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摘要： 本文分析讨论了长沙市长善垸污水处理厂的改扩建工程中所遇到的种种难题及其解决方法，包括深度处理工艺设计、设计协调管理、建设施工以及后期运行维护管理等等，为大型污水处理厂的改扩建工程提供了范例，并积累了宝贵的设计及管理经验。

关键词： 大型污水处理厂;深度处理工艺;建设施工;设计协调管理;运行维护管理

中图分类号：TU  文献标识码：A  文章编号：（2020）-01-214

1.工程概况

长善垸污水处理厂改扩建工程是浏阳河污染综合治理的重大项目，纳入湖南省污水处理设施建设“十二五”规划。长善垸污水处理厂服务于长沙市城市东片长善垸片区、二污片区、新世纪片区、隆平高科片区约83平方公里城市区域的大型污水处理厂，对保护湘江水质，改善浏阳河沿线水体质量及生态环境具有重大意义。

1.1 工程历史状况

长善垸污水处理厂位于纳污区的西北角，该处位于排水管网下游，处理后的污水可就近排入浏阳河。长善垸污水厂于2004年立项，2009年投产运行，其处理规模旱季为16×104m3/d，水量变化系数1.3;雨季为32×104m3/d。

1.1.1原工艺设计

长善垸污水处理厂规模一期工程设计进水水质为：BOD5≤100mg/l、CODcr≤220mg/l、SS≤150mg/l、NH3-N≤20mg/l、TP≤3mg/l。设计出水水质为：BOD5≤20mg/l、SS≤20mg/l、CODcr≤60 mg/l、NH3-N≤8 mg/l、TN≤20 mg/l、TP≤1.5 mg/l、粪大肠菌群≤104个/L。

根据2012年长善垸污水处理厂出水污染物指标的监测数据，得出不同出现频率下的浓度值如下表所示：

1.62  从上表可以看出，经处理的污水中CODcr、BOD5浓度已能满足一级A排放标准，SS、氨氮、TN、TP浓度尚不能达到一级A标准要求。

一期工程污水采用A/A/O工艺，污泥采用离心脱水工艺，工艺流程如下：

1.1.2提标改造前存在的问题

（1）急需提高现行排放标准

根据长沙市人民政府办公厅《长沙市环境保护三年行动计划（2011年——2014年）》和长沙市环境保护局《关于加快长沙市污水处理厂提标改造进程的通知》要求：长善垸污水处理厂尾水需实施出水水质提标改造，以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。

（2）现状规模已不能满足正常处理需要

伴随着城市化进程和经济建设的发展，人口不断增加，污水量随之增大，长善垸污水处理厂现状处理能力已不能满足污水量增长的要求，为解决城市发展和建设带来的污水量增加问题，必须增加长善垸污水处理厂处理能力。

（3）宜加强除臭设施的建设

长善垸污水处理厂在建设之初，所在区域为郊区，周围均为荒地等，随着城市的快速发展，厂区所在地已经由郊区变成了城市，环境十分敏感，恶臭已经成为制约污水处理厂运营的重要因素之一，因此必须进一步加强恶臭污染控制措施，加以有效管理，改造周边居民的居住环境。

1.2 提标扩建情况

根据《长沙长善垸污水处理厂二期工程厂区设计招标文件》，结合《长沙长善垸污水处理厂二期工程可行性研究报告》及其批复，长善垸污水处理厂总规模为旱季60.0×104m3/d，雨季为95.0×104m3/d，其中二期工程总规模为旱季36.0×104m3/d，雨季70.0×104m3/d。

因此本次设计主要内容包括如下2个部分：

（1） 一期工程提标改造工程，规模16.0×104m3/d。

（2） 二期工程扩建工程，旱季规模20.0×104m3/d，雨季规模38.0×104m3/d。

根据现状一期工程实际情况，并结合长沙市其他污水处理厂进水水质，确定长善垸污水处理厂设计进水水质为pH=6-9，CODcr≤380mg/l，BOD5≤130mg/l，SS≤250mg/l，NH3-N≤26mg/l，TN≤36mg/l，TP≤5.5mg/l。

根据招标文件及可研，本工程设计出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准要求，即pH=6-9，CODcr≤50mg/l，BOD5≤10mg/l，SS≤10mg/l，NH3-N≤5（8）mg/l，TN≤15mg/l，TP≤0.5mg/l，粪大肠菌群数≤103个/L。

1.2.1 一期提标工程污水处理工艺

针对一期工程经处理的污水中CODcr，BOD5已达一级A标，而SS、氨氮、TN、TP尚未能达到一级A标准的情况，本工程拟采取如下措施：

（1） 本设计拟对原一期工程生物池脱氮池容不够、停留时间偏短的缺陷进行扩容强化。通过现状实地踏勘，并结合一期工程实际情况，拟利用原一期工程两座生物池东侧现状空地分别增加生物池。同时通过在新增生物池中设置泥水分离区，提高回流污泥浓度以减少回流污泥体积，延长污水在生物池中的实际停留时间，从而提高生物池的容积利用率，通过延长缺氧池停留时间来强化脱氮效果。

（2） 深度处理拟采用应用较为广泛的混凝沉淀过滤全流程工艺，具体为：二级出水→高效沉淀池→深床（反硝化）滤池。高效沉淀池能有效去除SS和TP，同时，因其集沉淀、浓缩于一体，该池排出的化学污泥浓度较高，有利于后续的污泥处理。而深床滤池兼具过滤和反硝化功能，可进一步去除SS、TN、TP，确保能实现处理水质的稳定达标。

1.2.2 二期扩建工程污水处理工艺

（1） 一级处理采用转鼓细格栅和曝气沉砂池，初期雨水经初沉处理后排放。

（2） 二级处理采用多模式A/A/O工艺，可根据进、出水水质情况按“分点进水倒置A/A/O”、 “改良A/A/O”、 “传统A/A/O”、“A/O（厌氧/好氧）”、 “A/O（缺氧/好氧）”等多种工艺运行。

（3） 深度处理工艺与一期工程一致，为高效沉淀池+深床（反硝化）滤池工艺，便于运行管理。

此外，针对长沙市建有污泥集中处置中心的情况，本工程污泥只需脱水至含水率不大于80%，于是采用机械浓缩+离心脱水的处理工艺;一期提标工程及二期扩建工程均采用占地省、运行费用相对较低的生物除臭工艺;二期工程的消毒工艺沿用一期工程采用的紫外消毒工艺。

2. 难点分析

2.1规模大，要求高

长善垸污水处理厂总规模为旱季60.0×104m3/d，雨季为95.0×104m3/d，其中一期提标改造为16.0×104m3/d，二期工程总规模为旱季36.0×104m3/d，雨季70.0×104m3/d。设计尾水排放标准为一级A，为目前省内运营的规模最大的污水厂。包含34×104m3/d截流污水处理系统（一级处理），36×104m3/d规模的污水一级、二级、深度处理系统，与旱季36.0×104m3/d，雨季70.0×104m3/d 规模配套的污泥处理系统，与全厂配套的除臭系统，厂区回用水系统等多系统。

如此大规模的污水处理厂的工程设计不仅要求其设计科学严谨，出水水质达标，工艺整体运行优良，而且还要充分利用已有的条件设施来合理布局，优化设计方案，尽可能减少投资运营费用。

2.2工程建设管理难度大

2.2.1不停产改造

本工程除二期扩建外，还包括一期工程16×104m3/d规模污水从一级B提标至一级A，在改造过程中，要优化工程设计和施工管理，尽量做到不停产改造或减少停产时间。

2.2.2进出水系统复杂

长善垸污水处理厂服务面积大，进厂水分别来自朝正垸污水泵站、中心泵站、人民路泵站、沙咀子泵站等的5根压力进水管。出水则包括一、二期截流污水系统出水，一、二期深度处理尾水，二期厂区雨水的排放。在规划层面，本厂进出水均来自同一个方向，且只给管线留了一个较小的管线通道，这给设计和施工带来了很大难度。

2.3后期运营维护管理难度大

对于一个大型污水处理厂，在设计建造之初就要充分考虑其后期的运行管理。要考虑各个系统相互协调，便于集中管理，保证长期出水水质的同时也要能对抗一定的冲击负荷。此外，还要考虑污水厂环境、安全、交通等等因素，在做到安全高效的同时尽可能地节省资源，降低运行维护费用。

3. 工程设计的先进性

3.1工艺设施先进，运行效果良好

3.1.1深度处理工艺稳妥可靠，且有进一步提高排放标准的可能

深度处理工艺采用高效沉淀池+深床滤池组合工艺。深床滤池兼具过滤和反硝化功能，可进一步去除SS、TN、TP，确保能实现处理水质的稳定达标，同时具备在不进行工艺改造的前提下，进一步提高排放标准的可能。

3.1.2多模式A/A/O抗冲击负荷能力强

本工程设计多模式A/A/O池，可利用闸门灵活控制进水及混合液回流位置，调整缺氧区与厌氧区池容，可实现传统A/A/O、A/O（厌氧/好氧）、A/O（缺氧/好氧） 、改良A/A/O、分点进水倒置A/A/O等多种工艺方式运行。在操作形式及管理上更为灵活，具有更强的抗水质水量冲击负荷的能力。

3.1.3设置泥水分离区

通过在生物池中设置泥水分离区，提高回流污泥浓度以减少回流污泥体积，延长污水在生物池中的实际停留时间，从而提高生物池的容积利用率，强化生物池处理效果。

3.1.4总出水井顶标高结合防洪需要设计，安全性高

2017年7月，长沙市雨花区黎托街道辖区竹沙桥泵站内一根机排管鸭嘴阀被洪水掀掉，导致浏阳河河水倒灌，自排闸钢门被冲裂，导致长沙大道以北、红旗路以西、川河路合围区域被淹。本工程尾水排水箱涵断面大，一旦发生倒灌，后果不堪设想，本设计除设置闸门外，还以总出水井池顶设计标高高于200年一遇洪水水位设计，确保尾水箱涵中所有闸门失效的情况下，仍不发生河水倒灌。

3.2工程设计充分考虑施工管理难度，切实可行，效果良好

针对进出水系统复杂的问题，本工程设计通过总图的合理布置，设置总配水井（含总出水井），将进、出水集中在一个单体中，即便于统一管理，又能满足规划层面的需要。在协调管理方面，各专业之间实现合理分工、责任明确、精准对接，并反复校核验对，克服了污水厂多系统多生产线的难题。

此外，本次设计着重考虑了不停产施工改造的可能性。在设计之初就从宏观上科学合理地规划不停产施工改造的方案。最终在经过反复的计算评估后，通过利用进水水质周期性变化减小污水处理负荷、预埋超越管线逐一进行提标改造、利用已有构筑物作为临时替代并辅以加量投药、分阶段分组实施动态管理进度、使用对周围影响小的施工方式等等措施，最终实现不停产施工改造的目标。

3.3工程设计为后期运营管理提供方便，节省费用

3.3.1前瞻型的设计，便于项目长期运营管理

（1）在复杂的进出水基础之上设置总配水井（含总出水井），将进、出水集中在一个单体中，便于集中和统一管理。

（2）污泥处理系统是污水处理厂异味最主要的源头，本设计对污泥系统全程除臭设计，将贮泥池、污泥脱水机房、污泥料仓全封闭除臭，确保了整个污泥区干净整洁无异味。

（3）将一、二期工程出水泵房合建。将原一期工程出水泵房改造为中间提升泵房后，既充分利用现状构筑物，又可以实现一、二期工程出水泵房合建，既有利于流程的合理布置，又便于出水水质的统一监测与管理。

3.3.2低碳型的设计，降低长期运行管理费用

（1）湘江长沙综合枢纽建成蓄水将会对库区内湘江及其支流的水文情况造成较大影响，蓄水后，其正常蓄水位频率高，浏阳河常水位情况会有较大程度的变化，常水位将提高至31.32m。为避免出水泵房常年运行，节约能耗，本工程将厂区工艺流程竖向布置按常水位条件下能自排进入水体布置，节约出水提升电耗，降低运行成本。

（2）出水提升泵站单独设置变压器。因一、二期工程出水提升泵站合建后，具有用电负荷高、季节性使用的特点，故设置出水提升泵站单独变压器后，在枯水季节可向供电部门报停，以节约基本电价。

（3）结合一期工程现状情况，充分利用现状空地增加生物池池容并设置泥水分离区来强化一期工程生物池处理效果，简化后续深度处理工艺，以节约工程投资和运行成本，便于运行管理。

（4）增设厂区回用水设施。本工程污泥脱水机房、生物除臭设施、厂区绿化等用水量较多，而本工程尾水水质良好，增加厂区回用水设施，以节约用水，降低运行成本。

3.3.3创新型的设计，有效解决具体运行管理问题

（1）设置厂区巡检天桥。长善垸污水处理厂一、二期总占地34.90公顷（红线面积），东西长约800米，南北宽近400米，厂区日常巡检路线长，且每个构筑物均需上池下池，较为不便，本设计结合厂区地坪和构筑物高程，在满足厂区总图运输及消防要求的前提下，设计了厂区构筑物之间的人行天桥，作为巡检通道。

（2）厂区内建筑、园林绿化、水面融为一体。综合楼建筑采用对称式布局，半围合空间形态，现代的建筑造型，让建筑大气端庄，富有张力又不缺乏实用性。厂区内的建筑群采用坡屋顶的欧式的建筑风格，屋面高低错落，细部处理精细。园林、绿化、水面映衬着建筑，建筑融入其中成为一道道独特的风景。

4. 运行效果

长善垸污水处理厂自2017年1月投产运行以来，厂区运行情况良好，COD、氨氮、BOD5、SS、TP、TN等指标全面优于一级A标，除个别指标外，基本达准四类水质指标。

5. 结语

（1）污水处理厂的设计过程中，要着眼于未来，充分考察周边的水文地理环境，对影响生产生活的因素采取相应措施，提高污水厂的安全可靠性。同时还要为项目的长期运行管理提供方便、节省费用，使整体的设计具备前瞻性、低碳性和创新性。

（2）对于大型污水处理厂的设计过程中，除了运用常规工艺结合深度处理保证处理能力和抗冲击性以外，在设计过程中更要结合具体情况考虑实际实施和管理的难度，使得工程设计符合实际，切实可行。

（3）在大型污水处理厂工程设计过程中，要注意其多系统多生产线的特点。要求各专业之间加强沟通和协调管理，注意各标段和相关标段之间的划分界面，实现精准对接，以减少纰漏，提高效率。