污水處理廠高標準提標改造思路——以蘇州木瀆新城污水廠為例

呂 順，戴棟超

(上海市城市建設設計研究總院<集團>有限公司，上海 200125)

近幾年來，我國一些重點區域及流域[1]相繼頒布城鎮污水處理廠“準Ⅳ類”尾水排放標準，相應區域內的污水處理廠“準Ⅳ類”提標工作正逐步開展。對國內部分污水處理廠“準Ⅳ類”提標案例[2-8]進行梳理和分析，普遍存在工程投資較高、實施周期較長等問題，單位工程造價指標約為800～1 200元/m3，實施周期為5～8個月。

本文總結了蘇州木瀆新城污水處理廠提標改造工程，以期為國內同類型污水處理廠的提標改造提供借鑒。

1 工程現狀

1.1 處理工藝

蘇州木瀆新城污水處理廠原處理工藝為“粗格柵及進水泵房+曝氣沉砂池+應急事故池+初沉池+倒置AAO反應池+二沉池+混凝反應池+二氧化氯+濾布濾池”，如圖1所示。

圖1 現狀處理工藝流程Fig.1 Current Process of the WWTP

根據《蘇州市吳中區八座污水處理執行<蘇州特別排放限值>評估分析報告》[9]，蘇州木瀆新城污水處理廠進水中COD、TP在春夏兩季存在明顯沖擊負荷，對生化系統造成負面影響，生物池TN達標率僅為70%。另外，進水中BOD5/TN和B/C明顯偏低，脫氮能力較弱。此外，根據現場調研，蘇州木瀆新城污水處理廠原處理系統在外加碳源情況下，可以實現出水一級A穩定達標，但離《蘇州特別排放限值》仍有一定距離，TN很難達到10 mg/L以下；原設計未考慮外加碳源設施，現狀將外碳源直接投加到生物池，碳源利用效率較低，運行控制靈活性差。

1.2 現狀構筑物

現狀主要構筑物的設計參數如表1所示。經核算，曝氣沉砂池、倒置AAO生物池、平流二沉池和混凝反應池等構筑物設計參數滿足《蘇州特別排放限值》出水標準要求，可保留利用。現狀廠區多數設備運行良好，使用年限均在5年以內，本次提標應盡可能保留利用。

表 1 木瀆新城污水處理廠現狀構筑物參數Tab.1 Current Parameters of Mudu WWTP

1.3 進出水水質分析

表2 工程設計進出水水質Tab.2 Influent and Effluent Quality of Engineering Design

圖3 改造前出水指標統計分析Fig.3 Statistical Analysis of Effluent Indicators before Reconstruction

圖2 改造前進水指標統計分析Fig.2 Statistical Analysis of Influent Indicators before Reconstruction

1.4 存在問題

木瀆新城污水處理廠進水中BOD5/TN和BOD5/TP明顯偏低，生物池脫氮除磷能力不足，TN和TP無法達到新出水標準。此外，原設計未考慮外碳源投加設施，后續技改中新增外碳源投加簡易裝置，將外碳源直接投加生物池，但碳源利用效率較低，運行控制靈活性差。

2 提標改造方案

本次技術方案選擇應注意：(1)現狀廠區內可利用面積相當有限，必須選擇占地較小的處理工藝，且構筑物的布置需高度集約化；(2)本次改造應充分挖掘現有設施能力，對原設計有余量的現有設施進行改造，提升現有設施處理能力；(3)應著重考慮布局的合理性，做到與現有工程銜接順暢，合理利用現有處理設施，盡量不影響污水處理廠正常運行，以減少工程投資；(4)在改造期間，不能降質減量改造，不能斷水施工。

根據現有處理設施運行狀況分析，出水指標TN、TP無法達到新標準，污水進水中，BOD5/TN明顯偏低，碳源明顯不足。因此，提標改造方案選擇應著重于強化脫氮除磷，本工程分別通過生物池改造和新增深度處理設施2種技術手段實現提標改造。

2.1 生物池改造方案

根據本工程污水處理廠特點，綜合考慮處理效率、節地、適合一體化布置以及工程應用案例等多方面因素。本工程擬選擇AAO、MBBR、Bardenpho和MBR這4種工藝[2]進行綜合比選，如表3和表4所示。

表 4 4種生物處理工藝綜合因素比較Tab.4 Comparison of Comprehensive Factors among Four Biological Treatment Processes

由表3和表4可知，4種工藝方案均能使出水水質達標。方案二主要針對現狀生物池池容不足，需通過提高污泥濃度強化生物處理，考慮到本工程現狀生物池池容尚有富裕，采用方案二可能造成投資浪費。但是，方案三(Bardenpho工藝)可以在傳統工藝基礎上，強化脫氮處理，處理效果最佳。同時，由于新標準出水CODCr要求極高(低于30 mg/L)，在生化處理池內投加外碳源可以降低對深度處理的外碳源強化壓力，避免因外碳源投加過量造成出水CODCr超標。此外，與其他工藝相比，方案三運行費用低、工程改造投資較低、運行維護也較低，特別是現有生物池的池型較易改造成Bardenpho工藝。綜合比選，本工程生物處理工藝選用方案三——Bardenpho工藝。

2.2 深度處理方案

新排放標準TN、TP、CODCr等指標要求較高，通過二級處理無法達到新標準要求的排放濃度。因此，需在二級處理后續增加深度處理設施。根據現有進出水水質數據統計分析，深度處理設施應著重考慮強化脫氮和除磷工程，保證出水達標。針對本工程特點，選用國內常見的深度處理工藝進行比選，主要有曝氣生物濾池(BAF)、反硝化深床濾池和生物活性炭濾池(BACF)。針對本工程規模及出水水質特點，上述3種濾池性能參數的比較[4]如表5所示。

表5 3種濾池性能參數比較Tab.5 Comparison of Performance Parameters among Three Filters

3 工程方案設計

3.1 生物池改造方案

現狀AAO生物池停留時間為19.7 h，根據計算，采用倒置AAO生物池工藝，生物池停留時間最小為18.5 h，現狀生物池池容尚有富余。為挖掘現狀倒置AAO生物池潛力，對現狀倒置AAO生物池改造，強化生物脫氮除磷。

本次改造將現狀AAO生物池改造為Bardenpho生物池。針對生物池現狀，提出改造為Bardenpho生物池的思路，具體如圖4所示。

圖4 生物池改造示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Bio-Reactor Reconstruction

對原有倒置AAO進行改造，改成Bardenpho生物池，新增好氧Ⅰ段向缺氧段回流，原回流位置不變。此種工藝可以極大地強化生物脫氮效果，但與改造前相比，生物除磷效果強化并不顯著。

池內設置缺氧Ⅰ段、厭氧段、好氧Ⅰ段、缺氧Ⅱ段和好氧Ⅱ段，水力停留時間分布為5.7、2、8、2 h和2 h，總停留時間為19.7 h。

原生物池設備全部保留利用，新增潛水攪拌器8套，采用潛水攪拌器(變頻控制)，P=3.5 kW，D=2 500 mm，轉速為620 r/min；新增潛水水平軸流泵12套(8用4備)，Q=1 050 m3/h，P=10 kW，H=1.2 m。

3.2 深度處理設計方案

3.2.1 反硝化濾池

新建反硝化濾池1座，尺寸L×B×H=64.5 m×33.0 m×8.0 m，分8格，單格有效過濾面積為114.6 m2。反硝化濾池高峰時表面負荷為7.92 m3/(m2·h)，平均時表面負荷為6 m3/(m2·h)；強制濾速為6.85 m3/(m2·h)；反洗氣強度為90 m3/(m2·h)；氣沖時間為5 min；反洗水強度為15 m3/(m2·h)；水洗時間為20 min；濾料層厚度為1.83 m。

3.2.2 二次提升泵房

新建二次提升泵房1座，與反硝化濾池合建，尺寸L×B×H=16 m×8.5 m×7 m，設計最大流量為5 600 m3/h。泵房內設置潛水軸流泵3臺，2用1備，單泵參數為Q=2 800 m3/h，H=3.7 m，N=55 kW，變頻控制。

3.2.3 碳源加藥設施

新增碳源加藥設施1套，與反硝化濾池合建，置于濾池反沖洗廢水池頂部。碳源采用乙酸鈉，最大投加量為30 mg/L，投加濃度為5%。

加藥設施內設置碳源儲罐2套，單套容積V=15 m3；隔膜計量泵3套(2用1備)，單泵Q=100～300 L/h，P=0.35 MPa，N=0.75 kW。

該廠提標改造方案及工藝流程如圖5和圖6所示。

圖5 木瀆新城污水處理廠改造方案示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Mudu WWTP

圖6 污水處理廠改造工藝流程圖Fig.6 Process Flow of the WWTP

3.3 改造方案優化

本工程改造內容主要分3部分：生物池改造、新建深度處理(反硝化濾池、二次提升泵房和碳源加藥池)和工藝管線改接。本工程改造方案在充分利用現有廠區條件下，對改造方案進行精心設計，從而實現縮短實施周期、減少工程量和實現不斷水的效果。

生物池基本維持現有池體土建不變，充分利用現有設備條件。生物池改造僅新增Φ600開孔12處，潛水軸流泵12臺，潛水攪拌器8臺。生物池共2組，單組分2格，共4格。設計對4格生物池依次分組改造，實現改造期間出水穩定達標；對反硝化濾池、碳源加藥池和二次提升泵房進行合建，合并為一體化構筑物。對一體化構筑物的平面布置、設計標高和基坑深度進行反復優化，一體化構筑物標高控制在深基坑限值4 m以內，構筑物底板齊平，水流順暢，設備和構筑物距離盡可能縮短，方便基坑開挖、構筑物模板澆筑和設備安裝，從而縮短工期和節約投資；對廠區管線改建進行優化，一體化構筑物的進出水管與原管道均在合適位置采用焊接三通快速連接，進出水管管位合理，可與構筑物同溝槽開挖，從而實現工藝管線改接在2 d內實施完成。

本次提標改造工程費用為6 207.94萬元，其中生物池改造為637.35萬元，一體化構筑物為4 689.92萬元，其他費用為880.67萬元，單位工程造價指標僅為723.46元/m3。新增處理成本為0.28元/m3，其中藥劑費用為0.15元/m3，動力費用為0.08元/m3。工程實施周期僅為4個月，其中生物池改造為60 d，一體化構筑物為95 d，管線改接為15 d。而在國內類似項目[2-8]中，單位工程造價指標為800～1 200元/m3，其中生物池改造為100～250元/m3，深度處理為450～600元/m3；新增處理成本為0.29～0.36元/m3，實施周期為5～8個月。與國內類似項目相比，本方案具有實施周期短、建設費用低、運行成本省等優點。

4 出水水質

改造完成后，對改造后的該污水處理廠出水水質進行分析統計(2020.8—2020.12)，出水水質如表6所示。由表6可知，改造后的污水處理廠出水水質中各項指標均穩定達標。

表 6 改造后的工程出水水質Tab.6 Effluent Quality of Mudu WWTP after Reconstruction

5 結語

(1)本次提標改造方案：因地制宜地改造原有倒置AAO生物池為Bardenpho生物池，新建反硝化濾池。

(2)改造方案實施后，工程運行良好，出水水質穩定達標。

(3)本次提標改造實施周期僅為4個月，單位工程造價指標為723.46元/m3，新增處理成本為0.28元/m3，與國內同類污水處理廠改造項目相比，具有實施周期短、建設費用低、運行成本省等優點。