污水處理廠高標準提標改造設計——以安徽某污水處理廠為例

宋 磊

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽合肥 230041)

根據2017年中國城鎮供水排水協會發布的《城鎮排水統計年鑒》，全國共有城鎮污水處理廠3 552座，總處理能力為1.76億m3/d。其中，對1 453座列入統計范圍的城鎮污水處理廠(總處理能力為8 560萬m3/d)進行分析后發現，執行一級B及以下標準的項目處理規模為總處理能力的46.3%，執行一級A標準的項目處理規模為總處理能力的47.9%，優于一級A標準的項目占總處理能力的5.8%[1]。根據國家《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》等相關文件要求，城鎮生活污水的進一步處理是目前環境污染治理工作的重要組成部分。因此，逐步提高污水處理的排放標準，減輕對受納水體的影響是未來的發展趨勢。

1 項目概況

1.1 工程背景

某污水處理廠地處安徽省中部地區，原污水處理廠分二期建設，一期工程設計規模為1.0萬m3/d，2016年竣工投產，主要收集周邊工業園區產生的工業廢水和居民生活污水。工業廢水主要來自當地的半導體、精密儀器等企業產生的生產廢水，約占污水總量的60%，剩余為周邊居民產生的生活污水。隨著經濟的發展，產生的污水量逐步增加，2017年啟動一期擴建工程，擴建工程設計規模為3.0萬m3/d，擴建后污水處理廠總規模為4.0萬m3/d，現狀污水處理廠出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準[5-7]。

1.2 污水廠現狀運行情況

污水處理廠一期規模為1.0萬m3/d，占地面積約31.4畝(1畝=0.667×10-3km2)，二級處理采用改良氧化溝處理工藝；污水深度處理采用“高效沉淀+過濾”工藝，消毒采用二氧化氯消毒工藝；污泥處理采用機械濃縮脫水工藝，出廠污泥含水率≤80%，污泥處理后由市相關部門統一安排處置。整個污水廠處理流程如圖1所示。

圖1 污水處理廠一期工程工藝流程Fig.1 Process Flow of Phase I Project in WWTP

2017年啟動并完成的污水處理廠一期擴建工程規模為3.0萬m3/d，在一期原處理工藝的基礎上進行改進[8]，采用的工藝如下：

(1)污水預處理：均質池、水解酸化工藝預留；

(2)污水二級處理工藝：改良AAO；

(3)污水深度處理工藝：混凝絮凝沉淀池+反硝化深床濾池+二氧化氯消毒，臭氧接觸工藝預留；

(4)污泥處理工藝：機械濃縮脫水工藝；

(5)除臭工藝：生物法除臭工藝；

(6)原有部分構(建)筑物不滿足運行需求，為充分利用原有構(建)筑物，對污泥泵房、原接觸消毒池等構筑物進行改造。

因本項目地處城市新城開發區，根據總體規劃，該區域隨城市建設發展，將逐漸實現城鎮化、現代化，人口數量的增加以及工業企業的大量入駐將使污水水量顯著增加，加之排水標準的提高，現行排水標準已不能滿足該區域未來發展的需要。因此，本項目將污水處理廠進行提標改造，使污水處理廠的尾水經深度處理后主要污染物達到《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準(表1)，具有十分重要的意義[9-11]。

表1 一期擴建工程主要污染物處理要求Tab.1 Requirements of Main Pollutants in Phase I Expansion Project

2 提標處理工藝

2.1 設計水量及水質

表2 本項目主要污染物處理要求Tab.2 Requirements of Main Pollutants Treatment in the Project

2.2 處理工藝流程

(1)二級處理出水→硝化/反硝化濾池→復合催化氧化池→深度過濾單元→消毒出水；

(2)二級處理出水→濾池過濾單元→活性炭吸附→消毒出水；

(3)二級處理出水→混凝絮凝沉淀→臭氧氧化→膜分離；

(4)二級處理出水→MBR。

二級處理出水→反硝化深床濾池(新增和升級改造)→二次提升泵房(新建)→復合催化氧化池(新建)→生物炭濾池及反沖洗泵房(新建)→超濾膜分離(新建)→次氯酸鈉接觸消毒(新建)→回用及達標排放，如圖2所示。

圖2 本項目工藝流程Fig.2 Process Flow of the Project

本次設計考慮強化深度處理，新增一期反硝化濾池設備1組，一期及一期擴建工程反硝化濾池由原先的普通布水堰、變液位過濾全部改造為弧形堰布水、恒液位過濾，整體提高反硝化濾池出水水質的穩定性，將污水處理廠出水TN降到5 mg/L。

3 尾水提標工藝設計

本項目主要工程量為現狀反硝化深床濾池改造、二次提升泵房、復合催化氧化池、生物炭濾池及反沖洗泵房、超濾膜車間、次氯酸鈉接觸池、中水回用水泵房、臭氧發生間、液氧站、加氯加藥間等，廠區配電及外線工程與污水處理廠擴建工程結合建設，相關廠區附屬建(構)筑物與污水廠共用。

3.1 改造工程設計

3.1.1 反硝化深床濾池改造

改造內容包括新增1套反硝化深床濾池設備，一期及一期擴建工程的反硝化濾池布水堰改造為弧形布水堰，并升級改造為恒液位控制系統，提高系統處理穩定性，方便后期運營管理。

主要設備為新增1套反硝化濾池濾料、布氣布水及反沖系統、儀表及配套管道閥門、恒液位控制系統等。

3.1.2 中水回用泵房改造

經核算，原回用水泵流量小不滿足要求。改造采用小泵換大泵的方式，更換水泵并加寬泵基礎。泵進出水管和泵房大小滿足要求，不需要更換、擴建。

3.2 新建工程設計

(1)二次提升泵房

收集一期及一期擴建工程反硝化濾池的出水，提升至后續復合催化氧化池進行提標處理。設計流量為2 350 m3/h，鋼筋混凝土結構，幾何尺寸L×B×H=10.5 m×9.5 m×5.5 m，主要設備有離心式潛污泵、起重機、電動葫蘆等。

(2)復合催化氧化池

新建1座半地上鋼筋混凝土結構內防腐復合催化氧化池，對污水中難降解性COD進行氧化去除。設計流量為2 350 m3/h，有效水深為6 m，幾何尺寸L×B×H=26.5 m×10.5 m×6.25 m，水力停留時間HRT=0.5 h。主要設備有臭氧投加單元、尾氣破壞器、雙向透氣安全閥、鑄鐵鑲銅閘門。

(3)臭氧發生間

新建1座臭氧發生間，產生的臭氧通過管道輸送至復合催化氧化池。地上框架結構，幾何尺寸L×B×H=15.28 m×7.76 m×6.0 m，臭氧最大投加量為12 mg/L，最大臭氧需求量為28.2 kg/h；經綜合技術經濟比較，結合類似項目相關運行經驗，本次工程采用液氧制備臭氧系統，設2臺臭氧發生器(1用1備)，產量為15 kg/h，功率為130 kW。另外，配置1座液氧站為臭氧發生車間提供氧氣源。

(4)生物炭濾池及反沖洗泵房

生物炭濾池及反沖洗泵房與二次提升泵房、復合催化氧化池合建，生物炭濾池分4格，管廊1格。單格尺寸L×B×H=9 m×6 m×6.4 m，設計濾速為10.88 m/h，單格過濾面積為54 m2，濾層厚度為2.0 m，主要設備包括活性炭濾料、石英砂墊層、承托層、反沖洗支管、出水水槽等。反沖洗泵房按4萬m3/d規模設置，水泵間布置成半地下式，以保證快速自灌起動，其余為地面式框架結構，幾何尺寸L×B×H=17.75 m×7.3 m×6.4 m，泵房內設反沖洗水泵3臺(2用1備)，單泵流量Q=1 460 m3/h，揚程H=6 m，功率為37 kW。

(5)壓力式超濾

壓力式超濾設計進水水量為1 792.1 m3/h(峰值系數為1.4)，凈產水水量為1 666.7 m3/h，膜面積為48 000 m3，濾速≤55 L/(m3·h)，設6套機組，單套機組凈產水量為277.8 m3/h，操作周期為45～60 min，出水渾濁度≤0.1 NTU，出水SDI控制值≤3，膜系統水回收率為93%。主要設備包括進水緩沖池、超濾供水泵、PAC加藥系統、自清洗過濾器、超濾主機、超濾反洗水泵、化學加強反洗裝置、空壓機系統、中和系統、反洗廢水系統等。

(6)次氯酸鈉接觸池

次氯酸鈉接觸池設計處理水量為2 350 m3/h，接觸氧化時間為30 min，池體尺寸L×B×H=20.7 m×17.45 m×4.1 m，有效容積為1 480 m3，水力停留時間HRT=30 min，鋼筋混凝土內防腐結構。

(7)加氯加藥間

加氯加藥間按4.0萬m3/d規模設計，尺寸L×B×H=27.6 m×7.8 m×6.5 m，加氯間主要功能為投加10%的次氯酸鈉溶液進行出水消毒，加氯量為3～5 mg/L，主要設備包括次氯酸鈉儲藥罐、溶解罐、計料泵、計量泵等。

3.3 投資及運行費用

本項目估算總投資為15 998萬元，根據項目設計的比選方案及項目的實際情況，測算本項目新增運行成本，滿負荷時新增單位經營成本為1.18元/m3。

4 工程設計特點

4.1 充分利用已有設施

在本工程尾水提標改造過程中，考慮到原污水處理廠已采用本工藝的前端流程，盡量利用已有構筑物，通過多種技術方法，實現處理功能的提升或流態的改變。例如，一期和一期擴建工程的反硝化深床濾池改造、中水回用泵房及弧形布水堰的改造等，這些改造減少了土建工程的施工量，節約了工期和投資，同時也提升了處理效果。

4.2 尾水深度處理

4.3 出水再利用

污水再生利用是指污水處理廠二級處理后的出水，經過混凝、沉淀、過濾、消毒等深度處理后，可以再利用于工業、綠化、河湖景觀、市政雜用和農灌等方面。污水再生利用系統不僅可以有效地節約和利用有限的淡水資源，還可以減少污染物的排放量，減輕對水環境的污染。本項目經深度處理后，出水水質較好，可作為本地中水水源進行綜合利用，節水效益明顯，在降低巢湖流域水體污染的同時，可以有效緩解水資源緊張問題。

5 結論