧池為1855 m³²），缺氧池為V3=750 m³²，好氧池容積V4=8750 m³²，總容積為V=13365 m³²。
　　在最低水溫T=13 ℃時，曝氣池中MLSS為4.3 kg/m³²，計算好氧污泥齡為7.4 d,總污泥齡為11.3 d；污泥負荷約0.09 kg BOD5/kg MLSS·d，總水力停留時間t=10.69 h。污泥已基本好氧穩定，所以經過A²/O曝氣池的污泥不經消化可直接脫水。
　　厭氧段包括一個選擇池和一個嚴格的厭氧池，為了保證污泥與污水充分混合，每組設置TGI100-2型淹沒式混合器,配電機功率N=2.2kW，缺氧池和預反硝化池，同樣需要進行攪拌，以防止污泥沉淀并保證泥水良好混合，為了避免從空氣中吸入不必要的氧氣，攪拌較緩，每組采用3套STD100-3型淹沒式攪拌器，配電機功率N=3.0 kW。好氧段采用微孔曝氣法，并進行池中氧的在線式測定，以控制風機的送風量，每組安裝引進芬蘭的KKI-215型橡膠曝氣盤約2750個，內回流比為100%，引進AFP3001型潛污泵3臺（一臺備用）,配電機功率N=41.1 kW（關于曝氣池的技術改造將在以后的文章中詳細論述）。
4.7 A²/O系統終沉池
　　曝氣池出水進入終沉池配水井，配水井為園形鋼筋砼結構，內圈直徑為3.3 m，外圈直徑為5.8 m，外環分三等分，其分別進入相應的三座終沉池，總深度為5.1 m。配水井上設置AYZ型鑄鐵鑲銅閘門（DN800）及啟閉機3套，配電機功率N=1.1 kW。
新建3座終沉池，直徑D=36.0 mm，池體深5.2 m,采用中心進水周邊出水輻流式沉淀池，園形鋼筋混凝土結構。每座設有引進丹麥krüger的周邊傳動橋式刮泥機一套。終沉池單池設計流量Q=385 m³/h包括150 m³/h反沖洗水），最大表面溢流率為0.87m³²/m2·h,最大停留時間為5.5h。
4.8鼓風機房
　　利用現有鼓風機房，為A²/O和中負荷曝氣池供氧，成套引進丹麥生產的KA10V-GLZ10型單級離心式風機4套，單臺風機供氣量為14000 m³/h ，配電機功率為N=315kW ，風壓均為6000 mm水柱，該風機配套有進風過濾器，消音裝置等。
4.9砂濾池
　　砂濾池是污水深度處理的核心構筑物，能夠有效的過濾去除不易沉淀的顆粒和膠體物質，提高對色度、濁度以及磷、有機物、其它雜質的去除率。本工程采用微絮凝過濾工藝、即設計采用GJH800型管式靜態混合器一套，安裝在中間提升泵站壓水管道上，絮凝劑選用聚合硫酸鐵，投加量為5～10mg/l。
　　砂濾池為新建構筑物，設計最大流量為2650m³/h，（其中包括150m³/h反沖洗量），設計濾速為10m/h，單池平面尺寸為6.0×4.0m,共12個池子。濾料采用石英砂，厚度為1.2m，相對密度為2.6～2.7T/m³²,粒徑為0.5～1.2mm,不均勻系數小于1.3,采用氣水反沖洗（沖洗時間為5～8min）其中反沖洗氣量為60m³²氣/m³²·h，反沖洗水量為20～40 m³²/m2·h。
4.10回用水加氯間
　　污水經過濾后，水中可溶物，如營養鹽，碳源、氮、磷等物質尚有一定含量，因此，使用回用水時，要嚴格控制水質，殺菌滅藻抑制微生物的生長繁殖。本工程設計加氯量為10～15mg/l。日最大加氯量為600～900kg/d。加氯點設計在回用水蓄水池進水管處。加氯間設有V2020型加氯機2套（1+1）,單臺加氯量為38kg/h。加氯消毒為連續自動加氯。
4.11回用水蓄水池
　　過濾后的水直接進入回用水蓄水池。其容積按回用水量的10%計取，即V=6000m³²。設計蓄水池為一組兩格，每格平面尺寸為44m×15.9m，有效水深H=4.2m,總深度4.5m,為半地下式鋼筋混凝土結構,其中地下深3.5m,地面上1.0m。蓄水池兩格之間設置1.0m×1.0m方形連通孔，并安裝SFZ×1000型鑄鐵鑲銅閘門，以便蓄水池檢修。
4.12中負荷系統曝氣池
　　污水經初級處理后，有一部分進入中負荷系統。其設計流量為:最大平均水量Q平=6×104 m³/h；時最大水量為Qmax=3500 m³/h（其中含A 2/o系統的變化系數1.2）。設計進水水質為: 中負荷曝氣池采用常規漸減曝氣法,曝氣總容積為V總=13467 m³²,系兩組平行運行,每組設三個廊道,平面尺寸為69m×21m,廊道寬度6.5m,有效水深5m。
　　進水與回流污泥首先進入選擇池,選擇池平面尺寸為7.8m×6.7m,容積為260 m³²。為防止池中污泥沉積，在選擇池中設置引進丹麥krüger公司的TGT100-2型淹沒式攪拌機，配電機功率2.2kW，其最大混合能力為5W/m³²。每組好氧段容積為6474 m³²，采用國產橡膠盤式微孔曝氣頭，置于水面下約4.8m處，氧利用率按20%計取，每組共安裝曝氣頭2570套。
　　中負荷曝氣池設計參數為：污泥負荷F/M=0.22kgBOD5/kgmlss·d，混合液濃度為3.5g/l，污泥齡為4.5天（冬季），實際需氧量為7657kgO2/d，標準需氧量為12984 kgO2/d，所需空氣量日最大平均為288544 m³²/d，時最大需氣量為355200 m³²/d。
4.13中負荷系統終沉池
　　利用現有3座終沉池，直徑D=36m，平均深度為4.5m，現有刮吸泥機設備,出水三角堰，集渣斗等由于使用年限已久有破損，因此，要全部更換。終沉池單池最大水力負荷1166.67 m³/h，最大表面溢流率為1.15m³²/m2·h，最長停留時間約3.9h，出水三角堰最大溢流率為1.55l/S·m。
4.14中負荷系統回流，剩余污泥泵房
　　利用現有回流污泥泵房的集泥池部分，并對其進行局部改造，平面尺寸為14.7m×4m，深度為5.76m，地下式鋼筋混凝土結構。池中設置引進丹麥krüger 公司的AFP3001.390型淹沒式回流污泥泵3臺（一臺備用），單臺流量為1325m³/h，揚程H=8m，配電機功率為49.7kW。設計回流污泥量最大為100%，平均為60%，回流污泥送至中負荷曝氣池選擇池中。另外池內還設有國產100QW70-10-4型淹沒式剩余污泥泵2臺（一臺備用），單臺流量為70 m³/h，揚程為10m，配電機功率N=4kW，把剩余污泥抽送至曝氣沉砂池出水三角形配水井中。
4.15污泥處理系統
　　我廠改造工程，根據處理后出水的出路不同，采用不同的處理工藝，因而會產生不同性質的污泥，即初沉污泥，中負荷系統剩余污泥和A²/O法工藝剩余污泥，依據工藝設計，三種不同性質的污泥量分別為：
　　初沉污泥量：Q1=21600kg/d，含水率為95～97%，即Q1=432～720m³²/d；中負荷系統剩余污泥量Q2=10100kg/d，含水率為99.2%，Q2=12625 m³²/d；A²/O法工藝剩余污泥量Q3=10200 kg/d，含水率為99.2%，Q3=1275 m³²/d。
　　中丹雙方在第一次設計聯絡會上，經計算現有6座消化池無法滿足污泥處理的需要，因而將中負荷系統剩余污泥處理方法進行了調整，即中負荷系統的剩余污泥與初沉池進水混合后經初次沉淀池沉淀，產生的污泥一道打入現有初次濃縮池。這樣一并沉淀可以提高沉淀效率。計算混合污泥量為1865 m³²/d，含水率為98.3%。
4.15.1中負荷系統污泥濃縮池
　　利用現有的初次濃縮池，該池為豎流式重力濃縮池,地下式鋼筋砼結構，連續運行。直徑D=8m，池深H=8.28m,現有12座。現已更換需利用的6座現狀濃縮池中柵欄式污泥攪拌機。單池進泥量為311 m³²/d，進泥含水率為98.3%，經濃縮后總泥量約為630 m³²/d，含水率為95%，池中污泥停留時間為14.6h。污泥經濃縮后重力流入污泥預熱池。
4.15.2 A²/O系統污泥濃縮池
　　利用現有的二次污泥濃縮池，該池屬于連續式污泥濃縮池，地上式鋼筋砼結構，直徑D=15m，池深H=4.2m，A²/O系統只利用一座,更換出水堰,維修現有濃縮池攪拌機。
　　設計進泥量為1275m³²/d（10200kg/d），含水率為99.2%，經濃縮后污泥含水率為97.5%,濃縮污泥量為408 m³²/d,池中污泥停留時間13h。污泥濃縮后直接進入污泥均質池及脫水車間。
4.15.3中負荷污泥系統預熱池和消化池
　　根據污泥性質，對濃縮后的中負荷剩余污泥與初沉污泥進行中溫（32～35℃）厭氧消化。消化混合污泥量為630 m³²/d，含水率為95.0%左右。
　　改造后利用現有的三組（2×3座）消化池。其中
　　（1）Ф20 m直徑消化池2座，每座容積3450 m³²，外循環泵攪拌（現狀有沼氣攪拌，未使用）。污泥進入消化池前先進入兩座預熱池預熱，然后用污泥泵輸送到消化池，設有污泥控制室控制攪拌及投配，提升。該污泥控制室有4臺4PW型泵，（其中2臺備用），單臺流量Q=160 m³/h，揚程H=25 m ，配電機功率N=30KW。
　　（2）Ф14 m直徑消化池兩組共4座，單池容積1375 m³² 。東池兩座以外循環泵攪拌，直接在消化池內注入蒸氣加熱，西池兩座外循環泵與機械攪拌相結合（每座池3臺機械攪拌器），加熱是在預熱池中注入蒸氣加熱，然后泵入消化池。東西兩組池分別設有污泥控制室控制攪拌，投配，提升。每個控制室有4臺4PW型泵(其中兩臺備用)，單臺流量Q=100 m³/h，揚程H=11.0 m。配電機功率N=30KW。六座消化池總容積為12400 m³² ，需消化污泥總量為630 m³²/d，總的污泥消化時間20 d。
4.15.4污泥均質池及脫水車間
　　A²/O系統的剩余污泥及中負荷系統消化后污泥分別進入現有的2座均質池，該池為D=5 m鋼筋混凝土結構。
　　污泥脫水車間利用原有脫水車間，已拆除完原有轉鼓式真空過濾機及附屬設備。
　　A²/O系統剩余污泥濃縮后含水率97.5%,污泥量約為410 m³² / d，脫水機引進丹麥產KD10-2000型帶式壓濾機兩套，單臺處理能力17～25 m³/h，配電機功率為3.7kW，脫水后污泥含水率75%，日產泥餅41.0 m³² ,脫水機日工作時間14小時。污泥脫水前需投加高分子3#混凝劑，投加量為0.4%干污泥重，每日加藥量約40kg/d。設有引進丹麥產SVI型自動投藥設備一套，加藥能力為5～6kg/h，將3#混凝劑先制成0.2%濃度的水溶液，再由計量泵按比例投加至污泥泵出口。與脫水機相配套的還有引進國外偏心螺桿泵3臺（其中一臺備用），用于脫水機供泥，單臺流量為10～25 m³/h，揚程為20 m，配電機功率為4KW，CR30-6型反沖洗泵3臺（一臺備用），單臺流量為10 m³/h，揚程為60 m。配電機功率為3.7kW 。
　　消化后的污泥進入污泥二次濃縮池，經再次濃縮后含水率為92%左右，污泥量約為390 m³²/d，脫水機采用國產WDRA型帶式壓濾機2臺，帶寬2.0m，單臺處理能力15 m³/h，脫水后污泥含水率為80%左右，日產泥餅158 m³² ，脫水機日工作時間14 h。污泥脫水前需投加高分子3#混凝劑，投加量為0.4%干污泥重，每日加藥量為126kg/d。設有國產GST-J-1600型加藥裝置一套。與脫水機相配套的還有NM0531S型泵三臺，（備用一臺），GSJ-J-1600型單臺流量為15.5 m³/h，揚程40 m ，配電機3KW，150QSG10-50/7反沖洗泵3臺（一臺備用），Z-0.05/6型空氣壓縮機2臺。
　　脫水間全套設備運轉包括污泥投配，自動加藥，泥餅輸送，濾帶沖洗等均由計算機進行程序控制，以保證良好運行狀態。

5　自動控制與監測儀表

　　本次改造工程根據集中管理監視，分散處理控制的自動化設計原則進行，采用二級微機控制管理系統，即廠級微機管理系統及基層微控制系統。基層過程控制系統采用七套可編程序控制器PLC1～PLC7，其中PLC1～PLC5為丹麥krüger公司提供的西門子產S 5 -115U系列，PLC6～PLC7為國產配套西門子S 7 -300系列可編程控制器，各PLC 之間用光纜連接組成一個局域網系統，數據集中到控制室PLC1，再由PLC1將全廠所有運行數據傳送到上位機管理系統。
　　儀表檢測分為兩部分,一部分由丹麥krüger公司提供,一部分國內配套。

6　工程效益

　　西安市污水處理廠改造工程建成后，每天可提供6×10⁴m³ /d 回用水，用于西郊地區工業用水及市政雜用水，為缺水的西安市開辟了第二水源。另外6×10⁴m³ /d二級處理程度比現狀也有提高，依據本工程設計進出水水質，該項目改建成后，每年將減少向皂河排放污染物BOD5=9782噸，SS=14563.5噸，COD =18060.2噸。 由于減少進入皂河的污染物質,因此皂河水環境狀況將會大為改觀。