某城市生活污水處理廠提標改造技術探討

方 濤 劉 棟 李朝輝 楊 成 韓玉賓

(中建五局第三建設有限公司，四川 自貢 643000)

1 項目背景

四川某城市生活污水處理廠分兩期建設：一期工程于2001年建設完畢，二期工程于2012年建設完畢；總占地面積為60 169.0 m2，設計日處理污水總量為10.0萬m3/d。其中，一期采用“粗細格柵及提升泵房+旋流沉砂池+厭氧池+氧化溝+二沉池+纖維轉盤過濾池+紫外消毒渠”處理工藝，二期采用“粗細格柵及提升泵房+旋流沉砂池+厭氧池+生化池+二沉池+二次提升及深度處理+紫外消毒渠”處理工藝，設計出水水質均達到GB 18918—2002城鎮污水廠污染物排放標準中一級A標準排入附近河流中。隨著近年來國家及人民對環保要求的不斷提高[1-3]，各個流域針對其獨有的環境要求[4,5]，使得該污水處理廠直排水質不能滿足相關要求。

同時，根據2017年實際監測數據，一、二期進出水水質現狀如下：1)BOD5進水濃度較低，出水濃度基本均處于8 mg/L以內；2)CODCr進水濃度有一定的波動性，出水濃度基本處于25 mg/L(一期)、30 mg/L(二期)以內；3)NH3-N進水濃度波動較小，出水濃度基本處于2 mg/L以內；4)TN進水濃度波動較小，出水濃度基本處于10 mg/L(一期)，13 mg/L(二期)以內，去除效果較好；5)SS進水濃度波動較大，出水濃度基本均處于10 mg/L以內，去除效果較好；6)TP進水濃度較穩定，出水濃度基本穩定，均處于0.5 mg/L以內。綜上所述，該城市污水處理廠現有工藝及運行參數不能滿足新出水標準的要求，特別是BOD5,NH3-N,TN,TP等指標參數(即直排河流出水水質要達到DB 51/2311—2016四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準的規定)。

2 提標改造

2.1 設計思路[6-8]

首先，在執行國家環境保護的政策，符合國家對城市污水治理的有關法規、規范及標準的大前提下，使工程建設與城市發展相協調，逐步解決污水排放對環境造成污染的問題，充分發揮建設項目的社會、環境和經濟效益。對此次提標改造項目的設計思路如下：

1)優化高程設計及水頭損失，經過技術、經濟反復比較，在池深和占地兩方面選擇最優的組合，以降低工程投資及運行費用。

2)充分利用現狀構(建)筑物進行改造，降低污水處理廠占地面積，節省投資及運營費用。

3)采用技術先進成熟、處理效果好、運行穩定可靠、保證率高、操作管理較簡單的氧化溝型A2/O+高效沉淀池+反硝化生物濾池工藝，實現對脫氮和除磷的碳源合理分配，降低回流污泥中硝酸鹽對后續厭氧環境的不利影響。

4)做好通風及除臭設計，保證污水廠運行安全及舒適的工作環境，且使得污水處理廠臭氣達標排放，對周圍居民的生產生活無影響。

5)由于改造水廠地理位置特殊，臨近河流，將污水處理廠地面層的交通通道出入口、消防通道、通風口等造型結合景觀設計，與景觀融為一體。

2.2 優化工藝

本提標改造工程總設計規模為10.0萬m3/d，總變化系數為1.27，在排查過程中，突出的問題如下：粗細格柵渠渠寬基本能滿足過流10.0萬m3/d的要求，但三索鋼絲繩式粗格柵撈渣器破損，撈渣效率低下；細格柵易纏繞較多纖細物，致使轉動鏈條易斷裂；由于提升泵采用干式離心泵，致使轉軸汽蝕嚴重，泵使用壽命短，特別是二期因原預留場地受限，提升泵采用兩用一備，檢修時影響二期的正常運轉；二期深度處理采用316L鋼絲網轉盤過濾，過濾孔隙較大，對SS的過濾效果較差，且易損壞，影響出水SS穩定性。

同時，該提標改造項目出水就近排入河流，根據相關文件要求，直排河流出水水質達到DB 51/2311—2016四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準的規定，故本項目設計進水及出水水質指標如表1所示。

表1 項目設計進水及出水水質指標表

從表1中可以看出：BOD5的去除率為96.7%，TP的去除率為92.5%；而一般情況下BOD5的去除率為95%，TP的去除率為75%[9]；另外，由于出水氨氮濃度要求在1.5 mg/L以下，要求生化階段較長的曝氣時間，如此勢必影響污泥的沉降性能，從而使SS穩定在10 mg/L以下有一定難度。因此，還需在二級處理末端增加深度處理環節。

針對上述問題，進行優化處理工藝：預處理采用粗細格柵及提升泵房+旋流沉砂池+超細格柵工藝；生化處理采用氧化溝型A2/O(加MBBR填料)+二沉池工藝，污水深度處理采用高效沉淀池+反硝化生物濾池系統處理；消毒采用紫外線消毒工藝；污泥處理采用帶式濃縮機+板框壓濾機脫水至污泥含水率60%以下后，送至垃圾填埋場填埋。

2.3 新建構(建)筑物

2.3.1一期(5.0萬m3/d)

1)新建超細格柵一座。

渠寬1.7 m，渠深2.1 m，一座兩格，可根據格柵前后水位差或按時間周期自動控制清渣，也可就地手動控制清渣；配置內進式旋轉濾網格柵2臺，格柵間隙2 mm，安裝角度90°，過柵水頭損失為0.35 m。

2)氧化溝改造。

a.新建缺氧池一座：構筑物尺寸為L×B×H=57.0 m×(9.6～25.4)m×8.1 m，停留時間為3.5 h；有效水深為7.7 m；填料區尺寸為L×B×H=57.0 m×9.6 m×8.1 m，填料投加比為1∶0.3，投加量為1 248.0 m3，規格16.0 mm×16.0 mm×8.0 mm，比表面積不小于700.0 m2/m3，方形，表面光滑，孔隙率大于80%。

b.氧化溝改造：好氧區新增內回流泵(單池3臺，兩用一備)至缺氧池；原好氧、缺氧區增加MBBR填料，投加比1∶0.4，并新增推流器8臺；更換曝氣盤。

3)新建除臭裝置一套。

為減少對周圍居民的生活環境的影響，考慮對污水廠部分構筑物進行除臭，而廠區外100 m范圍內無敏感居民點，采用生物除臭法，廠區內臭氣污染物處理后執行GB 18918—2002城鎮污水廠污染物排放標準中廢氣排放的二級標準；臭氣處理設施運行流程為臭氣源密閉系統→臭氣收集系統→風機→輸送系統→填料生物濾池，其設備基礎尺寸為L×B×H=23.5 m×6.0 m×0.2 m；內置生化池生物除臭設備2套，Q=14 000 m3/h，P=2 500 Pa，N=18.5 kW。

4)新建機修倉庫。

原機修倉庫位置被新建污泥濃縮脫水間占用，需新建機修倉庫一座。尺寸為L×B×H=28.8 m×10.2 m×7.85 m，建筑面積為315.9 m2，層數一層。

2.3.2二期(5.0萬m3/d)

1)新建超細格柵一座。

渠寬1.7 m，渠深2.1 m，一座兩格，可根據格柵前后水位差或按時間周期自動控制清渣，也可就地手動控制清渣；配置內進式旋轉濾網格柵2臺，格柵間隙2 mm，濾網尺寸=5 mm×5 mm，安裝角度90°，過柵水頭損失為0.35 m。

2)新建脫水機房一座。

本工程污泥處理采用帶式污泥濃縮脫水+板框壓榨脫水，處理構筑物包括儲泥池、濃縮脫水間，見表2。

表2 脫水機房單體構筑物說明表

3)生化池改造。

原好氧、缺氧區增加MBBR填料，投加比1∶0.2，并新增推流器4臺；新增內回流泵(單池3臺，兩用一備)；更換曝氣盤。

4)新建反沖洗風機房及加藥間一座。

a.反沖洗風機房主要為反硝化生物濾池反沖洗時提供空氣，構筑物尺寸為L×B×H=30.6 m×7.5 m×(4.2～6.9)m，單層框架結構。

b.加藥間主要為乙酸鈉及PAM投加設備，乙酸鈉主要作為生化池缺氧區碳源以及反硝化生物濾池碳源；PAM投機加至高效沉淀池絮凝池。其中，PAC投加中除磷摩爾比采用Al∶P=2.2∶1，PAC除磷量為0.8 mg/L，總磷去除量為80 kg/d；乙酸鈉投加量為5.7 mg/mg NO3-N，去除總氮量為5 mg/L，總氮去除量為500 kg/d；碳源選用固體乙酸鈉(含量98%)，配置濃度為30%；需要乙酸投加量6 107.14 kg/d，液體乙酸鈉溶液體積V≈18 m3。

5)新建高效沉淀池及反硝化生物濾池一座(合建，10.0萬m3/d)。

a.高效沉淀池(合建)：由機械混合池、機械反應池、斜管沉淀池組成，采用鋼筋混凝土結構，共設置兩座，一座兩格，共四格，進一步高效去除污水中的大部分砂粒和懸浮物。單座高效沉淀池(設計處理水量為5萬m3/d)設計參數如表3所示。

表3 單座高效沉淀池設計參數表

b.反硝化生物濾池(合建)：構筑物尺寸為L×B×H=53.8 m×16.04 m×(6.91～9.11)m；設計規模為10.0萬m3/d；反硝化容積負荷q=0.42 kgNO3-N/(m3·d)(即將TN由15 mg/L降至10 mg/L)，平均水力負荷為6.4 m3/(m2·h)；有效水深H=6.10 m；填區高度H1=2.3 m，承托層高度H2=0.44 m；設計濾速為6.4 m/h；反沖洗周期為24 h，空氣沖洗強度為12 L/(m2·s)，水沖洗強度為8.0 L/(m2·s)；反沖洗時間：氣洗、水洗各5 min，聯合沖洗5 min。

c.紫外消毒渠、計量渠及尾水泵房(見表4)。

表4 紫外消毒渠、計量渠及尾水泵房單體構筑物說明表

6)新建出水儀表間一座。

因廠區用地有限，新建紫外消毒渠、計量渠及尾水泵房占用了現狀出水儀表間，故本次設計將新建出水儀表間一棟，建筑尺寸為L×B×H=9.0 m×4.2 m×3.6 m(包括藥品儲存間)，利用現有監測裝置。

7)新建除臭裝置兩套。

為減少對周圍居民的生活環境的影響，考慮對污水廠部分構筑物進行除臭，而廠區外100 m范圍內無敏感居民點，采用生物除臭法，廠區內臭氣污染物處理后執行GB 18918—2002城鎮污水廠污染物排放標準中廢氣排放的二級標準；臭氣處理設施運行流程為臭氣源密閉系統→臭氣收集系統→風機→輸送系統→填料生物濾池。

預處理及脫水機房生物、生化池除臭設備各一套，其基礎尺寸均為L×B×H=23.5 m×6 m×0.2 m；均內置生化池生物除臭設備1套，Q=19 000 m3/h，P=2 500 Pa，N=22 kW。

3 工藝評價

采用“粗細格柵及提升泵房+旋流沉砂池+超細格柵+ A2/O生化池+二沉池+高效沉淀池+反硝化生物濾池+紫外消毒渠”工藝，可有效降低BOD5，CODCr，NH3-N,TN,SS,TP等指標參數。詳細處理情況如表5,表6所示，項目建成效果圖如圖1所示。

表5 各級處理程度及出水控制指標表

表6 三大污染物處理分析一覽表

4 結語

針對出水標準提高的城市生活污水處理廠改造工程，對于BOD5,CODCr,NH3-N,TN,SS,TP等指標參數超標的情況，可通過以下方式改進：新建超細格柵，可降低污水中SS指標；改造現有氧化溝式的A2/O生化處理工藝(對原有氧化溝內進行厭氧區、缺氧區、好氧區的重新分區)，并在其中投加MBBR懸浮填料，在缺氧區新增碳源投加設施，對好氧區增加曝氣量，可降低污水中BOD5,CODCr,TN,TP等指標；新建高效沉淀池及反硝化生物濾池，并在高效沉淀池中投加除磷劑，可進一步去除污水中的TP,SS,TN和CODCr等指標。