重慶綦江污水處理廠提標改造設計

李 嘉

(上海市政工程設計研究總院<集團>有限公司重慶分公司，重慶 400020)

習近平總書記視察重慶時強調，保護好三峽庫區和長江母親河，事關重慶長遠發展，事關國家發展全局，要把修復長江生態環境擺在壓倒性位置，共抓大保護，不搞大開發。“十三五”以來，重慶市加強生活污水處理能力建設，陸續完成40余座污水處理廠改擴建和提標改造工作。提標中主要為解決TN、TP和SS 3個指標，基本解決策略為生物反應池改造和增加深度處理單元，比如采用加大生反池池容或調整運行參數、新增碳源投加設備、新增高效沉淀池、新增反硝化濾池及濾布濾池等措施[1-4]，這些設施的新增都會增加用地面積。本工程三面環水一面背靠鐵路線，無新征用地條件，只能提高廠區土地利用率。

1 工程概況

綦江污水處理廠坐落于城北大橋北橋頭下，該廠作為綦江主城區最大污水處理廠(6萬m3/d)，承擔了主城區污水污染物削減的重任。該廠一期工程于2009年建成投產，設計規模為3.0萬m3/d；二期工程于2017年建成投產，設計規模為3.0萬m3/d；廠區總占地約為35 000 m2，出水均執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級B標準[5]。服務范圍為綦江區主城區，總服務面積約為11 km2。城區污水沿自然河道和高程較低的道路敷設污水截流干管，沿途收集污水至污水廠。污水處理工藝流程為粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、改良式SBR池、二氧化氯消毒池、巴氏計量槽，出水排至綦江河。剩余污泥經污泥濃縮脫水車間進行脫水后外運填埋處置。為保護三峽庫區水環境，完善城市基礎設施，進一步削減污水對綦江水質污染，更好地保護綦江河，按照重慶市相關部門的要求，對綦江污水處理廠進行提標改造。

2 污水處理廠現狀問題及分析

2.1 現狀進出水水量及水質分析

綦江污水處理廠2017年全年處理水量為1 274萬m3，平均日處理量達3.5萬m3；2018年上半年處理水量為722萬m3，平均日處理量達3.96萬m3，最高日流量達到5.5萬m3。

根據綦江污水處理廠2017年1月—2018年7月進水水質數據，綦江污水處理廠進水水質波動較大，尤其是CODCr、TP等指標較原設計值有明顯降低。目前，進水水量正在接近設計值，進水水質變化逐漸趨于穩定，為降低投資，避免新建設施浪費，同時，結合綦江區今后管網改造后可能的水質變化及不確定因素，擬對污水廠提標改造工程的部分水質進行調整。對進水水質90%的覆蓋率進行復核，其中對進水水質中CODCr、TP略作調減，其余指標仍按照一期、二期原設計水質執行，本工程設計水質指標如表1所示。

表1 現狀工程進水水質Tab.1 Existing Water Quality of Influent

由表2可知，綦江污水處理廠2017年1月—2018年7月出水水質均能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級B標準，說明處理系統運行良好，但同時距提標要求還有一定差距。本次提標的主要目的是使TN、TP、SS以及糞大腸菌群等指標穩定達到一級A標準。一期、二期工程SS和TP等指標達標率低，現有處理系統處理能力有限，需要采用深度處理對其進行進一步去除，糞大腸菌群指標可通過增大消毒劑量或改變消毒方式來控制。

2.2 現狀主要構筑物運行狀態評估分析

現狀細格柵及旋流沉砂池主要設備有回轉式機械格柵除污機3套，柵條間距為5 mm，由于前端進水中小漂浮物(主要為花椒殼，實測直徑為3.5～4 mm)較多，無法有效截留；砂水分離器設備磨損嚴重，砂水分離效果較差，出砂含水率較高?，F狀改良式SBR反應池2座，分別由一期、二期工程建設，單座設計規模為3萬m3/d，每座4格。單座有效池容為20 592 m3，有效水深為6 m，每格每d運轉周期6次，每周期4 h。一期改良式SBR反應池空氣管道及空氣調節閥腐蝕嚴重、曝氣管堵塞嚴重,無法正常為生物池及時提供充足的氧氣，其余設備運行基本正常?，F狀污泥濃縮脫水機房主要設備為帶式脫水機3臺，其中2臺為一期建設，帶寬為1.5 m，設備破損老化嚴重，基本無法正常運行；其中1臺為近期技改新增，帶寬為2 m，運行正常。

3 提標改造工程設計

3.1 總體設計

本工程污水處理規模為6萬m3/d，設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。針對該污水處理廠存在的問題，總體設計方案如下。

(1)針對現狀構建筑物中部分設備老化及破損問題，本次對此類設備進行復核并優化更新。

(2)針對現狀一期、二期工程污水處理后尾水基本滿足一級B排放標準，但均不能滿足一級A排放標準。對現狀污水處理構筑物進行復核并優化，改造思路如下：①在SBR主池內新增攪拌器，調整運行時序，提高進水時段池水與進水混合均勻度，以提高反硝化效率；②更換SBR池內堵塞嚴重的曝氣管為曝氣盤，使污水在好氧段有充足的氧氣；③目前，進水水質碳氮比63%以上低于4，來水碳源不足[6]，新增碳源投加間及投加裝置，確保碳源充足，保障脫氮；④經復核，深度處理僅需考慮TP和SS，遂本次擬采用常規高效沉淀池和濾布濾池深度處理工藝組合；⑤由于本工程三面環水一面緊鄰鐵路線，無法新征用地，深度處理單元(高效沉淀池、濾布濾池)依靠拆除現狀加氯制備間和一期加氯接觸池來實現。

處理流程如圖1所示。

圖1 本工程污水處理流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Wastewater Treatment in the Project

3.2 工程設計

3.2.1 細格柵及旋流沉砂池

本次更換現狀3套細格柵，將格柵間距調整為3 mm孔板格柵，截留較小漂浮物及纖維狀懸浮物，以便后續處理構筑物正常運行。本次更換現狀砂水分離器，將處理能力提高至40 L/s，以解決砂水分離器處理能力不足的問題。

3.2.2 改良式SBR池

設計污泥濃度MLSS=4 500～7 000 mg/L，設計污泥負荷為0.096 kg BOD5/(kg MLSS·d)，設計總水力停留時間HRT為16.5 h，設計污泥齡為18.3 d。每座主反應池內根據流態模擬設置4臺攪拌器，攪拌器功率為5.6 kW；池底設EPDM微孔曝氣盤，設計氣水比為5.6∶1。本次生反池改造主要有以下幾方面：①原反應池曝氣系統堵塞嚴重，無法有效提供充足的氧氣(曝氣末期水中DO仍無法達到2 mg/L)，是制約CODCr、BOD5、氨氮指標的重要原因，本次改造更換原堵塞的曝氣管為曝氣盤，并根據需氧量適當加密，使生反池在曝氣初期快速復氧，使微生物發揮其該有的生物活性，達到有效去除CODCr、BOD5、氨氮的目的；②根據現場實際情況，局部調整運行時序，在進水的前0.5 h只進行攪拌而不曝氣，使反硝化菌在進水充足的碳源的情況下對池內硝態氮進行反硝化，以達到進一步脫氮效果，調整前后運行時序如表3和表4所示。由表3可知，原運行時序為前2 h進水和曝氣，主要降解CODCr、BOD5和氨氮；沉淀1 h，潷水1 h，可認為此段時間進行反硝化，但是此段時間污泥下沉，污泥附著的微生物與水中硝酸鹽類接觸是不完全的，且隨時間接觸程度不利呈放大趨勢；另外此段時間碳源缺乏(大部分已在好氧段被降解)；遂本次設計在進水的前0.5 h只進行進水和攪拌(表4)，主要目的是使硝酸鹽類在碳源充足的時候進行反硝化；雖然微調使沉淀時間看似減少，但實際運行過程中潷水器從水面慢慢往下潷水的過程較長，潷水最高水位和最低水位之間的污泥可沉降至潷水最低水位[污水廠正常的SV30為15%～30%，即沉淀在前30 min，絕大部分污泥可降至有效水深的70%以下，潷水器行程之外(排出比為0.25)]。

表3 單座SBR池原運行時序Tab.3 Original Operation Sequence of Single SBR Tank

表4 單座SBR池調整后運行時序Tab.4 Operation Sequence of Single SBR Tank after Adjustment

3.2.3 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座2池，按6萬m3/d規模建設。平面尺寸為33 m×30.8 m，有效水深為6.5 m。高效沉淀池由混合、絮凝、沉淀3部分組成。其中，混合時間約為100 s，絮凝時間約為12 min，沉淀區高峰表面負荷為9.5 m3/(m2·h)。沉淀區下設Φ=15 m的濃縮機，絮凝體下沉后經濃縮一部分通過循環泵進入絮凝區循環再利用，另一部分通過污泥泵排出。污水經去除大部分SS后流至斜板澄清區，上清液用集水槽收集排出，流入纖維轉盤濾池。

3.2.4 中間提升泵房及纖維轉盤濾池

新建中間提升泵房及纖維轉盤濾池1座(合建)，平面尺寸為19.7 m×14.7 m，中間提升泵房設3臺軸流提升泵，將二級處理出水提升至高效沉淀池。纖維轉盤濾池設2格，單格規模為3.0萬m3/d，盤片直徑為3 m，設計濾速為10 m/h，將高效沉淀池出水中剩余SS截留，出水進入紫外消毒渠。

3.2.5 紫外消毒渠

利用現狀一期加氯接觸池渠道改造成紫外消毒渠，共1座2渠。每渠裝機N=28.8 kW，各包含10個模塊，每個模塊9根紫外線燈管，共計安裝紫外線燈管90只，設計紫外計量>20 mJ/cm2[7]。為了回用部分尾水以及防止由于紫外渠與計量槽之間距離太遠可能造成的糞大腸菌復生，本次設計在池頂設置成品次氯酸鈉儲罐2個，每個有效容積為10 m3，在紫外消毒完成后輔助消毒，有效氯設計投加量為0.5～10 mg/L。

3.2.6 碳源投加間

新增碳源投加間1座，平面尺寸為11 m×6.5 m，建筑高度約為6.6 m。碳源采用乙酸鈉，投加點為旋流沉砂池末端出水渠，設計投加量約為32 mg/L。設玻璃鋼碳源儲罐2座，每座有效容積為15 m3。并設碳源加注泵1臺，Q=30 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW；設耐腐蝕投加計量泵3臺(2用1備)，Q=200～2 000 L/h，H=40 m，N=0.5 kW，配套提供在線稀釋裝置等配件。

3.2.7 加藥間

新增加藥間1座，平面尺寸為15 m×5 m，建筑高度約為5.4 m。內設PAC系統和PAM系統，投加點為高效沉淀池進水渠，設計PAC投加量為10～20 mg/L，設計PAM投加量為0.3～0.5 mg/L。設玻璃鋼PAC儲罐1座，有效容積為9 m3。并設PAC加注泵1臺，Q=10 m3/h，H=15 m，N=2.2 kW；設耐腐蝕投加計量泵3臺(2用1備)，Q=20～100 L/h，H=30 m，N=0.25 kW。設PAM溶液制備裝置1套，制備能力為5～8 kg/h，配置溶液濃度為0.5‰～1‰。設PAM加藥螺桿泵3臺(2用1備)，Q=20～300 L/h，H=30 m，N=0.25 kW，配套提供在線稀釋裝置等配件。

3.2.8 污泥濃縮脫水機房

污泥濃縮脫水機房為現狀建筑物，現狀3臺脫水機，其中2臺已無法正常運行。經復核，本次設計將一期2臺帶式濃縮脫水機更換，實施后3臺脫水機全部使用(2用1備)，每d工作12～16 h。脫水污泥含水率為80%。設污泥濃縮脫水機2臺，Q=30～40 m3/h，帶寬B=2 m，N=3.7 kW，配套空壓機等配件。另新增1套廠區中水回用系統，供廠區綠化用水。

4 技術經濟分析

本工程總投資為3 843.81萬元，其中,建筑安裝工程費用2 058.05萬元，設備及工器具購置費為1 258.22萬元，工程建設其他費用為351.58萬元，預備費為110.04萬元，建設期貸款利息為65.92萬元。單位處理成本為0.51元/m3，單位經營成本為0.40元/m3。單位處理成本和單位經營成本在同類污水處理廠提標改造工程中處于中上游水平。

5 建成后運行效果

本工程于2019年12月通水調試，2020年3月開始正常運行，運行期間除幾次由于進水水量水質異常突變造成部分指標超標外，出水水質穩定達到排放標準一級A標準。2020年3月—8月進出水水質如表5所示。

表5 工程完工后進出水水質Tab.5 Water Quality of Influent and Effluent after Project Operation

6 結論

(1)本工程對現狀6萬m3/d規模進行提標改造，在充分分析現狀進出水水質運行狀況下，改造原生物反應池輔以碳源以提高脫氮效率，采用高效沉淀池及加藥系統加強除磷，采用纖維轉盤濾池提高SS去除率，采用紫外線消毒輔以氯消毒工藝，保證出水糞大腸菌群數達標。

(2)污水處理廠的提標改造在無法新征用地情況下，可對現狀構建筑進行拆除與改造，以及充分利用零星空地完成，或許是未來污水處理廠提標至更高水質探索的趨勢。