上海某污水處理廠提標改造工程案例

牟晉銘

(上海市城市建設設計研究總院〈集團〉有限公司，上海 200125)

根據(jù)國家《水污染防治行動計劃》和《上海市水污染防治行動計劃實施方案》的要求，上海市需實施30多座污水處理廠的新建、擴建及提標改造工作。由于上海市水環(huán)境污染中NH3-N、TP問題突出，為確保實現(xiàn)《水污染防治行動計劃》下達的水環(huán)境治理目標，要求新建及改擴建污水處理廠尾水排放標準不低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準，其中，NH3-N和TP執(zhí)行地表水Ⅳ類水標準，即NH3-N為1.5 mg/L(水溫>12 ℃)和3.0 mg/L(水溫≤12 ℃)，TP為0.3 mg/L。

上海市某污水處理廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為為3.0萬m3/d，該污水廠分兩期建設，一期工程處理規(guī)模為1.5萬m3/d，二期工程建設規(guī)模為1.5萬m3/d，現(xiàn)狀污水廠出水標準為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。由于污水廠屬太湖流域，為環(huán)境敏感區(qū)域，為改善太湖流域流域水質(zhì)，滿足上海市環(huán)保部門相關(guān)要求，污水廠處理規(guī)模及尾水出水標準亟需提高。

1 污水處理廠現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀概況

污水處理廠現(xiàn)狀總規(guī)模為3萬m3/d，采用卡魯塞爾AAC氧化溝工藝，后續(xù)對污水廠進行升級改造，增加高效纖維濾池深度處理單元，出水執(zhí)行一級A排放標準。

1.2 現(xiàn)狀進、出水水質(zhì)

污水廠現(xiàn)狀設計進、出水水質(zhì)如表1所示，污水廠設計進水水質(zhì)為典型的城鎮(zhèn)生活污水，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準，目前污水廠進水水質(zhì)(表2)低于設計值，年平均值約為設計值的1/2，85%頻率水質(zhì)為設計值70%～90%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到一級A標準。

表1 現(xiàn)狀設計進、出水水質(zhì)Tab.1 Existing Water Quality of Influent and Effluent

表2 現(xiàn)狀進水水質(zhì)統(tǒng)計分析Tab.2 Statistical Analysis of Influent Water Quality

1.3 現(xiàn)狀處理工藝

圖1 現(xiàn)狀污水處理工藝圖Fig.1 Existing Process Flow Chart of WWTP

污水廠現(xiàn)狀采用脫氮除磷的氧化溝工藝，污水消毒采用紫外線消毒法，污泥處理采用機械濃縮脫水一體機，污水處理工藝流程如圖1所示。污水處理廠進水量高峰時已達到或超過設計規(guī)模，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達到一級A排放標準。因此，一期和二期已建工程工藝流程和設計參數(shù)能夠較好的適合實際情況，出水能穩(wěn)定滿足一級A排放標準并達標排放，但與NH3-N及TP需要達到的Ⅳ類水的新標準相比，出水NH3-N達到新標準1.5 mg/L的合格率只有60%，出水TP達到新標準0.3 mg/L合格率的50%。為滿足新的排放標準，污水廠現(xiàn)狀處理工藝亟需改造。

2 工程設計難點分析

通過對污水廠現(xiàn)狀進出水水質(zhì)的分析，在現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合與污水廠運營情況，污水廠已建工程主要存在以下問題。

2.1 現(xiàn)狀設備老化、運行效果不佳

粗格柵及進水泵房為一期工程建設，已使用十幾年，設備老化、維修頻繁、效率低。細格柵沉砂池也為一期工程建設，采用多爾沉砂池工藝。沉砂池現(xiàn)狀沉砂設備效率低，螺旋輸砂機很難將沉砂提升，導致分離出來的沉砂無法去除，沉砂池現(xiàn)狀效果較差。一期氧化溝厭缺氧區(qū)污泥攪拌不均勻，存在積泥現(xiàn)象，曝氣采用2臺倒傘型表面曝氣機，無變頻裝置，調(diào)節(jié)不便，溶解氧難以控制，維護不便，能耗高。

2.2 進水水質(zhì)偏淡、管網(wǎng)滲漏嚴重

目前，進廠污水水質(zhì)較設計值低，年平均值約為設計值的1/2，85%頻率水質(zhì)為設計值為70%～90%。污水廠服務范圍部分老街建設年代久遠且道路較窄，現(xiàn)狀多為雨污水合流制，雨污水分流改造困難。同時，服務區(qū)水系分布較廣，有污水截流井30余座，但部分截流井及污水管道年久失修，導致地下水及河水滲漏嚴重，對污水廠進水水質(zhì)濃度產(chǎn)生較大影響。

2.3 現(xiàn)狀工藝受限，無法應對提標

常規(guī)生物活性污泥法只能滿足常規(guī)CODCr、BOD5、SS的去除率，但對城市污水中氮、磷的去除有一定限度，僅從剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮約為10%～25%，磷約為12%～19%，氮和磷的去除無法達到新的出水水質(zhì)要求。因此，本工程必須采用具有生物脫氮除磷功能的污水處理工藝，才能夠大幅度削減CODCr、BOD5、SS以及TN、NH3-N、TP等污染物濃度，然后再進行過濾及尾水消毒等后續(xù)處理方可達標排放。處理程度為具有除磷和脫氮功能的城市污水二級處理工藝+深度處理工藝。

3 提標改造工藝設計

3.1 設計進、出水水質(zhì)

上海市近年逐步實施市政雨污混接改造，污水管道將進一步完善，地下水滲入量和河水倒灌量將會顯著減少，污水濃度逐步上升，綜合考慮污水廠水質(zhì)特點，結(jié)合現(xiàn)狀運行水質(zhì)情況，本提標改造工程設計進水水質(zhì)同現(xiàn)狀設計進水水質(zhì)。出水按環(huán)評要求采用一級A+標準(NH3-N和TP執(zhí)行地表Ⅳ類水標準)。設計進、出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設計進、出水水質(zhì)Tab.3 Design of Influent and Effluent Water Quality

注：括號內(nèi)為水溫≤12 ℃時NH3-N濃度限值

3.2 污水處理工藝流程

本次提標改造工程工藝流程如圖2所示。

圖2 提標改造工藝流程Fig.2 Process Flow Chart of Upgrading and Reconstruction Project

(1)預處理工藝段

由于現(xiàn)狀粗格柵及沉砂池為一期工程建設，建設時間較長，主要設備老化嚴重，沉砂池處理效果較差。結(jié)合污水廠用地布局，并考慮近遠期結(jié)合，原現(xiàn)狀預處理單元廢除，新建粗格柵進水泵房及細格柵沉砂池，沉砂池采用沉砂效果穩(wěn)定的曝氣沉砂池，預處理單元土建規(guī)模按遠期9.0萬m3/d建設，設備按近期6.0萬m3/d配置。

(2)二級生物處理工藝段

現(xiàn)狀氧化溝改造：根據(jù)現(xiàn)狀運行情況，現(xiàn)狀氧化溝運行效果較為穩(wěn)定。但由于部分設備老化，節(jié)約氧化溝曝氣能耗，需對現(xiàn)狀氧化溝進行改造。現(xiàn)狀總水力停留時間為18.2 h，其中厭氧區(qū)停留時間為1.5 h，缺氧區(qū)停留時間為3.1 h，好氧區(qū)水力停留時間為13.6 h。分別在一期及二期氧化溝內(nèi)增設4臺潛水推流器，通過增設板式曝氣設備將氧化溝表面曝氣調(diào)整為底部爆氣，提高曝氣設備效率，同時更換厭氧區(qū)及缺氧區(qū)攪拌器，增設內(nèi)回流泵等設備，內(nèi)回流比為300%。

(3)深度處理工藝段

根據(jù)污水廠現(xiàn)狀運行情況，污水廠出水可穩(wěn)定達到一級A標準，但NH3-N及TP需達到Ⅳ類水的新標準。出水NH3-N達到新標準1.5 mg/L的合格率只有60%，出水TP達到新標準0.3 mg/L合格率僅為50%，故深度處理單元重點考慮TP去除，并確保后續(xù)SS出水達標。

考慮到近期污水廠進水水質(zhì)偏淡，深度處理單元近期采用“磁混凝沉淀池+精密過濾器”，并預留遠期反硝化深床濾池用地。遠期隨著污水廠進水水質(zhì)提升及污水出水標準進一步提高，采用“磁混凝沉淀池+反硝化深床濾池”工藝[4]。

磁混凝沉淀池：磁混凝沉淀工藝是在污泥循環(huán)的基礎(chǔ)上投加磁粉，微細的磁粉顆粒作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒更容易碰撞脫穩(wěn)而形成絮體，大大提高懸浮物的去除效率[5]。磁混凝澄清池是水沉淀技術(shù)的一種創(chuàng)新，具有沉淀效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、抗沖擊能力強等優(yōu)點。磁混凝沉淀池分為兩組，每組分6格絮凝池、1座沉淀池，沉淀池平均負荷為19.53 m3/(m2·h)。

精密過濾器：為強化出水SS去除效果，在絮凝沉淀池后增加過濾工藝。結(jié)合污水廠總體布局、現(xiàn)狀進水水質(zhì)偏淡及出水設計標準，采用占地面積較小的精密過濾器作為過濾單元強化SS去除。土建按遠期9.0萬m3/d配置，分為3組，每組處理規(guī)模為3.0萬m3/d，近期安裝2臺精密過濾器。進水SS≤30 mg/L，出水SS≤10 mg/L，濾網(wǎng)孔徑為20 μm，過濾速度≥200 m3/(m2·h)，每套精密過濾器配備1臺反沖洗水泵。同時，為應對遠期出水標準進一步提升，本提標改造工程總圖布置預留反硝化深床濾池用地。

(4)尾水消毒工藝段

污水廠處理尾水至周邊河道排放，考慮到污水消毒的適應性、安全性及可靠性，接觸消毒池采用次氯酸鈉消毒。消毒接觸時間為30 min，次氯酸鈉投加量為8 mg/L，以滿足出水大腸菌群數(shù)小于103個/L。

3.3 污泥處理工藝流程

污水廠現(xiàn)狀污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機。經(jīng)過調(diào)查，現(xiàn)狀污泥脫水設備污泥濃縮效果不理想，現(xiàn)狀在貯泥池增加撇渣管以降低濃度段負荷，且藥耗較高。本次提標改造工程考慮采用設置污泥濃縮池+離心脫水機的方式進行污泥處理，濃縮脫水后的污泥提升至污泥料倉。污泥經(jīng)離心脫水后含水率降至80%以下，脫水后的污泥外運集中堆肥處理。

設計新建污泥濃縮池2座，直徑Φ=16 m，有效水深為4.5 m，污泥濃縮時間為19.30 h。污泥脫水機房采用3臺離心脫水機(2用1備)，單臺處理能力Q=37～75 m3/h，近遠期通過調(diào)整工作時間滿足污泥處理要求。

3.4 除臭系統(tǒng)

本工程除臭設計范圍是污水處理廠粗格柵進水泵房、細格柵沉砂池、生物池、污泥脫水機房、氧化溝、污泥濃縮池的廢氣處理。為滿足上海市《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標準》(DB 31/982—2016)標準要求，采用離子氧+活性炭吸附的二級處理工藝，即先通過排風機將除臭區(qū)域內(nèi)的廢氣送入特制的廢氣集中處理箱內(nèi)，與同時進入的經(jīng)過離子發(fā)生器的高能量的離子氣體在箱體內(nèi)瞬間混合、反應、分解，后進入后續(xù)活性炭反應箱內(nèi)二次處理，處理達標后的廢氣通過排氣筒排出。

4 運行效果及經(jīng)濟指標分析

本工程深度處理單元于2018年底完成，現(xiàn)已調(diào)試運行，污水廠主要出水CODCr≤30 mg/L，BOD5≤10 mg/L，TN≤10 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L，SS≤10 mg/L，TP≤0.3 mg/L，污水廠出水水質(zhì)優(yōu)于設計出水水質(zhì)標準，具體出水水質(zhì)如圖3所示。

圖3 提標改造后污水廠出水水質(zhì)Fig.3 Effluent Quality after Upgrading and Reconstruction

其中，TN、NH3-N及TP去除效果顯著，NH3-N和TP可穩(wěn)定達到地表Ⅳ類水標準，滿足污水廠提標出水水質(zhì)要求。

提標改造工程總投資為28 369.57萬元，其中建安費為22 309.36萬元，污水廠工程運行費用主要包括電費、藥劑費、水費及人工費，經(jīng)計算分析提標改造后污水廠單位處理成本為2.513元/m3，單位經(jīng)營成本為1.811元/m3。

5 結(jié)論

該污水廠提標改造工程充分發(fā)掘現(xiàn)狀構(gòu)筑物處理能力，保留處理效果較好的現(xiàn)狀氧化溝并進行適當工藝改造，新建生物池采用適應性良好的Bardenpho工藝，該工藝抗沖擊負荷強，工藝靈活可調(diào)，出水效果好。從深度處理單元結(jié)合現(xiàn)狀進水水質(zhì)情況分為近遠期兩階段實施，近期“高效沉淀池+精密過濾器”工藝，可確保出水水質(zhì)滿足設計要求的一級A+標準。該污水廠選用的提標改造設計工藝先進、技術(shù)成熟，運行效果良好，可為南方城市污水廠提標改造工程提供參考。