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(zhèn)供水排水協會發(fā)布的《城鎮(zhèn)排水統計年鑒》，全國共有城鎮(zhèn)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(zhèn)污水處理廠(總處理能力為8 560萬m3/d)進行分析后發(fā)現，執(zhí)行一級B及以下標準的項目處理規(guī)模為總處理能力的46.3%，執(zhí)行一級A標準的項目處理規(guī)模為總處理能力的47.9%，優(yōu)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(zhèn)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(zhèn)生活污水的進一步處理是目前環(huán)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(fā)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(qū)，原污水處理廠分二期建設，一期工程設計規(guī)模為1.0萬m3/d，2016年竣工投產，主要收集周邊工業(yè)園區(qū)產生的工業(yè)廢水和居民生活污水。工業(yè)廢水主要來自當地的半導體、精密儀器等企業(yè)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(fā)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(guī)模為3.0萬m3/d，擴建后污水處理廠總規(guī)模為4.0萬m3/d，現狀污水處理廠出水滿足《城鎮(zhèn)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(guī)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(guī)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(fā)區(qū)，根據總體規(guī)劃，該區(qū)域隨城市建設發(fā)展，將逐漸實現城鎮(zhèn)化、現代化，人口數量的增加以及工業(yè)企業(yè)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(qū)域未來發(fā)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(huán)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(wěn)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(fā)生間、液氧站、加氯加藥間等，廠區(qū)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(qū)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(wěn)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(xù)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(fā)生間

新建1座臭氧發(fā)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(fā)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(fā)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(guī)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(guī)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(tài)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(jié)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(yè)、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(jié)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(huán)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(jié)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