中小型污水處理廠擴容升級改造路線探討

徐秀麗　胡月明　楊　濤

(武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢　430023)

1　概述

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和居民生活水平的提升，環(huán)境保護意識已逐漸深入人心。隨著國家環(huán)保要求和規(guī)劃需求的不斷提高，許多已建成的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村污水處理廠正面臨著擴容和升級改造的處境。此類工程，在設(shè)計過程中邊界條件多、選擇余地少，看似簡單的問題往往需要“小題大做”。筆者長期從事一線給排水工程設(shè)計工作，結(jié)合自身經(jīng)驗以及參與的工程實例，針對中小型污水處理廠的這一情況展開總結(jié)和分析。

2　技術(shù)原則

1)充分利用廠區(qū)現(xiàn)有處理設(shè)施，選擇合適的改造工藝，工藝方面力求技術(shù)成熟可靠、處理成效顯著、抗沖擊負(fù)荷能力強，運行方面爭取做到易于維護管理、節(jié)能經(jīng)濟。

2)因地制宜、特事特辦，結(jié)合各污水處理廠自身特點，優(yōu)化廠區(qū)總平面布置和豎向設(shè)計，充分考慮本工程與現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期工程用地的銜接，減少廠區(qū)挖填方量和污水提升費用。

3)廠區(qū)建筑風(fēng)格力求統(tǒng)一，簡潔明快、美觀大方，并保證充分的綠化用地，在保證廠內(nèi)環(huán)境優(yōu)美的同時，與廠區(qū)周圍景觀協(xié)調(diào)一致。

3　技術(shù)難點

1)廠區(qū)布置。由于受規(guī)劃和資源的鉗制，部分中小型污水廠設(shè)計之初就存在用地緊張、預(yù)留不足的情況。因此，在二次改造過程取舍兩難，或犧牲處理成效，或增加成本。

2)選擇合適的生物池改造方案。中小型污水廠設(shè)計之初選擇的工藝較新型、市場運行檢測較短，實際運行中并不能很好的實現(xiàn)處理目標(biāo)。因此方案的選擇重在對現(xiàn)狀生物池運行情況的分析，應(yīng)在充分的分析論證基礎(chǔ)上合理選擇生物池改造方案。

3)選擇合適深度處理單元。深度處理單元的選擇需結(jié)合生物池的改造，以解決生物池剩余無法達標(biāo)項，實現(xiàn)廠區(qū)出水水質(zhì)達標(biāo)。深度處理對象最主要是SS、有機物等。

4)工程實施情況。不同地域、不同受納水體的重要程度不同，各地環(huán)保部門的要求也不盡一致。針對改造過程中無法停運的水廠，需提出應(yīng)對措施、降低污染程度。

4　生物池改造方案

生物池改造視其功能需求而定，主要可分為兩大類：一類是廠區(qū)處理規(guī)模達標(biāo)，出水水質(zhì)不達標(biāo)；另一類是廠區(qū)處理規(guī)模不達標(biāo)，出水水質(zhì)也不達標(biāo)。需求不同，處理措施也有所差異。

4.1　處理規(guī)模達標(biāo)，出水水質(zhì)不達標(biāo)

1)投加化學(xué)藥劑。通過加藥劑解決出水水質(zhì)問題是最簡單直接的措施，其優(yōu)點是對現(xiàn)狀生物池擾動最小、水廠能持續(xù)運行，缺點是增加了藥劑費及相關(guān)制備和投加裝置。當(dāng)然，投加藥劑并非能夠解決所有問題，該方法宜用于出水水質(zhì)不達標(biāo)項較少的情況，如TP；抑或是現(xiàn)狀生物池碳源不足、難以保證目標(biāo)水質(zhì)時，可以通過外加碳源來改善其處理效果。目前，很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠進水水質(zhì)負(fù)荷偏低，尤其是在水量充沛、水費較低的地區(qū)，進水水質(zhì)負(fù)荷經(jīng)常持續(xù)偏低。再加上污水廠設(shè)計之初的安全冗余，現(xiàn)狀出水水質(zhì)較好，此時可統(tǒng)籌考慮、分步實施，先通過加藥來解決現(xiàn)階段無法達標(biāo)指標(biāo)，保留后期升級改造空間。

2)改造原有生物池。根據(jù)利用目標(biāo)水質(zhì)核算所得的參數(shù)，在允許停運的窗口時間內(nèi)改造現(xiàn)狀生物池。在總池容滿足要求的前提下，通過調(diào)整厭氧/缺氧/好氧時間、污泥回流比、消化液回流比以及曝氣量等參數(shù)使出水水質(zhì)達標(biāo)[1]。這種方式的優(yōu)點是改造過程造價相對較低，缺點是對現(xiàn)狀土建、設(shè)備等仍有一系列的擾動，無疑是污水處理廠的一個小手術(shù)。

就活性污泥法而言，傳統(tǒng)A/A/O工藝在中小型污水廠中應(yīng)用較多、運行穩(wěn)定、出水可靠。現(xiàn)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠出水水質(zhì)多執(zhí)行國家一級B標(biāo)準(zhǔn)，一般沒有嚴(yán)格意義上的厭氧區(qū)(通常沒有)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。因此，可通過調(diào)整生物池內(nèi)部架構(gòu)，升級成A/A/O工藝。厭氧區(qū)最重要的功能是釋磷，為好氧條件下磷的吸收創(chuàng)造條件，因此增加厭氧區(qū)可以更好地激發(fā)活性污泥法的生物除磷功能，減少除磷藥劑使用量[2]。該改造方法中，厭氧、缺氧容積無法嚴(yán)格滿足規(guī)范要求時，可采取多模式A/A/O工藝。在總氮負(fù)荷較高時，可將厭氧區(qū)和缺氧區(qū)統(tǒng)一作為缺氧區(qū)使用，形成AN/O工藝，消化液回流至厭氧區(qū)，磷的去除則通過后續(xù)化學(xué)除磷完成。在總氮負(fù)荷較低時，恢復(fù)成常規(guī)A/A/O工藝，消化液回流至缺氧區(qū)，減輕后續(xù)化學(xué)除磷工藝的壓力[3]。該方法已經(jīng)在三峽壩區(qū)樂天溪污水廠以及丹江口市土關(guān)埡、均縣等污水廠得到了成功應(yīng)用。

4.2　原有生物池?zé)o法滿足功能需求，保留池體框架內(nèi)部重新構(gòu)池

如上述所言，礙于規(guī)模、投資、占地和運行維護等因素的限制，部分中小型污水廠設(shè)計時并沒有選擇應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)工藝，而是選擇了尚未經(jīng)過大量工程實踐檢驗的新工藝。運行過程中難免會出現(xiàn)各種各樣的問題，在小型污水廠中該情況尤為嚴(yán)重。在這種情況下，可能就要大刀闊斧地對生物池進行改造。如，筆者最新接觸的某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠，其設(shè)計并無獨立的缺氧區(qū)、好氧區(qū)，且出水不達標(biāo)，對它的改造則僅留下生物池的外殼，內(nèi)部的功能區(qū)全部重新劃分。

4.3　處理規(guī)模不達標(biāo)，出水水質(zhì)不達標(biāo)

規(guī)模較大的污水廠均是根據(jù)近遠(yuǎn)期規(guī)劃分步設(shè)計、階段實施，如果在遠(yuǎn)期規(guī)劃實施前遇到環(huán)保部門標(biāo)準(zhǔn)的提高，則需對污水廠進行擴容改造：一方面另起爐灶新建生物池，一方面改造現(xiàn)狀生物池。此時，通常會根據(jù)目標(biāo)水質(zhì)核減現(xiàn)狀生物池的處理規(guī)模，調(diào)配新增生物池處理規(guī)模，以使出水水質(zhì)達到設(shè)計要求。這種改造既充分挖掘了現(xiàn)狀生物池的潛力，又兼顧了廠區(qū)遠(yuǎn)期規(guī)劃，切實達到了經(jīng)濟有效的效果，是污水廠擴容改造目前最常使用的措施。需要說明的是，在條件允許的前提下需保持新舊兩座生物池停留時間、內(nèi)外回流比、曝氣量等關(guān)鍵參數(shù)的一致。這樣既能保證污染物降解的同步性，又便于連通管道的調(diào)配。武漢市蔡甸污水廠(15×104m3/d)、黃家湖污水廠(20×104m3/d)和漢西污水廠(旱季80×104m3/d、雨季122×104m3/d)等采用的均是該改造方法。

5　深度處理方案

常規(guī)深度處理的重點是出水SS，同時進一步去除附著型污染物，對溶解性污染物的去除貢獻有限。根據(jù)我國城市污水二級處理出水的水質(zhì)情況和污水再生利用發(fā)展現(xiàn)狀，通常采用的深度處理措施主要有下列幾種方案：二級處理出水+混凝過濾+消毒(方案一)、二級出水+混凝沉淀+過濾+消毒(方案二)、二級出水+混凝沉淀+過濾+活性炭吸附+消毒(方案三)。

方案一具有簡單、實用的特點，出水可用于城市道路澆灑、綠化、景觀、消防、補充河湖等市政用水和居民住宅沖洗廁等雜用水，以及不受限制的農(nóng)業(yè)用水。該工藝水質(zhì)適用面廣、處理費用低、安全實用，曾在20世紀(jì)80年代以前的發(fā)達國家中得到廣泛使用，目前在我國南方城市污水廠升級改造工程中應(yīng)用也比較多。方案二在方案一的基礎(chǔ)上增加了沉淀單元，即通過混凝沉淀進一步去除二級生化處理系統(tǒng)未能除去的膠體物質(zhì)、部分重金屬和有機污染物，確保過濾效果、延長過濾周期，因而出水水質(zhì)更優(yōu)、適用面更廣、效果更穩(wěn)定。方案三在方案二的基礎(chǔ)上增加活性炭吸附，對微污染物、金屬離子、色度及病毒等有毒污染物的去除效果明顯。該工藝處理流程較長，適用于除直接飲用外各種工農(nóng)業(yè)用水和城市雜用水。

6　結(jié)語

隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理廠排入水體的允許水質(zhì)也隨之發(fā)生了變化，穩(wěn)步推進已建成污水處理廠的升級改造勢在必行。本文總結(jié)了污水處理廠提標(biāo)改造過程中包括生物池和深度處理在內(nèi)的幾種思路，并給出了相應(yīng)的適用情況。在實際過程中應(yīng)根據(jù)項目的特點，因地制宜地選擇行之有效的處理措施。

參考文獻：

[1]GB 50014—2006,室外排水設(shè)計規(guī)范(2016年版)[S].

[2]張自杰.排水工程下冊[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]熊天煜.污水處理廠工藝設(shè)計優(yōu)化及改造的模擬方法與應(yīng)用研究[D].北京：清華大學(xué)，2015.