污水處理廠高標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)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(shè)設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200125)

近幾年來，我國(guó)一些重點(diǎn)區(qū)域及流域[1]相繼頒布城鎮(zhèn)污水處理廠“準(zhǔn)Ⅳ類”尾水排放標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的污水處理廠“準(zhǔn)Ⅳ類”提標(biāo)工作正逐步開展。對(duì)國(guó)內(nèi)部分污水處理廠“準(zhǔn)Ⅳ類”提標(biāo)案例[2-8]進(jìn)行梳理和分析，普遍存在工程投資較高、實(shí)施周期較長(zhǎng)等問題，單位工程造價(jià)指標(biāo)約為800～1 200元/m3，實(shí)施周期為5～8個(gè)月。

本文總結(jié)了蘇州木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造工程，以期為國(guó)內(nèi)同類型污水處理廠的提標(biāo)改造提供借鑒。

1 工程現(xiàn)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(jìn)水泵房+曝氣沉砂池+應(yīng)急事故池+初沉池+倒置AAO反應(yīng)池+二沉池+混凝反應(yīng)池+二氧化氯+濾布濾池”，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)狀處理工藝流程Fig.1 Current Process of the WWTP

根據(jù)《蘇州市吳中區(qū)八座污水處理執(zhí)行<蘇州特別排放限值>評(píng)估分析報(bào)告》[9]，蘇州木瀆新城污水處理廠進(jìn)水中COD、TP在春夏兩季存在明顯沖擊負(fù)荷，對(duì)生化系統(tǒng)造成負(fù)面影響，生物池TN達(dá)標(biāo)率僅為70%。另外，進(jìn)水中BOD5/TN和B/C明顯偏低，脫氮能力較弱。此外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，蘇州木瀆新城污水處理廠原處理系統(tǒng)在外加碳源情況下，可以實(shí)現(xiàn)出水一級(jí)A穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但離《蘇州特別排放限值》仍有一定距離，TN很難達(dá)到10 mg/L以下；原設(shè)計(jì)未考慮外加碳源設(shè)施，現(xiàn)狀將外碳源直接投加到生物池，碳源利用效率較低，運(yùn)行控制靈活性差。

1.2 現(xiàn)狀構(gòu)筑物

現(xiàn)狀主要構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。經(jīng)核算，曝氣沉砂池、倒置AAO生物池、平流二沉池和混凝反應(yīng)池等構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)滿足《蘇州特別排放限值》出水標(biāo)準(zhǔn)要求，可保留利用。現(xiàn)狀廠區(qū)多數(shù)設(shè)備運(yùn)行良好，使用年限均在5年以內(nèi)，本次提標(biāo)應(yīng)盡可能保留利用。

表 1 木瀆新城污水處理廠現(xiàn)狀構(gòu)筑物參數(shù)Tab.1 Current Parameters of Mudu WWTP

1.3 進(jìn)出水水質(zhì)分析

表2 工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Influent and Effluent Quality of Engineering Design

圖3 改造前出水指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析Fig.3 Statistical Analysis of Effluent Indicators before Reconstruction

圖2 改造前進(jìn)水指標(biāo)統(tǒng)計(jì)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(jìn)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(dá)到新出水標(biāo)準(zhǔn)。此外，原設(shè)計(jì)未考慮外碳源投加設(shè)施，后續(xù)技改中新增外碳源投加簡(jiǎn)易裝置，將外碳源直接投加生物池，但碳源利用效率較低，運(yùn)行控制靈活性差。

2 提標(biāo)改造方案

本次技術(shù)方案選擇應(yīng)注意：(1)現(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)可利用面積相當(dāng)有限，必須選擇占地較小的處理工藝，且構(gòu)筑物的布置需高度集約化；(2)本次改造應(yīng)充分挖掘現(xiàn)有設(shè)施能力，對(duì)原設(shè)計(jì)有余量的現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行改造，提升現(xiàn)有設(shè)施處理能力；(3)應(yīng)著重考慮布局的合理性，做到與現(xiàn)有工程銜接順暢，合理利用現(xiàn)有處理設(shè)施，盡量不影響污水處理廠正常運(yùn)行，以減少工程投資；(4)在改造期間，不能降質(zhì)減量改造，不能斷水施工。

根據(jù)現(xiàn)有處理設(shè)施運(yùn)行狀況分析，出水指標(biāo)TN、TP無法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，污水進(jìn)水中，BOD5/TN明顯偏低，碳源明顯不足。因此，提標(biāo)改造方案選擇應(yīng)著重于強(qiáng)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(shè)施2種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)提標(biāo)改造。

2.1 生物池改造方案

根據(jù)本工程污水處理廠特點(diǎn)，綜合考慮處理效率、節(jié)地、適合一體化布置以及工程應(yīng)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(jìn)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(zhì)達(dá)標(biāo)。方案二主要針對(duì)現(xiàn)狀生物池池容不足，需通過提高污泥濃度強(qiáng)化生物處理，考慮到本工程現(xiàn)狀生物池池容尚有富裕，采用方案二可能造成投資浪費(fèi)。但是，方案三(Bardenpho工藝)可以在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，強(qiáng)化脫氮處理，處理效果最佳。同時(shí)，由于新標(biāo)準(zhǔn)出水CODCr要求極高(低于30 mg/L)，在生化處理池內(nèi)投加外碳源可以降低對(duì)深度處理的外碳源強(qiáng)化壓力，避免因外碳源投加過量造成出水CODCr超標(biāo)。此外，與其他工藝相比，方案三運(yùn)行費(fèi)用低、工程改造投資較低、運(yùn)行維護(hù)也較低，特別是現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)TN、TP、CODCr等指標(biāo)要求較高，通過二級(jí)處理無法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求的排放濃度。因此，需在二級(jí)處理后續(xù)增加深度處理設(shè)施。根據(jù)現(xiàn)有進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，深度處理設(shè)施應(yīng)著重考慮強(qiáng)化脫氮和除磷工程，保證出水達(dá)標(biāo)。針對(duì)本工程特點(diǎn)，選用國(guó)內(nèi)常見的深度處理工藝進(jìn)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(duì)本工程規(guī)模及出水水質(zhì)特點(diǎn)，上述3種濾池性能參數(shù)的比較[4]如表5所示。

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

3 工程方案設(shè)計(jì)

3.1 生物池改造方案

現(xiàn)狀A(yù)AO生物池停留時(shí)間為19.7 h，根據(jù)計(jì)算，采用倒置AAO生物池工藝，生物池停留時(shí)間最小為18.5 h，現(xiàn)狀生物池池容尚有富余。為挖掘現(xiàn)狀倒置AAO生物池潛力，對(duì)現(xiàn)狀倒置AAO生物池改造，強(qiáng)化生物脫氮除磷。

本次改造將現(xiàn)狀A(yù)AO生物池改造為Bardenpho生物池。針對(duì)生物池現(xiàn)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(duì)原有倒置AAO進(jìn)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(qiáng)化生物脫氮效果，但與改造前相比，生物除磷效果強(qiáng)化并不顯著。

池內(nèi)設(shè)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(shí)間分布為5.7、2、8、2 h和2 h，總停留時(shí)間為19.7 h。

原生物池設(shè)備全部保留利用，新增潛水?dāng)嚢杵?套，采用潛水?dāng)嚢杵?變頻控制)，P=3.5 kW，D=2 500 mm，轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(shí)表面負(fù)荷為7.92 m3/(m2·h)，平均時(shí)表面負(fù)荷為6 m3/(m2·h)；強(qiáng)制濾速為6.85 m3/(m2·h)；反洗氣強(qiáng)度為90 m3/(m2·h)；氣沖時(shí)間為5 min；反洗水強(qiáng)度為15 m3/(m2·h)；水洗時(shí)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(shè)計(jì)最大流量為5 600 m3/h。泵房?jī)?nèi)設(shè)置潛水軸流泵3臺(tái)，2用1備，單泵參數(shù)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(shè)施

新增碳源加藥設(shè)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(shè)施內(nèi)設(shè)置碳源儲(chǔ)罐2套，單套容積V=15 m3；隔膜計(jì)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(biāo)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(yōu)化

本工程改造內(nèi)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(xiàn)有廠區(qū)條件下，對(duì)改造方案進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)縮短實(shí)施周期、減少工程量和實(shí)現(xiàn)不斷水的效果。

生物池基本維持現(xiàn)有池體土建不變，充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件。生物池改造僅新增Φ600開孔12處，潛水軸流泵12臺(tái)，潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。生物池共2組，單組分2格，共4格。設(shè)計(jì)對(duì)4格生物池依次分組改造，實(shí)現(xiàn)改造期間出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；對(duì)反硝化濾池、碳源加藥池和二次提升泵房進(jìn)行合建，合并為一體化構(gòu)筑物。對(duì)一體化構(gòu)筑物的平面布置、設(shè)計(jì)標(biāo)高和基坑深度進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，一體化構(gòu)筑物標(biāo)高控制在深基坑限值4 m以內(nèi)，構(gòu)筑物底板齊平，水流順暢，設(shè)備和構(gòu)筑物距離盡可能縮短，方便基坑開挖、構(gòu)筑物模板澆筑和設(shè)備安裝，從而縮短工期和節(jié)約投資；對(duì)廠區(qū)管線改建進(jìn)行優(yōu)化，一體化構(gòu)筑物的進(jìn)出水管與原管道均在合適位置采用焊接三通快速連接，進(jìn)出水管管位合理，可與構(gòu)筑物同溝槽開挖，從而實(shí)現(xiàn)工藝管線改接在2 d內(nèi)實(shí)施完成。

本次提標(biāo)改造工程費(fèi)用為6 207.94萬元，其中生物池改造為637.35萬元，一體化構(gòu)筑物為4 689.92萬元，其他費(fèi)用為880.67萬元，單位工程造價(jià)指標(biāo)僅為723.46元/m3。新增處理成本為0.28元/m3，其中藥劑費(fèi)用為0.15元/m3，動(dòng)力費(fèi)用為0.08元/m3。工程實(shí)施周期僅為4個(gè)月，其中生物池改造為60 d，一體化構(gòu)筑物為95 d，管線改接為15 d。而在國(guó)內(nèi)類似項(xiàng)目[2-8]中，單位工程造價(jià)指標(biāo)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(shí)施周期為5～8個(gè)月。與國(guó)內(nèi)類似項(xiàng)目相比，本方案具有實(shí)施周期短、建設(shè)費(fèi)用低、運(yùn)行成本省等優(yōu)點(diǎn)。

4 出水水質(zhì)

改造完成后，對(duì)改造后的該污水處理廠出水水質(zhì)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)(2020.8—2020.12)，出水水質(zhì)如表6所示。由表6可知，改造后的污水處理廠出水水質(zhì)中各項(xiàng)指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

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

5 結(jié)語

(1)本次提標(biāo)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(shí)施后，工程運(yùn)行良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(3)本次提標(biāo)改造實(shí)施周期僅為4個(gè)月，單位工程造價(jià)指標(biāo)為723.46元/m3，新增處理成本為0.28元/m3，與國(guó)內(nèi)同類污水處理廠改造項(xiàng)目相比，具有實(shí)施周期短、建設(shè)費(fèi)用低、運(yùn)行成本省等優(yōu)點(diǎn)。