四平污水处理厂升级改造初步设计方案.doc

四平市城市污水解决厂
升级改造工程

初步设计

城市建设研究院

三月

四平市城市污水解决厂升级改造工程
初步设计说明书

院 长：徐文龙（专家级高级工程师）
院总工程师：徐海云（专家级高级工程师）
市政所所长：周希安（专家级高级工程师）
项目负责人：周希安（专家级高级工程师）

专业负责人：郭家慧 门月仙 孔 茜
谷为民 郑剑云 郭 霞
设 计 人：秦铁峰 李旭东 杨 森
钱 琦 杨 泉 杜忠达
罗 颉 刘晓光

证书编号：市政行业甲级A
工咨甲

城市建设研究院
2023年3月

目 录
前 言 1
第一章 概 述 2
1.1 项目概述 2
1.2 项目编制 4
第二章 项目建设必要性 错误！未定义书签。
2.1 城市概况及自然条件 3
2.2 污水解决现状 6
2.3 现有城市污水解决厂情况 6
2.4 项目实行的必要性 错误！未定义书签。
第三章 污水解决厂现状 8
3.1现状工艺流程 8
3.2现状进出水水质 8
3.2重要工艺现状参数 11
3.3现状运营情况 12
第四章 污水解决厂升级改造方案论证 13
4.1升级改造工程规模拟定 13
4.2升级改造工程进出水水质 13
4.3升级改造工艺方案 13
4.4工艺流程拟定 17
第五章 工程设计 18
5.1 工艺设计 18
5.2 总图设计 24
5.3建筑设计 26
5.4 结构设计 26
5.5 电气设计 33
5.6 自控、仪表设计 35
5.7暖通设计 33
5.8建构筑物及设备一览表 65
第六章 环境保护、劳动卫生及节能设计 48
6.1 环境保护 48
6.2 劳动保护和卫生防护 50
6.3 节能设计 53
第七章 项目实行计划与招投标 错误！未定义书签。
7.1工程实行进度计划 错误！未定义书签。
7.2工程招投标 错误！未定义书签。
第八章 工程投资估算 错误！未定义书签。
8.1 投资估算依据 错误！未定义书签。
8.2 工程投资估算 错误！未定义书签。
8.3工程资金筹措 错误！未定义书签。
第九章 成本分析与经济评价 错误！未定义书签。
9.1 运营成本分析 错误！未定义书签。
9.2 财务分析 错误！未定义书签。
财务分析附表 错误！未定义书签。
附图与附表 73

前 言
四平市是吉林省重要的食品、机械、轻纺等工业基地，是以城乡内外贸易为依托，工贸并举的中心城市。北临吉林省长春市、南与辽宁省接壤，距沈阳市200km。共管辖两区两市两县，即铁东区、铁西区、公主岭市、双辽市、梨树县、伊通县。
城市建设研究院受四平三达净水有限公司及相关政府部门的委托，编制四平市城市污水解决厂升级改造工程初步设计，通过组织设计人员进行现场踏勘、现状调查、收集资料，并就有关问题与相关部门共同磋商，反复酝酿，完毕编制了本项目初步设计。
四平市污水解决厂工程设计完毕于2023年，远期设计规模18万吨/日，一期工程建设规模9万吨/日，工程用地按远期规模占地一次性征用。
四平市污水厂一期工程于2023年5月投产运营。根据当时的环保政策规定，四平市污水厂二级生物解决的出水水质相称于《城乡污水解决厂污染物排放标准》（GB18918-2023）的二级标准。随着我国污水排放标准的提高，吉林省环境保护局、吉林省建设厅都规定四平市污水厂的二级解决标准进行提标改造，出水标准达成《城乡污水解决厂污染物排放标准》（GB18918-2023）中的一级A标准规定。
在初步设计编制过程中，得到了四平市政府等相关各级政府部门领导和专家的大力支持，在此深表谢意。

第一章 概 述
1.1 项目概述
1.1.1项目名称
项目名称：四平市城市污水解决厂升级改造工程
1.1.2建设单位
建设单位：四平市污水解决厂
1.1.3项目建设地点
四平市城市污水厂一期工程闲置用地。
1.1.4工程建设规模
升级改造工程规模：9.0万m³/d
1.1.5污水解决工艺

改造
部分

改造
部分
回流污泥
粗格栅
提高泵房
细格栅及旋流沉砂池
进水
污泥泵井
污泥贮池
二沉池
提高
污泥脱水机房

剩余污泥
鼓风机
栅渣外运
加氯
混合液回流
出水
泥饼外运
接触消毒池
厌氧反映池（原初沉池改造）
缺氧反映池（新建）
好氧反映池（增设停留时间6h）
深度解决间（新建）

1.1.6工程建设内容
本工程为四平市城市污水解决厂升级改造工程，建设规模9.0万m³/d，改造后的出水水质达成《城乡污水解决厂污染物排放标准》〔GB18918－2023〕中的一级A标准。
重要工程建设内容为：将现有初沉池改造为厌氧池、在现有厌氧－好氧池（已改造为全段好氧）前端增设缺氧池、增设一座好氧池、增设深度解决间及相应配套改造。
1.1.7工程投资
1.工程总投资7625.93万元
2.工程直接费用6115.92万元
3.折合吨水直接投资680元/米3
本项目的工程资金筹措计划由国债资金与公司自筹两部分组成。
拟申请国债或专项资金3050万元，占总投资的40%；
公司自筹资金4575.93万元，占总投资的60%。
1.2 城市概况及自然条件
1.2.1地理交通
四平市位于吉林省南部，北纬43°11’，东经124°20'。北临吉林省长春市、南与辽宁省接壤，距沈阳市200km。共管辖两区两市两县，即铁东区、铁西区、公主岭市、双辽市、梨树县、伊通县。
1.2.2地形地貌
四平市地处东北松辽平原，地形由东南向西北逐渐倾斜，起伏不大，城市地面绝对标高为150～200m之间。大地构造比较简朴，有朱罗纪、白垩纪的沙岩、页岩和第四纪覆盖层的亚粘土淤泥质土、沙土和大块碎石土。
1.2.3水文地质
四平市地下水属潜层水，含水层为砂层，地层由上至下依次为耕土(厚为0.5～1.0m)、粘土、亚粘土和砂土。地耐力在14～20t/㎡左右。
四平市区有两条河，俗称南河、北河。南河、北河在市区西北汇为条子河，北河为条子河干流，汇水面积177.8km²，流经市区的河道长11.8km，流量42.28m³／s，河道行洪宽85m。南河为条子河支流，汇水面积89.1km²，流经市区的河道长18.34km，流量28.95 m³/s，河道行洪宽70m。
1.2.4地震烈度
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2023 2023版）中的划分，四平市城市污水解决工程抗震设防烈度为6度。
1.2.5气候特性
四平市属于温带大陆性季风气候，处在半湿润半干旱过渡区，年平均温度6℃，最高气温为36.6℃，最低气温为-34.6℃，冰冻时间约为6个月(10月中旬～次年5月初)。土壤冻结深度1.48m。年平均降水量656.8mm，日最大降雨量达154.1mm，年平均蒸发量1347.5mm，相对湿度66％，最大积雪厚度190mm，年平均日照2771.2h。
四平市全年主导风向为西南风，冬季多为西北风，平均风速3.3rn／s，最大风速34.5m/s，最大风向频率16％。
1.3 设计依据
1.3.1编制原则
根据我国排水规范及相关法规的规定，本工程遵循如下设计原则：
1、在城市总体规划的指导下，与整个城市发展规划同步进行。
2、升级改造工程厂址运用已建污水厂工程的闲置场地。
3、选择可靠实用、技术先进、投资省、运营费用低、管理方便、运营灵活的污水解决工艺，为污水解决厂的建设和运营发明良好条件。
4、采用先进、可靠的自动化控制技术，提高污水厂的管理水平，保证污水解决工艺运营在最佳状态，尽也许减轻工人的劳动强度。
5、设备选型做到合理、可靠、先进、高效节能。
6、通过本工程的建设达成保护和改善本区域内水环境的目的，充足发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。
1.3.2编制范围
本工程设计范围为污水解决厂红线范围内建（构）筑物的建筑、结构、工艺、给排水、电气自控、通风及消防等专业设计。
1.3.3编制依据及基础资料
1、《四平市城市总体规划》
2、《四平市总体规划图》（比例1:10000）
3、《四平市城市污水解决厂升级改造工程可行性研究报告》批复
1.2.4设计规范及设计标准
1、《市政公用工程设计文献编制深度规定》（建设部，2023.03）
2、《室外排水设计规范》（GB50014-2023）
3、《室外给水设计规范》（GB50013-2023）
4、《城乡污水解决厂污染物排放标准》（GB18918－2023）
5、《地表水环境质量标准》（GB3838-2023）
6、《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2023）
7、《城乡污水解决厂污水污泥泥质》（CJ247-2023）
8、《城市污水解决工程项目建设标准》（建标(2023)77号）
9、《城乡污水解决厂附属建筑和附属设备设计标准》（JJ31-89）
10、《城市污水解决及污染防治技术政策》（建成[2023]124号文）
11、《工程建筑标准强制性条文》（建标[2023]202号）
12、《建筑给水排水设计规范》（GB50015－2023）（2023年版）
13、《工业公司总平面设计规范》（GB50187-2023）
14、《恶臭污染物排放标准》（GB14554－93）
15、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2023）
16、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069－2023）
17、《建筑结构荷载设计规范》（GB50009-2023）
18、《混凝土结构设计规范》（GBJ50010－2023）
19、《砌体结构设计规范》（GB50003-2023）
20、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2023）
21、《建筑设计防火规范》（GB50016－2023）
22、《构筑物抗震设计规范》（GBJ50191－2023）
23、《地下工程防水技术规范》（GB50108－2023）
24、《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140－2023）
25、《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规范》（CECS138:2023）
26、《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规范》（CECS117:2023）
27、《办公建筑设计规范》（JGJ67-2023）
28、《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046－2023）
29、《公共建筑节能设计规范》（GB50189-2023）
30、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16－2023）
31、《供配电系统设计规范》（GB50052-2023）
32、《低压配电设计规范》（GB50054-2023）
33、《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）（2023年版）
34、《10kV及以下变电所设计规范》（GB50053－94）
35、《建筑照明设计标准》（GB50034－2023）
36、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019－2023）
37、《工业公司厂界噪声控制标准》（GB12348-2023）
38、《工业公司噪声控制设计规范》（GBJ87-85）
1.4 污水解决现状
1.4.1城市排水现状
四平市区有两条河，俗称南河、北河。南河、北河在市区西北汇为条子河，最终汇入辽河，辽河是我国七大江河之一，对我省经济和社会发展有着十分重要关系。
辽河流域每年接纳近20亿吨工业和生活废水，60％的监测断面超过V类水质标准，各城市段所有超过V类水质标准，水体已丧失使用功能，辽河流域COD平均浓度、综合污染指数居全国七大流域之首。辽河流域水质污染不仅使河流水生生态遭到彻底破坏，同时还加剧了水资源的缺少。各类废水还通过进入水库、向地下水补水、污水灌溉等方式，扩大了污染的范围、加剧了污染的限度，严重影响了人民生活和经济的可连续发展。流域水质污染已导致严重的社会、经济和环境问题，成为全面建设小康社会的制约性因素。
省委、省政府十分重视辽河流域水污染防治工作，采用许多积极的措施保证《计划与规划》提出的目的如期完毕。一是坚持依法治河。二是制定政策筹集资金，加速治理步伐。三是集中力量抓了重点污染治理项目和公司达标排放工作。四是抓住辽河流域水污染防治的关键环节，加速城市污水解决厂建设。五是把辽河流域水污染防治工作纳入建设规划之中。所认为了响应党中央国务院的关于辽河流域水污染防治的号召，四平市政府于2023年完毕了四平市污水解决厂的建设，并于2023年正式运营，同时积极采用措施，推动污水资源化进程。
1.4.2 城市污水解决现状
四平市城市污水解决工程的施工图设计完毕于2023年，设计规模18.0万吨/日，工程分期实行。一期工程9.0万吨/日，二期工程9.0万吨/日。一期工程污水解决主体工艺采用厌氧-好氧(已改为全段好氧)工艺，经二次沉淀及接触池液氯消毒后排放。按照当时的环保政策规定，四平市污水解决厂出水水质标准相称于《城乡污水解决厂污染物排放标准》(GBl8918-2023)的二级标准。
根据四平市城市污水解决工程相关设计文献，四平市污水解决厂一期工程的设计出水水质如下：
四平市污水解决厂一期工程出水水质指标
项目
COD
BOD5
SS
NH3-N
TP
指标（mg/l）
100
30
30
25
3
随着《城乡污水解决厂污染物排放标准》(GBl8918-2023)的实行，现状污水解决厂出水水质无法达成国家要，对周边水体已导致污染。
所以，吉林省环境保护局、吉林省建设厅都规定四平市污水解决厂一期工程排放水的质量标准从GBl8918-2023的二级标准升级为一级标准的A标准。
项目
CODcr
BOD5
TP
NH3-N
SS
指标（mg/l）
50
10
0.5
5（8）
10

第二章 污水解决厂现状
2.1现状工艺流程
四平市污水解决厂一期工程解决规模为9万吨/日，现状工艺为：预解决工艺采用粗细格栅+初沉池，生化段采用厌氧-好氧(已改为全段好氧)工艺+二沉池，消毒工艺为二氧化氯消毒。
四平市污水解决厂一期工程工艺流程图见下：
回流污泥
粗格栅
提高泵房
细格栅及旋流沉砂池
初沉池
进水
污泥泵井
污泥贮池
二沉池
污泥脱水机房

剩余污泥
厌氧好氧反映池
鼓风机
栅渣外运
加氯
出水
泥饼外运
接触消毒池

四平市污水解决厂一期工程流程图

2.2现状进出水水质
根据四平市污水解决厂一期工程运营期间的《四平市污水解决厂进出水水质周报表》，现状工艺流程满足《城乡污水解决厂污染物排放标准》(GBl8918-2023)的二级排放标准。
四平市污水解决厂监测近期部分水质数据详见下表：

现状进出水水质表
四平市污水解决厂化验室周报表
项目
星期
一
二
三
四
五
六
日
平均值
日期
9月24日
9月25日
9月26日
9月27日
9月28日
9月29日
9月30日
PH
进水
6
6.5
6.5
6.5
6
6
6.7
6.3
出水
6.5
6.7
6.7
7
6.5
7
7.5
6.8
COD
mg/L
进水
387
320
352
414
396
324
398
370.1
出水
70
54
76
84
72
76
68
71.4
BOD
mg/L
进水
149
131
132
152
142
125
142
139.0
出水
28
23
23
29
28
20
28
25.6
SS
mg/L
进水
162
158
195
144
178
201
168
172.3
出水
19
23
21
25
20
18
23
21.3
NH4+-N
mg/L
进水
27
29
28
30
26
24
27
27.3
出水
26
27
28
29
24
25
26
26.4
总磷
mg/L
进水
3.6
3.5
3.7
4.1
4.3
/
/
3.8
出水
2.5
/
2.5
/
2.9
/
/
2.6
DO
mg/L
池1
/
/
1.8
/
/
/
/
1.8
池2
/
/
1.6
/
/
/
/
1.6
SV%
池1
23
26
20
23
18
19
17
20.9
池2
24
27
21
24
20
18
19
21.9
SVI
ml/g
池1
72
72
77
74
72
83
68
74.0
池2
69
71
72
71
74
69
68
70.6
MLSS
g/l
池1
3.2
3.6
2.6
3.1
2.5
2.3
2.5
2.8
池2
3.5
3.8
2.9
3.4
2.7
2.6
2.8
3.1
回流
6.8
6.1
5.2
5.8
5.7
5.1
6
5.8
浓缩后污泥含固率%　
4.5
4.8
4.5
4.9
5.1
5.5
/
4.9
脱水后污泥含固率%　
22
25
21
27
28
23
/
24.3

四平市污水解决厂化验室周报表
项目
星期
一
二
三
四
五
六
日
平均值
日期
10月8日
10月9日
10月10日
10月11日
10月12日
10月13日
10月14日
PH
进水
6.5
6
6.5
6
6.5
6.5
6
6.3
出水
6.7
6.5
6.5
6.7
7.3
6.5
7.5
6.8
COD
mg/L
进水
214
339
348
370
308
340
371
327.1
出水
72
70
88
78
68
80
75
75.9
BOD
mg/L
进水
101
145
148
149
134
142
148
138.1
出水
23
21
27
28
26
22
25
24.6
SS
mg/L
进水
129
158
192
182
179
208
186
176.3
出水
21
19
23
24
22
27
20
22.3
NH4+-N
mg/L
进水
18
26
26
28
24
25
27
24.9
出水
17
24
24
27
22
24
25
23.3
总磷
mg/L
进水
3.6
4
3.5
4.1
4.3
/
/
3.9
出水
/
2.8
/
2.8
/
/
/
2.8
DO
mg/L
池1
/
1.5
/
/
/
/
/
1.5
池2
/
1.7
/
/
/
/
/
1.7
SV%
池1
18
16
15
17
20
19
20
17.9
池2
17
18
17
19
22
23
24
20.0
SVI
ml/g
池1
60
57
56
61
65
63
71
61.9
池2
59
58
63
61
69
66
69
63.6
MLSS
g/l
池1
3
2.8
2.7
3.1
3.2
3.5
3.5
3.1
池2
2.9
3.1
2.7
3.1
3.2
3.5
3.5
3.1
回流
5.8
6.1
5.9
5.8
6.3
5.7
6
5.9
浓缩后污泥含固率%
4.8
5.3
5.6
4.7
5.4
/
/
4.3
脱水后污泥含固率%
25
21
24
22
29
/
/
20.2

现状污水解决厂不监测TN指标，为了本次初设数据的准确性，四平市污水解决厂补充监测TN指标。（详见下表）
四平市污水解决厂化验室周报表
项目
星期
一
二
三
四
五
六
日
平均值
日期
11月5日
11月6日
11月7日
11月8日
11月9日
11月10日
11月11日
PH
进水
7.0
6.5
6
7
6
7
6.5
6.6
出水
6.5
7
6
6
6
6
6
6.2
COD
mg/L
进水
336
246
381
233
327
251
331
300.7
出水
49
31
85
76
82
89
89
71.6
BOD
mg/L
进水
147
145
148
149
134
142
148
144.7
出水
23
21
27
28
26
22
25
24.6
SS
mg/L
进水
212
204
157
213
153
181
213
190.4
出水
25
23
26
25
23
22
24
24.0
NH4+-N
mg/L
进水
27
20.6
27
21
25
/
/
24.1
出水
26
21
27
20
23
/
/
23.4
总磷
mg/L
进水
2.9
3.6
/
/
/
/
/
3.3
出水
0.9
1.1
/
/
/
/
/
1.0
总氮
mg/L
进水
35
33
38
37
37
/
/
36.0
出水
/
/
/
/
/
/
/
0.0
2.3重要工艺现状参数
根据四平市污水解决厂一期工程的设计文献及实际建设情况，现状各重要建构筑物及设备参数见下表：
现状重要建构筑物及设备参数表
序号\项目
建构筑物名称
重要设计参数
重要设备参数
备注
1
粗格栅及提高泵站
解决能力9万吨/日
提高泵流量：Q=1653m³/h 扬程H：17m 电机功率N：102Kw
共4台（三用一备）
2
细格栅及旋流沉砂池
解决能力9万吨/日
旋流沉砂池设计流量：1.37m³/s 直径：3.2m 表面负荷154m³/㎡×h，停留时间：39.8s
共四座
3
初沉池
解决能力9万吨/日 直径：28m 表面负荷1.5m³/㎡×h
初沉池污泥泵流量：104.3m³/h 扬程：10.6m 功率：7.5Kw
共二台 （一用一备）
4
厌氧-好氧池
解决能力9万吨/日 设计流量：1.02m³/s 停留时间9h 污泥负荷0.24 容积负荷0.45 MLSS浓度为2500mg/l

现已改造为全段好氧池 共四座
5
二沉池及污泥泵井
解决能力9万吨/日 中心进水周边出水 直径40m 池边水深3.4m 表面负荷0.98m³/㎡×h
污泥回流泵流量：760m³/h 扬程：8.4m 功率：37Kw，剩余污泥泵流量：27.9m³/h 扬程：22.9m 功率：5.5Kw
回流污泥泵共五台 最大回流量9万吨/日 剩余污泥泵共二台（两用一备）
6
接触消毒池
解决能力9万吨/日 设计流量：1.00m³/s 停留时间：30min 加氯量：6mg/l

共一座
7
鼓风机房
长：36m 宽：12m 高：11m
单台鼓风机风量：150m³/min 出口升压：7000mmH2O，功率200Kw
共四台（备用国产250kw分机）
8
污泥脱水间
浓缩前污泥总量：1340.7m³/d 含水量：99.3% 泥饼总量：38.6m³/d 含水率：82%
浓缩机解决能力40~80m³/h 功率1.5Kw，脱水机解决能力8~18m³/h 功率4.0Kw
均为一用一备
2.4现状运营情况
根据四平市污水解决厂一期工程运营至今的实际情况，目前污水解决厂各建构筑物及设备运转正常，基本满足原设计规定并能正常稳定运营，出水水质满足《城乡污水解决厂污染物排放标准》(GBl8918-2023)的二级排放标准。
第三章 设计概要
3.1规模拟定
污水解决厂工程升级改造建设规模结合四平市污水解决厂一期工程实际情况，考虑各种影响建设规模的因素。拟定升级改造规模为：9.0万m³/d，出水水质达成《城乡污水解决厂污染物排放标准》（GB18918-2023）中的一级标准的A标准。
3.2设计水质
根据《室外排水设计规范》中的相关规定和综合四平市城市污水解决厂两年多来的运营进水水质数据（见现状进出水水质表）拟定本次工程的进水水质。
四平市污水解决厂解决后污水排入辽河，根据国家规定：“城乡污水解决厂出水排入国家和省拟定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准”，为彻底消除四平市辽河水系的污染，保护南河、北河两岸的生态环境，拟定本次工程出水水质满足《城乡污水解决厂污染物排放标准》（GB18918-2023）中的一级标准的A标准。
因此本工程设计进出水水质及解决限度如下：
进出水水质及解决限度表
项目
CODcr(mg/l)
BOD5(mg/l)
TP(mg/l)
TN(mg/l)
NH3-N (mg/l)
SS(mg/l)
进水水质
400
150
4
40
30
180
出水水质
50
10
0.5
15
5（8）
10
解决限度
87.5%
93.3％
87.5％
62.5％
83.3％
94.4％
3.3工艺方案选择
3.3.1工艺方案选择的原则
1、与一期工程的流畅衔接
2、工艺可靠、技术先进和前瞻性
3、与一期工程运营的协调性
4、经济合理性
5、适应市场变化
6、安全和环保
3.3.2重点解决指标
根据四平市污水解决厂一期工程原出水水质及改造后出水水质对比，对每项污染物指标进行分别讨论，并拟定相应的改造工艺。
改造前后污水解决厂出水指标表
项目
CODcr(mg/l)
BOD5(mg/l)
TP(mg/l)
TN(mg/l)
NH3-N (mg/l)
SS(mg/l)
进水水质
400
150
4
40
30
180
原出水水质
100
30
3
--
25（30）
30
改造后出水水质
50
10
0.5
15
5（8）
10
原工艺需升级改造部分如下：
1.不具有脱氮除磷工艺，需要调整为具有脱氮除磷功能的工艺。
2.进一步增长CODcr及BOD5的去除率。
3.增长物理化学除磷功能。
4.进一步去除SS。
其中脱氮除磷是本次升级改造工程的重点。
3.3.3重点污染物去除方法
1、脱氮除磷
（1）生物硝化的工作机理
生物硝化工艺属污水生物降解脱氮法的一种，运用微生物在污水中的代谢作用，以污水中的有机物为基质，自身繁殖从而达成污水净化的目的。其中的生物硝化作用是运用化能自养微生物将氨氮氧化成硝酸盐的一种生化反映过程。硝化作用由两类化能自养细菌参与，亚硝化单胞菌一方面将氨氮氧化成亚酸盐，硝化杆菌再将NO2-－N转换为NO3-－N，反映式如下：
NH4+＋2O2→NO3-+2H++H2O
亚硝化菌和硝化菌都是化能自养菌，能运用氧化过程中产生的能量，使CO2合成为细胞有机质，这一过程需要大量的氧。此外尚有一个微生物将有机氮转化为NH3-N的生物过程。一般的异养微生物都能进行高效的氨化作用，在传统活性污泥法工艺中，随着BOD5的去除，95％以上的有机氮会被氨化成NH3-N。
（2）脱氮机理
反硝化是生物脱氮的另一个过程，污水先在好氧池（oxic）中进行硝化，使含氮有机物被细菌分解成氨，氨进一步转化成硝态氮，然后在缺氧池（Amoxic）中进行反硝化，硝态氮还原成氮气溢出。反硝化菌是兼性异养菌，能运用污水中各种有机质作为电子供体，以硝酸盐代替分子氧，作为电子最终受体，进行“无氧”呼吸，使有机质分解，同时将硝酸盐氮还原成气态氮，反映过程为：
2NO3-+H2O→5[O]+N2↑+2OH-
有机碳→CO2↑＋H2O
总方程：4NO3-＋5C＋2H2O→反硝化菌2N2↑＋5CO2＋4OH-
（3）生物除磷机理介绍
生物除磷是通过磷的厌氧释放和好氧吸取两个过程完毕的。一般认为重要是一种称为（Acinebacter）菌群的专性好氧细菌起到的聚磷、除磷作用。此外其它一些微生物种群如假单胞菌（Pseudomonas）和气单胞菌（Aeromonas）等也均有除磷作用。混合液中的聚磷菌进入厌氧区后会处在压抑状态，消耗细胞内贮存的聚磷产生能量，用于维持生命和吸取来自污水中的可快速生物降解的溶解性有机物，并在细胞内把有机物转化成聚β羟丁酸贮存起来。同时，由于聚磷的降解，细胞内多余的磷被释放到液相中。厌氧释放的前提是水中既无分子态氧又无结合氧（NOx-），由于产酸菌的存在，厌氧状态还会使混合液的pH值有所下降。聚磷菌进入好氧状态后降解体内贮存的聚β羟丁酸，产生大量的能量用于细胞合成，增殖和吸取液相中的磷，并在细胞内将磷转化成聚磷酸盐。在厌氧状态下磷的释放越充足，体内贮存的聚β羟丁酸也越多，进入耗氧状态后磷的吸取量也越大。有实验资料表白，厌氧状态下每释放1mg磷，进入耗氧状态后就可吸取2.0-2.4mg磷。细胞内吸取了大量磷的高磷污泥最后以剩余污泥的形式排出系统，从而完毕除磷过程。
（4）物理化学除磷机理
污水中的磷分为无机的正磷酸盐，聚磷和有机磷，经水解和微生物降解后，有机磷和聚磷都转化为正磷酸盐，它在水中呈溶解状，通过化学沉淀形成难溶的金属磷酸盐并通过物理沉淀使磷得到去除。一般生石灰、硫酸铁、硫酸铝等均可作为混凝剂。通过投加金属盐类，使正磷酸盐被置换成难溶的磷酸盐，沉淀后随剩余污泥排出系统。反映方程式如下：
Me3+PO43-→MePO4↓
化学法除磷运转控制灵活，可根据污水中磷的超标限度随时调整金属盐投加量，效果稳定，保证出水达标并节约污水厂运营成本。
结论：为了增长现状污水解决厂的脱氮除磷功能，应增长缺氧段，以提供缺氧池中反硝化过程。并增长厌氧池加强生化除磷，增长絮凝反映池及气水反洗滤池，以提供化学除磷功能。
2.其余指标去除
（1）BOD5
排放标准规定的出水BOD5指标为10mg/L，从现状污水解决工艺来看，该项指标规定较高。当规定对污水进行硝化、反硝化时，解决后出水BOD5浓度低于10mg/L其相应的去除率可以大于95％。这是由于自养型的亚硝酸菌具有很小的比增长速率μN，与去除碳源的异养型生物相比要小一个数量级以上，因此需要硝化系统比单纯去除碳源BOD5的系统具有更长的泥龄或更低的污泥负荷，在此条件下，BOD5的去除率不难达成排放标准规定。
结论：需增长污水的停留时间，以增长泥龄减少污泥负荷。在减少污泥负荷的情况下BOD5出水可以达标排放。
（2）CODcr
根据规定，出水CODcr指标为50mg/L，同样，增长污水的停留时间，增长泥龄减少污泥负荷，使得CODcr的去除率随BOD5的去除有较大幅度的提高。
（3）SS
根据规定，出水SS浓度小于10mg/L，根据以往同类型污水工程经验，本工程排水中SS重要为蛋白质、纤维类污染物，在生化段易于被微生物降解，别且通过在生化段出水经加药混凝过滤的方式，最终出水的SS可以控制在10mg/L以内。
结论：通过加药絮凝并过滤可以保证出水SS指标达成排放标准。
3.3.4方案拟定
根据对各指标的不同去除方法，本次升级改造工程为保证达标排放，应增长缺氧段生化解决，增长混凝过滤工艺，并通过增长好氧池容积减少污泥负荷。
1．原初沉池改造
原污水解决厂设有4座初沉池，直径28米。
根据污水解决厂现状进出水水质，初沉池改导致厌氧池可以避免污水中BOD5在初沉池降解，无法为脱磷除氮提供足够碳源。并且初沉池的改造可减少升级改造工程的改用用地。
所以，需将初沉池改造为厌氧池，改造后厌氧池停留时间为2.9小时。
2．增设缺氧池
需增设缺氧池以保证脱氮的功能，根据《室外排水设计规范》（GB 50014-2023）中第6.6.18第二条计算缺氧段停留时间及池容。
3.增设好氧池
原厌氧-好氧池(已改造为全段好氧)停留时间为9h，污泥负荷为0.1 kgBOD5/kgMLSS.d。
四平市污水解决厂冬季气温较低，通过运营期的监测，水温基本在11℃左右，属于寒冷地区。为保证曝气池解决效果，本次设计根据《寒冷地区污水活性污泥法解决设计规程》（CECS 111-2023）计算相关设计参数，减少污泥负荷，增长停留时间。
5.增设深度解决间
为保证出水SS及TP指标达标，需对污水加药絮凝和化学除磷。
所以，增设深度解决间一座。重要涉及絮凝反映池及气水反洗滤池。
3.4工艺流程拟定
通过对污水中各污染指标的分别讨论和分析，最终拟定污水解决工艺，即：将现有初沉池改造为厌氧池，在现有厌氧－好氧池前端增设缺氧池，增设一座好氧池，后段增长混合絮凝反映池及气水反洗滤池工艺。（工艺流程简图如下）

改造
部分

改造
部分
回流污泥
粗格栅
提高泵房
细格栅及旋流沉砂池
进水
污泥泵井
污泥贮池
二沉池
提高
污泥脱水机房

剩余污泥
鼓风机
栅渣外运
加氯
混合液回流
出水
泥饼外运
接触消毒池
厌氧反映池（原初沉池改造）
缺氧反映池（新建）
好氧反映池（增设停留时间6h）
深度解决间（新建）

深度解决间

工艺流程简图

第四章 工程设计
污水解决厂升级改造设计规模Q=90000m³/d=3750m³/h。
总变化系数kz = 2.7/Q0.11 =1.26。
4.1 工艺设计
4.1.1工程改造概述
根据改造工艺流程，应将现有初沉池改造为厌氧池停留时间2.9h，新建缺氧池一座停留时间3.5h，增建好氧池一座，新建絮凝池及气水反洗滤池，及相应增长配套设施。其余工艺保持原污水解决厂设计。
根据实际一期建设情况拟定升级改造工程建设实行项目，见下表：
升级改造工程项目清单
序号
项目
升级改造内容
1
改造原有初沉池
改造为厌氧池，改造污泥回流系统
2
增设缺氧池
新建9.0万m³/d土建及设备
3
改造原好氧池
增长混合液回流泵设备。
增设好氧池
增建一座好氧池，满足好氧停留时间
4
增设提高泵井
新建9.0万m³/d土建及设备含提高泵井
5
增设深度解决间
新建9.0万m³/d土建及设备深度解决间一座，包含絮凝池、气水反洗滤池、废水池及加药间
6
改造厂内工艺管线
配套改造污泥回流及混合液回流管线。
7
改造鼓风机及变配电间
配套改造
8
改造自控仪表
配套改造

4.1.2升级改造工程工艺设计
工程升级改造规模为9.0万m³