PPP模式下污水處理廠UBF反應池質量控制要點

文_朱爽 陸寶鋼 吳田輝

1 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 2 東陽市華辰水務有限公司

1 項目概況

項目建設規模3.0萬m3/d，進水主要為生活污水和印染廢水（比例為7:3）。污水處理工藝采用“粗格柵提升泵井+細格柵+均質調節+UBF反應+交替式A2/O+二沉池+曝氣生物流化床+高密度沉淀+纖維轉盤濾池+消毒”。工藝流程詳見圖1。

圖1 工藝流程圖

2 設計進出水水質

本次建設項目為四期工程，與現狀三期共用一根進水管。設計進水結合三期進水水質，并留有一定余量，且避免取值過高。設計出水按“金華標準”執行，即在《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準基礎上，對氨氮和總磷的考核更加嚴格，詳見表1。

表1 設計進出水水質 單位：mg/L

3 PPP模式下UBF反應池質量控制要點分析

UBF反應器是由幾種厭氧反應器的功能復合而成，上部為澄清區，中部為填料區，下部為污泥床，底部為進水布水系統。具有以下優點：低能耗，整個單體工藝運行采用重力自流，不需要對系統提供動力源，方便后期運維與管理；污泥濃度高，不需要回流裝置，有效降低了建設費用和運行成本，非常適用于含印染廢水的污水處理。

3.1 設計優化

PPP模式充分體現了“節約從設計出發”的理念，在設計階段融入成本控制理念，減少變更環節，降低變更成本。設計階段的深度參與對整個項目的全周期管理具有重要意義。

3.1.1 配水方式

合理有效的配水方式可以節約材料，保證進水的均勻性，對污水的處理效果起著至關重要的作用。為保證配水均勻，設計采用圖2配水方式。進水主管DN800由三通分為兩組DN600，兩側均勻配水，單組池體由5組DN200進水管進水。為保證各組之間配水的均勻性，A、B組進水采用DN600，C、D組進水采用DN500，E、F組進水采用DN400，且整個配水管線圍繞UBF反應池循環一圈布置。

圖2 UBF反應池配水系統平面圖

為保證單組池體內部配水均勻，采用DN200—DN80—DN32逐級配水，且出水孔正對池底，緩解進水對系統的沖擊，單組池體共計200個配水孔管。這種精密分級配水的方式可有效保證系統配水的均勻性，增大污泥和進水的接觸面積，提高處理效率。

3.1.2 增設進水超越管道（圖3）

圖3 UBF反應池進水管道優化

原設計均質調節池出水經DN800全部流入UBF反應池。根據運行經驗及調研現狀三期工程運行效果發現，進水全部進入UBF反應池，經厭氧處理后，碳源消耗嚴重，會導致后續生化池碳源不足，需額外補充碳源才能達到脫氮效果，增加運營成本。經優化，在DN800進水管道分流一根DN300管道，直接超越至后續生化池，可為后續生化系統保留部分碳源用于脫氮。運營期發現，改造后碳源投加量顯著下降：優化前碳源消耗量約170t/a，優化后約120t/a，降幅約30%，按照0.3萬/t計，成本節約15萬/a，經濟效益明顯。

3.2 采購優化

3.2.1 填料支架的優化與加強

設計階段，為保證填料使用壽命及穩定性，填料支架為不銹鋼槽鋼結構（上層16#、下層14#對稱布置），槽鋼搭設在池體牛腿上固定，跨度10m。在填料框架上下層均勻搭設不銹鋼螺紋圓鋼（ 14），兩層之間距離即為填料的有效長度（2m），填料安裝間距為200mm。

經荷載核算與類似工程項目經驗，因不銹鋼槽鋼跨度達到10m，成膜重量高達62kg/m3，使不銹鋼槽鋼在超高負荷下產生變形，槽鋼支撐體系容易崩塌造成運維事故隱患。且池體后期采用玻璃鋼蓋板密封除臭，運維檢修及更換設備難度大成本高。

為保證填料系統的穩定性，增設300×300mm的混凝土立柱，上端搭設20號工字鋼作為中間支撐，使不銹鋼槽鋼的跨度縮小至5m，且在豎向力支撐下不易變形，結構穩定，如圖4所示。更改后雖在造價上有所增加，但增強了支撐系統的穩定性。從PPP項目全周期成本角度考慮，增加立柱的投入不可缺少，效益明顯。

圖4 彈性立體填料支架圖

3.2.2 配水管道材質優化

UBF池底部為污泥床，堆積大量污泥，需定期外排以保證系統的生物活性。原設計配水管線材質為碳鋼Q235B。由于池內為厭氧環境，對碳鋼腐蝕較大，嚴重影響管道使用壽命。且底部配水系統為UBF池核心，池中為填料區，若底部配水管線損壞，檢修更換難度極大，成本極高。經各方綜合考慮，底部配水管采用PE管。以DN200管徑為例，碳鋼管價格（160元/m）約為PE管價格（100元/m）的1.6倍，管材優化后耐腐蝕效果更好，且成本更低。

3.3 施工優化

施工階段發現原設計三相分離器的上端斜角為鋼筋混凝土現澆結構，如圖5。三相分離器結構復雜，上部斜角厚度小，施工時須搭設模板、分批澆筑，土建施工難度大。

圖5 三相分離器改進前后對比圖

經設計、采購、運維和供應商等多方討論，將三相分離器的上部斜角更換為耐腐蝕的PP材質，把難度較大的土建施工，轉變為更容易的設備安裝工作。且安裝便捷，縮短施工周期。

4 運營水質及成本分析

4.1 運營水質分析

由于當地產業升級與產業轉移，近年來服務范圍內大量工廠搬遷，實際進水水質較設計明顯好轉，各項指標波動幅度減少。本工程運行十分穩定，運營期間對各項污染物去除效果良好。表2為2020年9月至2021年2月連續6個月的污水處理廠進出水水質指標。出水水質穩定達標，且優于設計“金華標準”。

表2 進出水水質 單位：mg/L

4.2 成本分析

運行期間直接費用包括人工費、電費、藥劑費、污泥處置費、設備維修維護費等，各項費用詳見表3，本項目運行直接費用約720萬元/a，污水處理量3萬m3/d，折合運行直接成本為0.66元/m3。類比同類工程，本項目處理成本較低，具有較好的經濟優勢，充分說明了PPP模式下全周期管控與過程優化，可有效降低項目總成本。

表3 污水廠直接運行費用

5 結語

PPP模式下，集投資、設計、施工和運營于一身，將項目建設和運營維護深度融合，有助于真正的實現項目的全周期管控。

為保證UBF反應池質量，設計、采購及施工階段采取一系列措施，通過運營期間連續6個月的水質監測及直接成本分析，效果顯著。出水穩定達標，運行直接費用約720萬元/a，折合運行直接成本為0.66元/m3。