某城市污水處理廠提標(biāo)改造工藝探討

姚敬博，邵 亮

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某城市污水處理廠提標(biāo)改造工藝探討

姚敬博，邵 亮

（中國市政工程東北設(shè)計研究總院有限公司，吉林 長春 130021）

某城市污水處理廠改造在廠區(qū)現(xiàn)狀用地紅線范圍內(nèi)進(jìn)行，無新增用地。本工程將循環(huán)式活性污泥法（CAST）工藝改造為改良AA/O工藝，二氧化氯消毒改造為紫外線消毒工藝，增設(shè)平流二沉池及深度處理單元。改造方案拆除綜合樓、除臭間、加氯間，新建綜合樓、綜合一體池、污泥貯池、設(shè)備間。污水廠改造后出水水質(zhì)可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，通過脫水后的污泥含水率低于80%，外運(yùn)送至污泥處理廠處理。

城市污水處理廠；提標(biāo)改造；深度處理

《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)[2015]17號）要求應(yīng)于2017年底前完成近岸海域匯水區(qū)域的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施提標(biāo)改造，出水水質(zhì)全面達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，某污水廠為近岸海域匯水區(qū)域服務(wù)，尾水排海，水廠需提標(biāo)改造。

1 水廠現(xiàn)狀概述及存在問題分析

1.1 水廠現(xiàn)狀概述

現(xiàn)狀污水處理廠工程設(shè)計規(guī)模為=35 000 m3/d，廠區(qū)紅線占地面積為2.16公頃。現(xiàn)狀水廠工藝流程簡圖見圖1，原設(shè)計水質(zhì)見表1，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）標(biāo)準(zhǔn)中的一級B標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 現(xiàn)狀水廠工藝流程簡圖

表1 污水廠原設(shè)計水質(zhì)

1.2 構(gòu)筑物生產(chǎn)能力評估

現(xiàn)狀污水處理廠運(yùn)行規(guī)模為35 000 m3/d，滿負(fù)荷運(yùn)行，預(yù)處理單元運(yùn)行情況好，CAST生化池BOD5污泥負(fù)荷為0.13 kg BOD5/kg MLSS·d，總泥齡為14天，BOD5、TN、TP負(fù)荷較高。現(xiàn)狀消毒系統(tǒng)為二氧化氯消毒，糞大腸菌群消毒后為10 000個·L-1。污泥脫水間脫水設(shè)備將污泥含水率降至80%以下，僅有一臺污泥脫水機(jī)，污泥外運(yùn)進(jìn)一步處理。污水廠提標(biāo)改造后污泥貯池及污泥脫水間設(shè)備均不能滿足新增污泥量的處理要求。

2 污水廠存在問題及改造要求

2.1 污水廠存在問題

（1）污水處理廠在東北地區(qū)，冬季氣溫低，生化池污泥負(fù)荷較高，總的污泥齡較短，BOD5、NH3-H、TN、TP、SS、pH均不能滿足一級A出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）CAST生化池運(yùn)行工況變化頻繁，間歇式運(yùn)行，裝機(jī)容量較大，要求自動化控制高，啟動頻繁，設(shè)備利用率較低，管理難度大，閑置率高，對設(shè)備的損害較重，維修量較大。。

（3）CAST生化池排泥時污泥泵啟動，泵周圍污泥迅速被吸走，后續(xù)排除污泥的含水率高，導(dǎo)致排除的剩余污泥濃度低。

（4）提標(biāo)后污泥貯池容量不滿足儲存新增泥量要求，污泥脫水間處理能力不滿足要求。

（5）現(xiàn)狀二氧化氯發(fā)生器占地面積大，二氧化氯制備過程中存在較大的安全隱患，要求管理嚴(yán)格，消毒間無法擴(kuò)容，需將現(xiàn)狀消毒改為安全、占地面積小、便于管理的消毒系統(tǒng)。

2.2 改造要求

在保證出水水質(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)的前提下，需采用工程投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、高效節(jié)能、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、水處理設(shè)施可間斷運(yùn)行、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的設(shè)計方案。

3 污水廠提標(biāo)改造設(shè)計

3.1 設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)確定

城市污水處理廠改造后設(shè)計規(guī)模不變，為=35 000 m3/d，用地紅線占地面積為2.16公頃。

對水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP、pH指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測與濃度頻率分析，各指標(biāo)分布律按照90%取值。在按照濃度頻率確定水質(zhì)的同時，需綜合考慮當(dāng)前實(shí)際進(jìn)水情況、日后流域內(nèi)居民數(shù)量增加帶來的水質(zhì)改變及雨污分流的逐漸推進(jìn)實(shí)施等因素，確定污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計水質(zhì)，見表2。

表2 污水廠提標(biāo)改造后設(shè)計水質(zhì)

3.2 工藝改造難點(diǎn)

（1）污水廠在原廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行，廠區(qū)可利用空地較少，為解決此問題，拆除綜合樓、除臭間、加氯間，接觸池利舊。

（2）提標(biāo)改造施工過程中水廠不可間斷運(yùn)行。

（3）改造生化池拆除現(xiàn)狀設(shè)備困難。

3.3 設(shè)計方案

3.3.1 預(yù)處理單元

污水廠預(yù)處理單元運(yùn)行狀況較好，滿足設(shè)計要求，不進(jìn)行改造，構(gòu)筑物及設(shè)備全部利舊。

3.3.2 生化處理單元

改良AA/O生化池將生物反應(yīng)池分為厭氧、缺氧、好氧環(huán)境，通過控制溶解氧濃度，利用反應(yīng)池中活性污泥降解污染物。

該工程將CAST生化池改造為改良AA/O生化池，生化池分區(qū)為前置反硝化區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)。改造后生化池總污泥負(fù)荷為0.06 kg BOD5/(kg MLSS·d)。CAST池內(nèi)的潛污泵、旋轉(zhuǎn)式潷水器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)、微孔曝氣器等設(shè)備需全部拆除，根據(jù)改良AA/O生化池工藝要求進(jìn)行更換設(shè)備。為減少施工工期，生化池內(nèi)的隔墻均采用預(yù)制裝配板進(jìn)行分隔。

前置反硝化區(qū)：前置反硝化區(qū)僅接收平流式二沉池外回流的污泥及沉砂池總來水量的25%水量，回流比取100%。前置反硝化區(qū)充分利用進(jìn)水中易降解BOD5作為碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)，避免回流污泥中的硝態(tài)氮影響厭氧區(qū)的反硝化反應(yīng)。前置反硝化區(qū)泥齡為0.8 d，停留時間為0.8 h，污泥濃度為3500 mg/L。

厭氧區(qū)：前置反硝化區(qū)泥水及沉砂池總來水量的75%水量同時進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，在厭氧區(qū)釋磷菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物，發(fā)生厭氧釋磷反應(yīng)，同時去除掉部分有機(jī)物。厭氧區(qū)停留時間為2 h，泥齡為2 d，污泥濃度為3.5 g/L。

根據(jù)泥齡計算，把原好氧區(qū)池體分成缺氧區(qū)及好氧區(qū)，通過在池體安裝預(yù)制裝配板實(shí)現(xiàn)分區(qū)。

缺氧區(qū)：缺氧區(qū)接收厭氧區(qū)出水及從好氧區(qū)回流的含硝態(tài)氮的混合液（設(shè)計回流比為150%），在實(shí)際運(yùn)行中可以根據(jù)進(jìn)水TN濃度調(diào)節(jié)混合液回流比。缺氧區(qū)停留時間為7.56 h，泥齡為7.6 d，污泥濃度為3.5 g/L。

好氧區(qū)：好氧區(qū)去除BOD5、TP，發(fā)生硝化反應(yīng)，污水中的微生物在好氧條件下去除有機(jī)污染物，同時將TN轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，再通過混合液內(nèi)回流到缺氧區(qū)，使硝態(tài)氮發(fā)生反硝化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫氮目的，在好氧區(qū)內(nèi)，聚磷菌被選擇成為優(yōu)勢菌種，大量吸磷，剩余污泥中含磷量約3%~7%，生化池出水的磷被去除進(jìn)水中總磷量的50%[1]，磷通過剩余污泥的形式去除。好氧區(qū)停留時間為11 h，泥齡為11 d，污泥濃度為3.5 g/L。

將好氧和缺氧區(qū)中間設(shè)置一段選擇區(qū)，該選擇區(qū)布置的曝氣系統(tǒng)調(diào)整為可控模式，溫度較高時關(guān)閉曝氣系統(tǒng)保持缺氧狀態(tài)；溫度較低時，開啟選擇區(qū)曝氣系統(tǒng)，調(diào)整為好氧狀態(tài)。

在好氧池中，夏季溶解氧控制在1.0 mg/L左右，以提高除磷效果；在冬季低溫情況下溶解氧控制在2.0 mg/L左右，以保證硝化效果。

為了保證低溫時段反應(yīng)池的運(yùn)行效果，可采取預(yù)先強(qiáng)曝氣和投加優(yōu)質(zhì)菌種等措施，如投加同步硝化反硝化的PCN微生物菌種[2]，強(qiáng)化生物脫氮能力，保證污泥濃度。

目前污水進(jìn)水設(shè)計水質(zhì)可以滿足反硝化碳源需求，但實(shí)際運(yùn)行過程中，不排除出現(xiàn)碳源不足情況，需要補(bǔ)充外加碳源作為應(yīng)對措施，預(yù)留碳源投加設(shè)備及儲存裝置。

現(xiàn)狀鼓風(fēng)機(jī)房供給的風(fēng)量滿足改良AA/O池所需風(fēng)量，對鼓風(fēng)機(jī)房及設(shè)備利舊。

3.3.3 深度處理單元

生化池出水中NH3-N、TN的去除已經(jīng)達(dá)到設(shè)計要求，在深度處理單元需要重點(diǎn)去除SS、BOD5、CODCr、TP的顆粒狀和膠體狀雜質(zhì)等。針對水質(zhì)的特點(diǎn)，采用絮凝+過濾+消毒工藝作為深度處理工藝。

為節(jié)省用地及降低水頭損失，新建一座綜合一體池，該池集平流式二沉池、網(wǎng)格絮凝池、設(shè)備間于一體。設(shè)備間內(nèi)包括V型濾池、紫外線消毒設(shè)備、清水池、溶藥儲藥池、加藥設(shè)備、V型濾池配套的氣水反沖洗設(shè)備等。

因設(shè)計水力高程問題，經(jīng)過二沉池處理后的水需經(jīng)過提升才能滿足設(shè)計要求水力高程，在二沉池出水端設(shè)污水提升泵，提升進(jìn)入后續(xù)構(gòu)筑物。

絮凝池投加的藥劑采用三氯化鐵，主要用于絮凝和化學(xué)除磷。深度處理單元未設(shè)沉淀池，為保證出水水質(zhì)，V型濾池在設(shè)計時，取較低的過濾速度。

消毒系統(tǒng)改造：根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB50014-2014）規(guī)定，為保護(hù)近海海域水體免受消毒藥劑二次污染，采用紫外線消毒系統(tǒng)進(jìn)行消毒，該消毒系統(tǒng)運(yùn)行管理簡便，安全性高。

3.3.4 除臭單元

因本次設(shè)計將除臭間拆除，所以選擇占地面積小，除臭效果好的除臭一體化設(shè)備，該設(shè)備放置在綜合一體池的設(shè)備間內(nèi)。各構(gòu)筑物產(chǎn)生的臭氣經(jīng)設(shè)備集中處理，處理后外排氣體滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.5 污泥處理單元

污泥脫水間原有1臺帶式污泥脫水機(jī)，無備用設(shè)備，運(yùn)行時間長。水廠進(jìn)行提標(biāo)改造后，污泥量增加，并且現(xiàn)狀污泥脫水機(jī)的數(shù)量不能滿足《室外排水設(shè)計規(guī)范》第7.1.4條要求，為滿足設(shè)計要求，增設(shè)一臺污泥脫水機(jī)及配套的PAM加藥設(shè)備、脫水機(jī)沖洗設(shè)備、水平螺旋輸送機(jī)，將污泥處理后，含水率達(dá)80%以下，運(yùn)至污泥處理廠進(jìn)一步處理。

現(xiàn)狀有一座污泥貯池，容積不夠，在原池附近新建一座污泥貯池，兩池同時承擔(dān)儲存污泥的任務(wù)。

3.3.6 改造后工藝流程

污水廠提標(biāo)改造后工藝流程見圖2。

圖2 污水廠改造后工藝流程簡圖

4 結(jié) 論

CAST工藝改造成改良AA/O工藝，既降低了生化池污泥負(fù)荷，又強(qiáng)化了生物脫氮除磷效果，實(shí)現(xiàn)了同步脫氮除磷的目的。在生化池后增設(shè)二沉池及深度處理單元，出水水質(zhì)指標(biāo)可以達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。該水廠改造后提高了工藝抗沖擊負(fù)荷能力，增強(qiáng)了運(yùn)行穩(wěn)定性，工程總投資較低，降低水廠的運(yùn)行費(fèi)用，改善近海海域的水體環(huán)境。

［1］胥曉瑜，馮立平，石慧俊，等. 銀川市第五污水處理廠工程工藝設(shè)計特點(diǎn)及運(yùn)行簡介[J]. 給水排水，2013（4）：128-129.

［2］范榮桂，王權(quán)程，李崴，等. 城市污水處理產(chǎn)提標(biāo)改造工程實(shí)踐[J]. 中國給水排水，2015，31（4）：88-91.

Discussion on Upgrading and Reconstruction of an Urban Sewage Treatment Plant

（China Northeast Municipal Engineering Design & Research Institute Co., Ltd., Jilin Changchun 130021，China）

An urban sewage treatment plant was upgraded and reconstructed without new added construction land. In this project, the cyclic activated sludge technology (CAST) was transformed into AA/O technology, chlorine dioxide disinfection process was transformed into ultraviolet disinfection process, and rectangular secondary settling tank and advanced treatment unit were added. In the renovation, the complex building, the room for removing odor and the room for adding chlorine were demolished; the new complex building, integration pool, sludge storage pool and equipment room were built. After the transformation, effluent quality of sewage treatment plant can reach to the national No.1 level A standard in "" (GBl8918-2002) ;the water content of sludge after dehydration is less than 80%.

urban sewage treatment plant; upgrading and renovation; advanced treatment

2017-04-28

姚敬博（1984-），女，工程師，碩士學(xué)位，內(nèi)蒙古興安盟人，2010年畢業(yè)于沈陽建筑大學(xué)市政工程專業(yè)，研究方向：從事市政給水排水設(shè)計。

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1004-0935（2017）05-0498-04