一、同安污水廠概況
同安污水廠現狀規模為10萬m3/d，包括一期、二期和三期工程。其中，一期工程規模為5.0萬m3/d，于2003年投產運行；二期擴建時，服務范圍內工業廢水逐漸增多，將一期工程5萬m3/d調整為承擔4萬m3/d處理任務，二期工程承擔6萬m3/d處理任務，一期和二期工程總規模達到10萬m3/d，二期工程于2009年投產；三期工程是規模為10萬m3/d的提標改造工程，也于2018年年初完成并投入運行。污水廠現狀處理工藝為：細格柵+曝氣沉砂池+多點進水AAO生化池+幅流式二沉池+中間提升泵房+混凝沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池。現狀出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準。
二、工藝方案
2.1 設計進出水水質
污水廠進水CODCr、BOD5、TP、TN等均較高，近4年95%覆蓋率CODCr達到814.4mg/L，平均值達到375.1mg/L；95%覆蓋率TP達到19.43mg/L，平均值達到9.6mg/L；95%覆蓋率TN達到52.16mg/L，平均值達到33.0mg/L；各項污染物進水濃度高，處理難度大。
近年來，隨著環保執法力度的逐漸加大，以及對工業企業違法偷排查處力度加強，污水廠的進水水質基本處于相對穩定狀態，因此，污水廠設計進水水質取值如表1所示。
根據環境保護局的批復意見，同安污水廠出水水質要求執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB189180—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準，與《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T18920—2002)中城市雜用水水質標準相比，僅糞大腸菌群指標不滿足要求，雜用水要求小于3個/L，出水執行表2標準。
2.2 工程設計水量
根據總用水量預測及污水量測算，同安污水廠近期規模為20萬m3/d，遠期總規模為25萬m3/d。現狀規模為10萬m3/d，本次擴建規模為10萬m3/d。
2.3 工藝流程的確定
同安污水廠的尾水標準與國內大部分廠站相比，已是高標準要求。針對現狀同安污水廠進水混入工業廢水和尾水要求回用的特點，擴建工程采用強化常規處理工藝，并增設深度處理工藝，使出廠水水質始終滿足或優于尾水執行標準的要求。
2.3.1 常規處理工藝
同安污水廠現狀處理工藝前端未設置初沉池，因此，面對高濃度進水及重金屬突擊時，對生化池及后續處理構筑物的處理效果沖擊較大，結合同安污水廠現存問題，吸取現狀污水廠的經驗教訓，擴建部分采用的強化常規處理工藝如下。
(1)增設初沉池，通過一級高效沉淀池的初沉，在去除SS的同時，去除約20%的有機污染物，有效降低了后續生物處理的負荷，更有利于生物處理的效果。在面對重金屬等污染物質的沖擊時，通過SS的沉淀去除，也可以同步降低一部分重金屬的濃度，減輕對后續生物處理的不利影響。
(2)重視內碳源的分配，在生物處理工藝上，設計比現狀生物處理更長的好氧停留時間，確保氨氮的徹底硝化;另外，選擇三點進水AAO，對生化池分多點進水，營造不同的缺氧、好氧環境，充分利用內碳源進行反硝化，可大幅度降低外碳源的用量，降低運行費用。
2.3.2 深度處理工藝
為了進一步去除污水中較易沉積的懸浮物及BOD5、TP，深度處理設置二級高效沉淀池，考慮到污水廠進水TN偏高，同時，為更好地同現狀深度處理工藝進行銜接，保持工藝的一致性和管理的便利性，深度處理階段采用反硝化濾池，確保出水TN達標。為了確保尾水的順利排放，在現有的中間提升泵房內增設設備，對擴建工程的污水進行中途提升。
2.3.3 污泥處理工藝
現有污泥處理區位于廠區西北側，原污泥處理區按照規模10.0萬m3/d建設，污泥濃縮池和污泥脫水車間空間均不足，沒有改造空間，且污泥處理區距離現有居民安置房較近，屢次遭到投訴。因此，本次對廠區污泥處理區進行整體遷建，在廠區東南側重建全廠污泥處理區，規模滿足全廠遠期25萬m3/d污水產生的剩余污泥處理能力，脫水后污泥外運焚燒處理。
該套污泥系統的工藝流程如圖1所示。
同安污水廠現有污泥處理工藝為“重力濃縮+離心脫水”工藝，運行較為正常，能滿足現狀污水處理廠的運行需求。本次擴建為最大程度地利用現有設備，仍保持該工藝流程不變，在廠區東南側新建全廠的污泥處理中心、污泥濃縮池、污泥脫水車間、脫水設備。建設完成后，將現有污泥脫水車間內的設備搬遷至新的污泥脫水車間內，處理后的泥餅運輸至騰龍樹脂焚燒處置。
2.3.4 擴建、改造工程工藝流程
通過分析比選并結合同安污水廠現狀處理工藝，確定擴建工程的工藝流程如圖2所示。
三、工藝設計
3.1 污水處理系統
3.1.1 新建粗格柵及提升泵房
現有粗格柵及進水泵房按照旱季規模10.0萬m3/d建設，泵房內6個泵位已全部安裝到位，現有泵房及出水管道均無法滿足擴容到25.0萬m3/d，因此，本次擴建需新建一座粗格柵及進水泵房，土建規模按照15.0萬m3/d，設備安裝規模按照10.0萬m3/d。格柵間包括格柵除污機及檢修閘門，共設置格柵機3套，渠道寬度為1.30m，柵條間隙為20mm，安裝傾角為70°。泵房內設潛污泵4臺，3用1備，單泵參數：Q=1806m3/h，H=13m，P=110kW。泵房內配套起吊設備和閘門等。
3.1.2 新建細格柵及曝氣沉砂池
新建細格柵及曝氣沉砂池一座，土建規模為15.0萬m3/d。
細格柵間共分為3個廊道，近期安裝，其中2個廊道里的循環齒耙清污機，渠道寬度為2.30m，柵條間隙為5mm，安裝傾角為60°，在格柵后設置1臺無軸螺旋輸送機及壓榨機，將柵渣輸送至渣斗和渣車，脫水后的柵渣含水率應小于60%。格柵前后各設置1臺手電兩用渠道插板閘門，尺寸為1.4m×1.70m，作為格柵檢修時切斷水流使用。
建設曝氣沉砂池一座，內分為兩個廊道，尺寸為28.9m×12.90m，有效水深為3.20m，峰值流量停留時間為5.45min。
曝氣沉砂池內設置移動橋式吸砂機，跨度為12.2m，配置2臺除砂泵，單泵流量為42m3/h，H=7.0m，將砂斗內沉積砂粒提升后，輸送至砂水分離器，經過砂水分離后，外運處置，空氣干管設置在沉砂池中部，采用羅茨風機供氣。經收集后的浮渣由撇渣管收集外排。
3.1.3 新建一級高效沉淀池(初沉池)
新建一級高效沉淀池一座，作為全廠的初沉池，可降低后續生化處理構筑物的負荷，減小生化處理構筑物容積，減少投資。土建規模按照遠期規劃規模25.0萬m3/d建設，共分為5格，其中兩格接現狀生化池，兩格接本次新建的AAO生化池，預留一格為遠期再擴建的生化池使用。本次新建高效沉淀池土建尺寸為98.50m×26.05m×5.90m，混合區停留時間為4.56min;絮凝區停留時間為9.42min，沉淀區最大表面負荷為18.36m3/(m2•h)，平均表面負荷為14.12m3/(m2•h)。
3.1.4 新建多點進水AAO生化池
本次新建的生化池采用多點進水AAO生化池，土建規模為10.0萬m3/d，共設置2座，每座分為2格，每格規模為2.5萬m3/d。
單格設計流量為0.29m3/s，系統平均MLSS取3.5g/L，污泥齡取24d，設計溫度為15~30℃，污泥負荷為0.085kgBOD5/(kgMLSS•d)，容積負荷為0.298kgBOD5/(m3•d)，水力停留時間為19.28h。其中，厭氧區停留時間為2.21h，缺氧區停留時間為6.17h，好氧區停留時間為10.9h。設計平均需氧量為2109.24kg/h;污泥回流比為50%~100%;混合液回流比為100%~200%。
每座多點進水AAO生化池尺寸為124.8m×52.3m×9.20m，進水70%分配在水池前端，20%分配在缺氧區中部，10%分配在好氧區。
3.1.5 新建平流沉淀二沉池
為更好地與生化池組合，節省占地，二沉池采用矩形平流式二沉池，與生化池對應，土建規模為10.0萬m3/d，共2座，單座對應規模為5.0萬m3/d。
二沉池平均時表面負荷為0.78m3/(m2•h)，最大時表面負荷為1.01m3/(m2•h)，固體負荷為51.49kg/(m2•d)，最大時沉淀時間為3.03h，平均時停留時間為4h，單座平面尺寸為68.15m×52.30m，有效水深為3m。二沉池采用中心傳動刮吸泥機進行排泥。
3.1.6 現狀中間提升泵房改造
現狀中間提升泵房土建已按25萬m3/d規模一次建成，采用半地下式結構，尺寸為29.5m×10.0m×8.6m。本次擴建按10萬m3/d規模新增水泵及相應電氣設備，增設3臺大泵，2用1備，單臺參數Q=2700m3/h，H=8.0m，N=90kW。
3.1.7 新建高效沉淀池
新建高效沉淀池1座，分3格，每格規模為5萬m3/d，總平面尺寸為44.6m×27.2m×7.7m，近期安裝其中兩個格內的設備，一格為遠期預留。
單格池子處理流量為2083m3/h，混合池停留時間為1.28min，絮凝反應池停留時間為3.95min，;沉淀池斜管面積為162m2，斜管區平均表面負荷為12.87m3/(m2•h)，最大表面負荷為16.73m3/(m2•h)。
3.1.8 新建反硝化深床濾池
建設反硝化深床濾池1座，分為12格，土建總規模為15萬m3/d，設備安裝規模為10.0萬m3/d，余4格遠期安裝設備。
濾池總過濾面積為1317.6m2，有效濾料總體積為2411.2m3，硝態氮容積負荷為0.4kgNO-3-N/(m3•d)。濾料厚1830mm(不含承托層)，濾料規格為1.7~3.35mm石英砂。單池濾料體積為200.9m3，平均時正常濾速為4.74m/h，平均時強制濾速為5.17m/h，最大時正常濾速為6.16m/h，最大時強制濾速為6.72m/h。水反沖洗強度為15m3/(m2•h)，氣反沖洗強度為90m3/(m2•h)，水頭損失≤2.44m。采用恒液位控制模式，反沖洗周期為為24~48h，反沖洗水量≤3%。
3.1.9 新建接觸消毒池
尾水采用電解法現場制備次氯酸鈉投加，接觸消毒池保證消毒劑和尾水的混合以及接觸時間≥30min。擴建工程新建接觸消毒池1座，平面尺寸為30.6m×30.4m，有效容積為4200m3，滿足遠期15.0萬m3/d規模消毒需要。由于用地緊張，接觸消毒池與綜合處理車間采用疊放方式建設，地下室建設為接觸消毒池，上部建設加藥間、管理用房等設施，如圖3所示。
3.1.10 新建外加碳源車間
新建的外加碳源車間疊放在新建接觸消毒池的上方。本次擴建工程濾池設計具備去除10mg/LNO-3-N的能力，按平均去除5mg/LNO-3-N計算運行費用，采用無水乙酸鈉固體粉末作為碳源，有效成分含量為98%，粉末乙酸鈉固體采用槽罐車散裝，通過連接料倉進料口快速接頭輸送到倉內儲存。系統按照遠期規模設計，投加系統按照近期規模安裝，系統包括：儲存系統、除塵系統、干粉定量投加系統、自動干粉溶液制備系統、乙酸鈉溶液定量投加系統、PLC控制系統。
3.1.11 新建投藥系統
在初沉池和深度處理高效沉淀池內擬投加PAFC作為絮凝和除磷藥劑，助凝藥劑采用PAM。
初沉池中投加化學藥劑，主要作用是絮凝，強化初沉池SS的去除效果，因此PAFC藥劑(10%溶液)投加量按照50mg/L設計，PAM投加量按照0.5mg/L設計。深度處理高效沉淀池內，PAFC(10%溶液)投加量按照100mg/L設計，PAM投加量按照1.0mg/L設計。PAFC投加點位于高效沉淀池混合區，PAM投加點位于高效沉淀池絮凝區。
3.2 污泥處理系統
重建全廠污泥處理區，規模滿足全廠遠期25萬m3/d污水產生的剩余污泥處理能力，設備按照近期進行安裝。按遠期25萬m3/d污水規模計算：剩余污泥干重為37.5t/d，含水率為99.2%;化學污泥干重為4.41t/d，含水率為99.2%。
3.2.1 新建濃縮池
新建濃縮池設計規模為25萬m3/d，采用圓形鋼筋砼濃縮池Φ=18m、H=5.0m，4座，頂部輕質材料加蓋。
工程需濃縮污泥總干重為41.91t/d，需濃縮污泥體積約5238.75m3/d，污泥停留時間為23.3h，濃縮前進泥含水率取99.2%，濃縮后污泥量為1397m3/d，含水率為97.0%。
3.2.2 新建儲泥池
儲泥池接納濃縮池濃縮后的污泥和初沉池排放而來的污泥，污泥含水率為97%，儲泥池內設置攪拌機，保證污泥濃度均勻，保障離心脫水機的正常運轉，為脫水機運行供應充足的均質污泥。
儲泥池儲存時間按照2.0h確定，所需總容積為163.4m3。儲泥池分為2格，平面尺寸為9.0m×3.0m，有效深度為3.0m，每格池內設置3臺污泥攪拌機，保證污泥均質。
3.2.3 新建污泥脫水車間
新建的污泥脫水車間土建按照遠期總規模25.0萬m3/d建設，采用離心脫水機脫水，機房主要由投藥系統、反沖洗水系統以及濃縮脫水系統構成。其中，反沖洗水來自廠區回用中水，由加壓泵送至。
四、運行效果分析
同安污水廠現狀運行工藝為：細格柵+曝氣沉砂池+AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+二級高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池。2018年以來，污水廠進水水質波動劇烈，進水濃度居高不下，較前幾年，進水濃度顯著偏高，在此惡劣條件下，污水廠絕大部分時間運行較為穩定；出水BOD5一直維持在9.3mg/L以下，CODCr一直維持在38mg/L以下，SS一直維持在9mg/L以下，TP一直維持在0.1mg/L以下，色度一直維持在4以下，TN和NH3-N僅在工業企業偷排的情況下存在排放超標的情況，正常情況下TN維持在9mg/L以下，NH3-N維持在1.3mg/L以下，達到廈門制定的類地表水Ⅳ類標準。
本次擴建工程的主體流程與現狀工藝基本一致，但針對這兩年運行中存在水質沖擊大、投藥量大等問題做了技術改進：增加了一級高效沉淀池(初沉池)和AAO池多點進水措施。因此，本次擴建工程完成后，出水穩定性應優于現狀。
五、技術經濟指標
同安污水廠擴建及現狀改造工程，工程建設項目總投資為59335.81萬元，其中工程靜態投資為58062.14萬元;建設期貸款利息為980.0萬元，鋪地流動資金為293.67萬元。污水廠單位水量總成本為2.05元/m3(融資前)、2.21元/m3(融資后);污水廠單位水量經營成本為1.29元/m3(融資前)、1.29元/m3(融資后)。
六、結論
同安污水廠擴建及現狀改造工程建成后，污水廠總規模達到20萬m3/d，采用了細格柵+曝氣沉砂池+一級高效沉淀池+多點進水AAO池+平流沉淀池+中間提升泵房+高效沉淀池+反硝化深床濾池+接觸消毒池主體處理工藝，實現了對高濃度污水的有效處理，出水水質指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準，其中BOD5、NH3-N、TN指標執行地表水Ⅳ類標準。工程建成投產后取得了較顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。( >
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