西南地區典型城市污水處理廠提標改造及擴建工程設計總結及運行優化

張鑫 孫飛 胡邦 張萬里

摘要：遵義市某城市污水處理廠原出水滿足一級B限制，設計規模1.0×104m3/d。對現狀規模進行提標改造并同步實施2.0×104m3/d的擴建工程，出水標準均提高至一級A限制。提標工程采取新增碳源加藥與除磷加藥措施、強化曝氣效率等手段強化現狀一體式氧化溝處理能力，新增過濾工藝強化SS、COD等指標去除效率。擴建工程采用預處理+改良式AAO生化池+二沉池+V型濾池工藝。污泥系統統籌設計，新建規模3.0×104m3/d，脫水污泥含水率提高至60%。投產運行后，擴建工程出水穩定達標;提標改造工程出水SS存在超標問題，分析原因后采取適當的優化措施，取得良好效果，滿足設計要求。

關鍵詞：強化生化處理;提標改造與擴建;工程設計總結與優化

1 工程概況

遵義市某城市污水處理廠運行規模1.0×104m3/d，進水成分以生活污水為主，工業廢水占比約12%。工藝流程：粗細格柵及旋流沉砂池的預處理，一體式氧化溝的生化沉淀，紫外消毒出水，出水滿足一級B要求。脫水污泥含水率80%?，F狀工程占地24畝，預留用地29.11畝。本次工程設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中的一級A限制。脫水污泥含水率提高至60%。工程設計規模：現狀1.0×104m3/d（提標改造）、2.0×104m3/d（擴建工程）。設計開展之前對水廠現在運行的實際進、出水水質進行采集分析，近一年水質數據如見表1.

可見，進出水水質波動較大，出水指標均滿足一級B限制要求。其中出水BOD指標的平均值滿足新標準要求，TN、NH3-N、CODcr指標的平均值接近新標準限制。SS、TP指標的平均值遠不能滿足新指標要求?，F狀CODcr、BOD、NH3-N、TP、TN、SS指標的達標率：35.7%、83.4%、41.7%、5.7%、38.3%、0%。針對新指標，現狀工藝去除SS、TP明顯能力不足。以運行水質數據的95%涵蓋率，作為提標改造及擴建工程設計進水水質的取值依據，得出本次工程設計進出水水質及指標去除率，見表2：

2 重難點分析及工藝措施

①針對新指標的要求，現狀工藝系統去除SS、TP的能力不足，針對于深度去除SS、TP的工藝較多，如高效沉淀池、高效氣浮池、混凝沉淀等;如何結合水廠現狀，選擇經濟、有效且實施復雜性不高的工藝。工藝措施：現狀預處理+一體式氧化溝工藝，對TP的去除完全生物作用，SS去除主要依賴二沉池泥水分離作用，考慮輔以化學除磷并新增深度過濾措施，保證TP、SS達標。

②從現進水水質的B/C比、B/N比來看，污水的可生化性較好且具備足夠的反硝化能力?，F一體式氧化溝停留時間充足，是否可以采取適當的手段強化生化處理能力，保證出水TN、NH3-N、BOD滿足新標準。工藝措施：在一體式氧化溝轉碟表面供氣方式下適當補充池底微孔曝氣器，提高氧氣傳質能力，并外加碳源確保總氮達標。

③現運水廠無法長時間停產，工程的實施不應對運行產生較大影響。工藝措施：提標工程新建深度過濾工藝選擇處理一體式處理設備，比新建構筑物施工便利、投產周期短[1];擴建工程深度過濾采用V型濾池，按照總規模3.0×104m3/d設計，投產后接收兩期工程二沉池出水，比過濾設備在運行上更為穩定且耐負荷能力高。

④擴建工程根據現狀工程的運行情況，在工藝設計上同步優化改善。工藝措施：擴建工程選擇改良AAO生化池+二沉池工藝，比現狀一體式氧化溝工藝在脫氮除磷方面更有優勢[2];現狀紫外消毒方式經常出現燈管損壞，影響消毒效果，擴建工程采用次氯酸鈉加藥消毒，效果好效率高。

3 工程設計

3.1 ?提標改造工程

①深度過濾系統

現狀工程預留用地新建設備基礎，安裝1套（2組并聯運行）纖維轉盤濾池一體式成套設備，處理水量1.0×104m3/d，確保SS、COD的深度去除?？偙P片數量24片（單組12片），盤片直徑2000mm，單盤過濾面積2.7m2，單盤處理流量19.2m3/h，單盤清洗水量10m3/h，過濾水頭損失50-250mm。設備整體尺寸6800×6000×3500mm。

②加藥系統

加藥間設置化學除磷和碳源加藥系統，提高TP去除能力，強化反硝化作用。加藥間利用現狀機修車間的一部分進行改造。設備規模1.0×104m3/d。

③一體式氧化溝改造

新增生化供氣風機，在現狀氧化溝在池體適當位置加裝池底微孔曝氣器，彌補轉蝶曝氣出力不足。新增曝氣管路安裝控制閥門，生產中根據生化功能的運行情況，靈活調整供氣量、控制曝氣盤工作數量，強化現狀氧化溝的生化處理能力。盤式微孔曝氣器：400套，Q=4m3/h/套。

3.2 ?擴建工程

擴建工程：新建中間泵房及V型濾池、消毒及污泥系統設計規模3.0×104m3/d，其余新建構（建）筑物以2.0×104m3/d規模設計。

①格柵及進水泵房

新建粗格柵及進水提升泵房1座。泵房集水池有效容積150m3，主要設備：機械回轉型粗格柵2套，渠寬1000mm，過柵流速1m/s，柵前水深1040mm，柵隙10mm;配置大小泵，便于調控和運行。大泵3臺（變頻控制潛水泵，2用1備，Q=560m3/h，H=13.5m，N=37Kw），小泵1臺（變頻控制潛水泵，單臺Q=280m3/h，H=13.5m，N=22Kw）;閘門4套、螺旋輸送機1套、電動單梁懸掛吊車1套。

②格柵及旋流沉砂池

細格柵及旋流沉砂池1座。旋流沉砂池前安裝轉鼓細格柵，柵隙3mm。細格柵渠設計2條，單渠寬1.9m。旋流沉砂總表面面積48m2，分2組并聯運行。主要設備：安裝2套轉鼓式細格柵，v過柵=0.5m/s，產渣量2m3/天。安裝2套旋流沉砂器（Q=72m3/h）。格柵渠安裝疊梁閘、調節堰門，格柵配套高低壓沖洗水泵、螺旋輸送機，沉砂器配套提砂泵、砂水分離器。

③良式AAO生化池

新建生化池1座，分2組并聯運行。生化池分為預缺氧功能段、厭氧功能段、缺氧功能段、好氧功能段、污泥回流排放區。采用池底微孔曝氣方式。多點配水的進水方式，可根據不同水質、季節條件結合脫氮、除磷所需營養物的變化，調節不同功能區進水比例，強化脫氮除磷效果，提高運行的靈活性。回流污泥協同生化池進水率先經過預缺氧功能段，進行預缺氧反硝化作用，為厭氧功能段消除硝酸根離子對生物除磷的競爭作用，減輕缺氧段工作負荷。設計污泥濃度3.5g/L，以1.5倍設計水量（2.0×104m3/d）確定污泥回流泵流量，污泥回流泵及污泥排放泵型式選擇潛污泵，安裝于污泥回流排放井;以2.5倍設計水量確定硝化液回流泵流量，泵型式選擇穿墻泵，安裝于好氧區末端，總水力停留時間17.6h，停留時間比為預缺氧：厭氧：缺氧：好氧=0.6：1.1：2.4：5.9。氣水比6.6：1。安裝潛水攪拌器8套（預缺氧區2套，單套2.5Kw;厭氧區2套，單套5Kw;缺氧區4套，單套3Kw）。塔式曝氣器1590套，Q=3.5 m3/h·單套，服務面積0.82m2/套。

④二沉池

二沉池設置1座，采用周進周出圓形輻流式。主要設備：中心傳動刮吸泥機1套，排渣堰門1套，閉水閘門1套。二沉池表面負荷0.82m3/m2·h。

⑤中間泵房及V型濾池

V型濾池1座6格，設計規模3.0×104m3/d?，F狀一體式氧化溝二沉池及擴建工程二沉池出水自流進入中間泵房，提升進入V型濾池進水渠，泵房與V型濾池疊合設計。泵房集水池有效容積250m3。濾池單格過濾面積52.8m2，運行濾速6m/h（Q=2.0×104m3/d），強制濾速7.9mh，峰值濾速9m/h（Q峰值=3.0×104m3/d）。濾層厚度1.5m，濾層水損1.7m，清潔層高度2.75m。單氣洗強度、氣水同時反洗氣洗強度、水洗強度、水漂洗強度、表面掃洗強度設計分別取值15、15、3、6、1.5L/s·m2。反洗設備設置于綜合車間內。

⑥清水消毒池及廢水池

濾池反洗水進入廢水池，清水消毒池發揮消毒計加藥接觸反應的作用，兩池合建，設計規模3.0×104m3/d。清水消毒池停留時間30min，有效水深3.5m。廢水池有效容積288m3，大于V型濾池單次反洗排水量220m3。

⑦污泥系統

新建總規模3.0×104m3/d污泥處理系統，滿足脫水污泥達到60%含水率的要求。日總干泥產量5615kg/d，污泥含水率99.3%。新建污泥濃縮池1座，設直徑14m中心傳動濃縮機1套;新建污泥調理池2座，設直徑3m耙式攪拌機2臺;粉料提升裝置1套，容積10m3;水平、傾斜螺旋輸送機各1套（D=200mm）。濃縮后污泥進入調理池。污泥調理：PAM投加量4%kgDS/d，配置濃度0.4%，FeCl3投加量10%～15%kgDS/d，投加濃度38%，CaO投加量15%～20%kgDS/d。調理改性污泥去污泥脫水機房深度脫水，設2套液壓隔膜壓濾機，單臺過濾面積300m2（處理能力1.5tDS/周期），單周期運行時間3～4h，兩套板框機同時運行2個批次即滿足污泥日總處理需求。脫水機房為兩層框架式結構，二層布置2臺脫水機及壓縮空氣系統1套（Q=2.4m3/min），一層布置污泥進料系統、清洗及壓榨系統、混凝劑與鐵鹽投機系統。

⑧綜合車間

新建1座生產輔助集成車間。車間內鼓風機房設3臺生化曝氣風機（2用1備，風機型式采用多級離心，Q=45m3/min，H=220m，N=18.5Kw）;進風廊道安裝2套過濾卷簾，過風流速1.5m/s。車間內加藥間設PAC加藥系統、醋酸鈉加藥系統及次氯酸鈉加藥系統各1套。車間內反洗機房設3臺濾池反洗泵，2臺常用1臺備用，反洗流量580m3/h，反洗揚程13m，反洗泵選擇中開臥式離心泵。設2臺反洗風機，1用1備，反洗風量48m3/min，反洗壓力53.9Kpa，風機選擇羅茨風機，變頻控制。

4 運行效果及分析

該項目2018年7月施工，2018年9月提標改造工程投產運行，2019年5月擴建工程投產運行。2018.09～2019.09近一年時間的實際進水水質、提標改造工程出水水質與2019.05～2019.09四個月的擴建工程實際出水水質，如表4所示：

可見，擴建工程出水穩定達標。提標改造工程CODcr、TP、TN指標穩定至一級A限制，BOD、NH3-N指標優于出水標準。擴建工程出水水質整體優于提標工程，可能是由于新建改良AAO生化+二沉池的處理效果優于現狀一體式氧化溝，也可能優于現狀設備運行上存在問題，需要加強維護。

提標改造工程出水SS不達標，出水COD具有超標風險。兩期工程工藝處理體系基本相同（預處理、生化處理、深度過濾），多數污水廠運行經驗表明，預處理+生化處理+深度處理，針對以生活污水為主的城鎮污水處理廠可以確保出水SS、COD穩定達到一級A要求。

5 運行優化措施

針對此問題，在運行中對現狀工程整個處理系統做全流程檢測與分析，考察工藝構筑物及工藝設備運行情況[3]。一體式氧化溝的污泥濃度及污泥體積指數，月平均值指標如表4：

可見，現狀工程2座一體式氧化溝污泥體積指數正常，污泥濃度相差較大，其中2#氧化溝污泥濃度過高，1#氧化溝污泥濃度在正常值之上。剩余污泥排放控制不當可導致污泥濃度異常，頻繁排泥導致污泥濃度較低，排泥次數較少導致污泥濃度較高。污泥濃度過高勢必提高二沉池接收負荷，導致出水SS難以達標，亦影響出水CODcr的去除效果。全流程檢測發現，現狀沉砂池、氧化溝及二沉池的設備存在損壞或出力不足的情況。沉砂池中沉砂攪拌器1臺故障，排渣風機2臺損壞;氧化溝潛水推流器3臺損壞，污泥回流泵3臺損壞。二沉池2臺刮泥機故障率也較高。對出力不足和損壞的設備進行更換，出水SS及COD指標有明顯提升，穩定達標。

6 工程投資及效益分析

工程總投資7825.47萬元，其中工程直接費6248.74萬元。新增經營成本1.508元/噸，新增總成本2.786元/噸。經營成本中，新增電費0.397元/噸，電費取價0.8元/（Kw·h），用電負荷621Kw。新增藥劑費0.368元/噸，其中PAC 0.6萬元/噸，投加量40mg/L;FeCl3 0.05萬元/噸;乙酸鈉0.28萬元/噸;CaO 0.08萬元/噸;消毒劑0.68萬元/噸，投加量3mg/L。

7 結語

①本項目為遵義某城鎮污水處理廠的提標改造及擴建工程。提標改造在現狀氧化溝池底補充配置池底微孔曝氣器，新增化學除磷與碳源加藥系統，強化生化處理能力。新建纖維轉盤濾池成套設備作為深度過濾措施。

②在主體生化工藝的選擇上，擴建工程采用改良式AAO+二沉池工藝，多點配水的設置，可根據進水水質和脫氮除磷的需要，靈活調配進水比例;更利于脫氮除磷。在實際運行中的NH3-N、TN、TP、BOD去除效果略優于提標工程。

③提標工程在在不改變現狀池體結構，減小施工對現狀水廠的影響。深度過濾選擇一體式成套過濾設備，具有投資小、施工周期短，占地小的特點，提高了SS、COD等的去除效果。

④擴建工程建構筑物設計規模的選擇上兼顧現狀工程。工程實施后投運初期，提標工程出水SS超標，通過對現狀工藝處理體系全流程分析檢測，發現現狀工藝設備出力不足及損壞問題導致污泥濃度異常，加大沉淀池負荷，造成出水SS超標，并影響COD指標的處理效果。

參考文獻

1.秦栽根，閆萍. 某污水廠不停水不擴地提標改造及擴建工程設計[J]. 中國給水排水， 2020， 36（14）：5.

2.王成剛， 張德華， 溫超. 改良AAO工藝在污水處理廠擴建工程中的應用[J]. 凈水技術， 2017， 36（A02）：4.

3.王曉保， 趙愛平. 污水處理廠設備運行及管理存在的問題與優化措施[J]. 中國科技投資， 2021.

作者簡介：張鑫（1988—），男，碩士，工程師，主要從事城市污水處理廠、給水廠以及管網的設計研究工作。

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