深床濾池在某污水廠(chǎng)提標(biāo)改造工程中的應(yīng)用

劉金星，程 文，章 濤

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 無(wú)錫 214072）

0 引 言

本工程是根據(jù)2018年江西省政府、江西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳出臺(tái)的《關(guān)于加快推進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的通知（贛建城[2018]42號(hào)）》、《中共江西省委省政府關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)（贛發(fā)17號(hào)）》而建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

1 污水廠(chǎng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 污水廠(chǎng)現(xiàn)狀

污水廠(chǎng)現(xiàn)狀總規(guī)模12.0×104m3/d，主要來(lái)水為生活污水，共分2期建設(shè)，1期、2期工程污水處理工藝均采用奧貝爾氧化溝工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的尾水排入鳳崗河，最終排入撫河。

污水處理廠(chǎng)1期、2期工程工藝流程圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖2 2期工程工藝流程圖

1.2 存在的問(wèn)題

（1）污水處理廠(chǎng)原設(shè)計(jì)出水指標(biāo)按《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放。目前污水廠(chǎng)出水部分指標(biāo)已達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但TN（總氮）、TP（總磷）及SS（固體懸浮物濃度）等幾項(xiàng)指標(biāo)無(wú)法達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）出水采用紫外消毒，且消毒能力不足，大腸菌群易超標(biāo)。

（3）由于污水廠(chǎng)建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，部分設(shè)備設(shè)施老化損壞，影響污水廠(chǎng)正常運(yùn)行。

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)2017年10月到2018年2月間污水廠(chǎng)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行“涵蓋率”分析，取85%涵蓋率指標(biāo)用于核算實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)，并結(jié)合周邊污水廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，確定本工程進(jìn)水水質(zhì)。出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

3 工藝路線(xiàn)確定

3.1 污染物去除分析

污水處理工藝的選擇需在分析進(jìn)水水質(zhì)和處理要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行。本工程需要采用脫氮除磷生物處理工藝，現(xiàn)將本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)物的比值列表（見(jiàn)表2），并對(duì)此作進(jìn)一步的分析。

表2 進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物配比指標(biāo)

本工程進(jìn)水主要為生活污水，BOD5（5d生化需氧量）、CODCr（化學(xué)需氧量）和NH3-N（氨氮含量）去除難度不大，且污水廠(chǎng)現(xiàn)狀出水BOD5、CODCr、NH3-N已滿(mǎn)足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。由于來(lái)水碳源不足，考慮污水處理廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中TN（總氮）達(dá)標(biāo)有難度，本工程將TN作為重點(diǎn)控制項(xiàng)目之一。

BOD5/TP=31.4＞17，理論上可以采用生物除磷完成除磷過(guò)程，但考慮本工程實(shí)際出水TP濃度接近1.0mg/L，且出水總磷指標(biāo)容易產(chǎn)生波動(dòng)，本工程現(xiàn)狀4座氧化溝水力停留時(shí)間較短，可供厭氧除磷的停留時(shí)間也較少，同時(shí)考慮到磷的釋放問(wèn)題，單純依靠生物除磷難以滿(mǎn)足如此嚴(yán)格的去除要求，因此將TP作為本工程的重點(diǎn)控制項(xiàng)目之二。

本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水SS濃度為220mg/L，出水SS要求不得高于10mg/L，去除率達(dá)95.5%，為此，必須借助深度過(guò)濾措施，保障出水懸浮物達(dá)標(biāo)。因此，將SS作為本工程的重點(diǎn)控制項(xiàng)目之三。

3.2 工藝流程

由于本工程為現(xiàn)狀污水廠(chǎng)提標(biāo)，污水廠(chǎng)不能停產(chǎn)，無(wú)法對(duì)預(yù)處理和2級(jí)處理構(gòu)筑物進(jìn)行大規(guī)模改造，因此考慮在2級(jí)處理的基礎(chǔ)上增加深度處理設(shè)施，進(jìn)一步降低2級(jí)處理出水中的TN、TP及SS濃度，確保出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)大量工程實(shí)踐證明：深床反硝化濾池技術(shù)可以滿(mǎn)足對(duì)上述污染物的去除，是較為經(jīng)濟(jì)成熟的處理工藝。

污水處理廠(chǎng)預(yù)處理和2級(jí)處理不變，在現(xiàn)狀處理工藝的基礎(chǔ)上增加深床濾池。由于污水廠(chǎng)現(xiàn)狀為紫外線(xiàn)消毒，效果不佳，本工程將消毒方式改為次氯酸鈉消毒。具體工藝流程見(jiàn)圖3（圖中實(shí)線(xiàn)框表示現(xiàn)有建構(gòu)筑物，虛線(xiàn)框表示新增或改造建構(gòu)筑物）。

圖3 工藝流程圖

3.3 總平面設(shè)計(jì)

本工程位于污水處理廠(chǎng)1期工程西側(cè)用地，需要征用廠(chǎng)區(qū)外用地，新增用地面積約13035.88m2。

深床反硝化濾池、接觸消毒池及其配套的反洗、加藥系統(tǒng)均位于新征地塊內(nèi)。

3.4 高程設(shè)計(jì)

豎向設(shè)計(jì)應(yīng)考慮土石方平衡、工藝豎向流程布置條件、與周邊地形的協(xié)調(diào)等方面，并應(yīng)考慮到整個(gè)處理廠(chǎng)觀瞻和方便管理，同時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足防洪要求。根據(jù)本工程場(chǎng)地現(xiàn)狀地面標(biāo)高及1、2期廠(chǎng)區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高，確定提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)地面標(biāo)高與現(xiàn)狀污水處理廠(chǎng)工程地面標(biāo)高相同。

由于增設(shè)深度處理設(shè)施，現(xiàn)狀二沉池出水需提升后進(jìn)入深床反硝化濾池，再自流排入后續(xù)處理構(gòu)筑物。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

本文主要介紹深床反硝化濾池及其配套建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)，其他改造單體不作詳細(xì)介紹。

4.1 組合式深床濾池

4.1.1 平面布置

組合式深床濾池由中間提升泵房、混合池、深床濾池、反洗廢水池合建。組合式深床濾池平面布置見(jiàn)圖4。

4.1.2 中間提升泵房

因?yàn)楣に囘\(yùn)行的需要，深床濾池需要有較大的水頭保證（一般為2.2～2.4m），現(xiàn)狀二沉池與紫外消毒池之間的水頭差僅為0.8m，無(wú)法滿(mǎn)足深床濾池水頭損失的要求。考慮二沉池的埋深已經(jīng)達(dá)到地下4.0m，因此本次提標(biāo)改造工程在深床濾池前增設(shè)中間提升泵房，將二沉池的出水提升進(jìn)入深床濾池。中間提升泵房與深床濾池合建，見(jiàn)圖4。

圖4 組合式深床濾池平面布置

土建按12.0×104m3/d設(shè)計(jì)。泵房平面尺寸：L（長(zhǎng)）×B（寬）=8.4m×7.25m，有效水深3.6m。泵房?jī)?nèi)設(shè)置3臺(tái)軸流泵，水泵性能為：Q（流量）=3000m3/h，H（揚(yáng)程）=4m，N（功率）=45.0kW，2用1備，水泵變頻控制，以適應(yīng)不同的水量條件。

4.1.3 深床濾池

深床濾池設(shè)計(jì)規(guī)模12.0×104m3/d，主要實(shí)現(xiàn)污水的反硝化脫氮、顆粒濾料截留懸浮物的作用。平面尺寸：L×B=39.2m×35.8m。主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：濾池?cái)?shù)量10組，平均濾速5.5m/h，強(qiáng)制濾速6.1m/h，峰值濾速7.15m/h；過(guò)濾面積91.14m2/組，濾料厚度（不包括承托層）1.83m；設(shè)計(jì)懸浮物（SS）截留負(fù)荷1.32kg/（m2·d），設(shè)計(jì)脫氮（NO3-N）負(fù)荷0.36kg/（m3·d）；反洗氣強(qiáng)度90m3/（m2·d），反洗水強(qiáng)度15m3/（m2·d），單格單次反洗水量455.7m3/次，反洗周期24h[1]；碳源投加比例（氮：碳）1∶3.0（具體投加量結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整）。

濾池內(nèi)設(shè)置優(yōu)質(zhì)石英砂濾料，數(shù)量為1668m3，規(guī)格為2～4mm；承托層為優(yōu)質(zhì)鵝卵石，數(shù)量為410m3，規(guī)格為3～40mm。

濾池前端設(shè)置混合池，主要用于碳源的投加。混合池單組平面尺寸：L×B=2.8m×2.8m，共設(shè)2組，有效水深5.3m，停留時(shí)間60s。池內(nèi)設(shè)置槳葉式混合攪拌機(jī)，直徑1100mm，N=7.5kW。

4.1.4 反洗廢水池

反洗廢水池與深床濾池合建（見(jiàn)圖4），設(shè)計(jì)池容795m3。平面尺寸：L×B=28.4m×7.0m；有效水深4.00m；池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢杵骱蜐撍盼郾茫眯阅転椋篞=450m3/h，H=11m，N=22kW，共2臺(tái)，1用1備。

4.2 接觸消毒池及反洗清水池

在深床濾池出水端設(shè)計(jì)接觸消毒池及反洗清水池1座，平面尺寸：L×B=45.0m×23.7m；有效水深3.2m。其中，在接觸消毒池進(jìn)水第1個(gè)渠道設(shè)置溢流堰，作為深床濾池反洗清水池，考慮清水池有濾池出水不斷補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，反洗清水池平面尺寸按L×B=10.0m×4.5m，有效水深3.2m設(shè)計(jì)。則接觸消毒池有效池容3268m3，接觸時(shí)間39min[2]。

4.3 反洗風(fēng)機(jī)房

反洗風(fēng)機(jī)房主要用于供給深床濾池反沖洗氣洗和汽水聯(lián)合反沖洗時(shí)的氣源，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置于反洗風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，同時(shí)配套儀表及壓縮空氣系統(tǒng)。

反洗風(fēng)機(jī)房平面尺寸：L×B=15.4m×9.4m；設(shè)置羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，2用1備，流量Q=68.35m3/min，揚(yáng)程H=68.6kPa，功率N=160kW。

4.4 加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模12.0×104m3/d，主要有消毒系統(tǒng)、碳源投加系統(tǒng)和除磷藥劑投加系統(tǒng)[3]。

4.4.1 消毒系統(tǒng)

主要用于深床濾池出水的消毒，消毒藥劑為次氯酸鈉。設(shè)置次氯酸鈉儲(chǔ)罐4套，全地埋式成套設(shè)備，有效容積V=10.0m3。次氯酸鈉投加泵3臺(tái)，2用1備，流量Q=0～1000L/h，揚(yáng)程H=35.0m，功率N=0.37kW。

4.4.2 碳源投加系統(tǒng)

主要用于廠(chǎng)區(qū)碳源不足時(shí)，同時(shí)又有反硝化脫氮的需求，可向深床濾池及時(shí)補(bǔ)充碳源。設(shè)置碳源儲(chǔ)罐2套，有效容積V=10.0m3。碳源投加泵3臺(tái)，2用1備，流量Q=0～1000L/h，揚(yáng)程H=35.0m，功率N=0.37kW。

4.4.3 除磷藥劑投加系統(tǒng)

主要用于廠(chǎng)區(qū)有化學(xué)除磷需求時(shí)，向奧貝爾氧化溝的出水末端或深床濾池進(jìn)水端投加除磷藥劑（PAC）。設(shè)置PAC儲(chǔ)罐2套，有效容積V=10.0m3。PAC投加泵6臺(tái)，4用2備，流量Q=0～1000L/h，揚(yáng)程H=35.0m，功率N=0.37kW。

5 運(yùn)行效果

提標(biāo)改造工程建成后2020年的運(yùn)行數(shù)據(jù)（月平均值）見(jiàn)表3。

表3 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行情況良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）由于本工程為現(xiàn)狀污水廠(chǎng)的提標(biāo)改造，改造期間不能停水，在現(xiàn)狀二沉池后端增設(shè)深度處理設(shè)施，基本不影響污水廠(chǎng)正常運(yùn)行。

（2）將中間提升泵房、混合池、深床濾池、反洗廢水池合建，接觸消毒池和反洗清水池合建，具有占地面積小、工程造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)。

（3）本工程采用深床濾池，可以滿(mǎn)足去除TN、TP和SS三功能合一的要求。并且可結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，若出水TN濃度較低，則減少或不投加碳源，將深床濾池的運(yùn)行模式調(diào)整為純過(guò)濾模式，用以去除TP和SS，降低運(yùn)行成本和能耗。

（4）該工程的建設(shè)，不僅是改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境的重要措施和環(huán)節(jié)，也是區(qū)域性水污染防治的重要組成部分，與此同時(shí)，它還將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。