某污水處理廠提標至準Ⅳ類廢水工藝設計

黃欣，盧揚，王語萌，杜浩強，梁鋒

（北控水務集團有限公司，北京 100000）

2017 年1 月1 日開始實施的《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016），對尾水排入岷江、沱江的污水處理廠排放提出了嚴格的控制標準，本工程即屬于岷江流域。成都市城鄉水環境綜合治理指揮部辦公室“成水指函【2016】4 號文”要求：實施《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》，范圍內的排污單位在2020 年前全部執行（新建排污單位立即執行）。因此，為了保護流域水環境，保證用戶用水安全，更好地響應政府《關于加強污水處理廠建設及擴能提標改造的函》的需要，對污水處理廠進行提標改造勢在必行[1]。

1 工程概況

成都市某污水處理廠位于雙流縣地理位置優越，交通便利，場地平整開闊，一期工程規模為2.5 萬m3/d，占地面積為2.05ha，二期工程規模為2.5 萬m3/d，占地面積1.35ha，總共3.4ha，出水執行國家一級A 標準后排入白河，污泥經過濃縮脫水后達到含水率低于80%后外運處置。

現有工程采用以A2O、百樂克工藝為主的二級處理工藝，具體工藝流程如下所示：

一期工藝：進水粗格柵（提升泵房）細格柵+曝氣沉砂池百樂克生化池+二沉池高效沉淀池接觸消毒池出水

二期工藝：進水粗格柵（提升泵房）細格柵+曝氣沉砂池A2O 生化池+二沉池纖維轉盤濾池接觸消毒池出水污水處理廠出水水質按 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A 標準執行。

2 現狀運行狀況及分析

2.1 存在問題

從污水廠進出水水質檢測結果可以看出，污水處理廠一二期工程運行基本正常，出水水質均達到原設計要求，處理規模基本滿負荷。但存在一定的問題，主要問題為實際進水水質部分指標低于原設計水質。

2.2 問題分析

2.2.1 老城區雨污合流現象較為突出，導致在雨季污水進水水質偏低，由于老城區實現雨污分流困難很大，這樣的狀況還將持續較長的時間。

2.2.2 由于人民生活水平近年來獲得極大的提高，因此，污水中的含N 污染物的含量大大提高[2]。

2.2.3 一、二期沉淀池均為豎流式沉淀池，配水不均，二沉池出水SS 偏高。

3 提標改造方案

3.1 提標改造思路分析

本項目提標改造重點需要去除的污染物為TN、SS、TP，其余污染物根據現有處理設施已基本可達《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）的相關排放標準[3]。

根據重點去除污染物分析，首先改造一二期生化池，增加隔墻，提升缺氧池容積，投加碳源，保證TN 去除，同時在好氧池增加MBBR 填料，提升水池容積負荷[4]；其次對預處理進行改造，從源頭降低進水SS、砂石等污染物，分別在一二期增加一套預處理設施，加強廢水預處理，同時可為生化區MBBR 工藝提供預處理保證。此外，在二沉池出水端，新建氣浮深度處理工藝，保障深度除磷和尾水SS 去除。

最后利用現狀中水處理設備間，增加活性炭投加裝置一套，本項目出水要求較高，需滿足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）相關要求，活性炭投加裝置可作為出水達標的保障措施。

本項目改造工藝采用國內外成熟應用的工藝，技術成熟、有較強的抗沖擊負荷能力、新建構筑物較少，改造期間原生化池停產一組，污水進入另一組生產。

3.2 設計水量、水質

本項目污水廠已達設計處理水量，無水量增長需求，故本次設計處理規模仍為5 萬m3/d，設計進水水質按之前設計進水水質，出水水質需滿足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）相關要求。設計進出水水質見表1。

表1 污水處理廠處理設計進、出水水質（單位：mg/L）

3.3 工藝流程

經過對處理工藝的探討，本次提標改造工藝主要集中在預處理、生化池和深化處理階段。首先添加預處理裝置，并將生化池改造為A2O+MBBR 生化池，在此階段污水中的COD、BOD5、TN 和NH3-N 將得到去除；其次將深化處理階段更改為高密+氣浮+盤濾的串聯工藝，使SS 和TP 得到進一步去除。污水處理采用“A2O+MBBR+高效+氣浮+盤濾”工藝[5]，污泥處理采用機械濃縮脫水工藝。工藝流程詳見圖1。

圖1 污水處理廠提標改造工藝流程圖

4 主要構筑物及設計參數

4.1 預處理系統

現狀預處理為工藝為“粗格柵+提升泵房+細格柵+曝氣沉砂池”，其中一二期各含一套“細格柵+曝氣沉砂池”。粗格柵及提升泵房尺寸為：粗格柵L×B×H=6.5×6.7×8.95m；提升泵房L×B×H=6.8×11.2×11.2m，配有5 臺提升泵，格柵機兩臺，格柵柵隙25mm。細格柵及曝氣沉砂池尺寸為：一期細格柵6.1×3.0m，一期曝氣沉砂池L×B×H=7.45×7.6×2.2m，二期細格柵L×B×H=7.80×3.0×1.6m，二期曝氣沉砂池L×B×H=15.46×3.0×2.5m，合計配回轉式細格柵4 臺，格柵柵隙5mm，螺旋輸送機2 臺，砂水分離器2臺，曝氣沉砂池停留時間均只有2min。

本次改造對現狀曝氣沉砂池處理能力進行減量，采用一體化設備對預處理段進行擴容，總設計規模2 萬m3/d，設備臺數：2 臺（一、二期各一臺），單臺設備過水能力1.2 萬m3/d；水反沖洗強度：Q水沖=4m3/h；水頭損失：△hmax=650mm；反沖洗水采用中水；工作氣耗：0.2m3/min；工作壓力：0.4～0.8MPa；控制方式：根據設備進水負荷由PLC 自動控制，同時設定自動和手動控制。

4.2 生化系統

4.2.1 一期生化池

新建一座隔墻，劃出專門的缺氧反硝化區，進行反硝化脫氮；由于劃分后原好氧區池容縮小，通過投加懸浮填料的方式，提高容積負荷[6]，實現原池改造提標改造而無需擴大池容[7]；將原懸鏈曝氣更換為底曝，以提高曝氣效率，同時在改造后的好氧區內，設置輔助流化曝氣管。

處理規模：2.5 萬m3/d；厭氧區HRT：1.69h，缺氧區HRT：4.63h，好氧區HRT：6.14h；曝氣量：8331m3/h。配置內回流泵4 臺(2 用2 備)，Q=289L/s，H=0.5m，N=5.5kW；潛水攪拌器12 臺，N=4.0kW，φ=0.58m，n=475rpm，每臺配手搖式起吊器；有效生物膜填料膜面積為902400m2，填充比為15%，規格：Φ25×10mm，材質：HDPE，生物膜有效比表面積按800m2/m3；底部輔助流化系統一套；進出水攔截篩網一套，曝氣系統一套。

4.2.2 二期生化池

將原A2O 工藝好氧區第一廊道改為缺氧/好氧調節區；將原好氧區二、三、四廊道作為改造后的好氧區，投加懸浮填料，提高容積負荷；由于好氧區需采用攔截篩網分割成MBBR 填料區和非填料區，因此曝氣系統重新布置[8]。

處理規模：2.5 萬m3/d；厭氧區HRT：1.36h，缺氧/好氧調節 區HRT：2.38h，好氧 區HRT：5.95h；曝氣量：7680m3/h。新增內回流泵1 臺(與原有2臺形成2用1備)，Q=289L/s，H=0.5m，N=5.5kW；潛水攪拌器5 臺，N=4.0kW，φ=0.58m，n=475rpm，每臺配手搖式起吊器；有效生物膜填料膜面積為949700m2，填充比為16%，規格：Φ25×10mm，材質：HDPE，生物膜有效比表面積800m2/m3；底部輔助流化系統一套；進出水攔截篩網一套；曝氣系統一套。

4.2.3 碳源投加系統

設計規模5.0 萬m3/d，實際投加量由具體水質確定，投加點為一、二期生化池缺氧段。土建尺寸：L×B×H=12.0×6.0×4.8m，框架結構，1座。配套乙酸鈉進料泵1 臺，Q=30m3/h，H=15m，N=6.0kW；立式儲罐：考慮3.5 d 的儲備量，設置2 座立式儲罐，單座儲罐容積15m3；乙酸鈉加藥計量泵3 臺，2 用1 備，變頻控制，Q=180L/h，H=4.5bar，N=0.15kW。

4.2.4 二沉池

原有2 座，一二期各一座，采用平流式沉淀池，本次提標改造沿用原處理設施，無需對二沉池進行改造。每座分兩組，兩組串聯運行，一期單組尺寸L×B=61×13.8m，有效水深3.9m；二期單組尺寸L×B=61×13.8m，有效水深3.7m。平均表面負荷0.62m3/（m2·h）；峰值表面負荷0.80 m3/（m2·h），配套4 臺桁架泵吸式吸泥機。

4.3 深度處理系統

4.3.1 氣浮池

新建氣浮池，并將中間提升泵房及絮凝池合建。在混合池中投加PAC 和PAM，其與水中以懸浮狀態存在的各種細小雜質絮凝成可以通過氣浮池去除的大顆粒，進一步去除污水中的SS 和TP，保證污水達標排放[9]。通過使加壓溶氣水與已經產生絮體的絮凝池出水混合均勻，在加壓溶氣水內微氣泡的帶動下，絮體上浮至表面，形成浮渣層，表面刮渣機和刮渣槳板將泥渣排出，一些密度較大的顆粒物則下沉至池底排出，氣浮處理后的水由清水出口排入后續處理構筑物[10]。

設計規模5.0 萬m3/d，Kz=1.38。PAC 和PAM 投加在絮凝池最前端的混合池內，當污水中存在難降解COD 導致出水COD 濃度不達標時，在混合池增投活性炭粉末；絮凝池及氣浮池均分2 組建設，單組混合池尺寸為L×B×H=2.5×2.5×4.95m，混合時間為77.5s，單組絮凝池尺寸為L×B×H=4.8×10.0×4.9m，絮凝時間為9.8min，單組氣浮池氣浮區域尺寸為L×B×H=8.9×10.0×4.9m，停留時間為18.2min；表面負荷為16.15m3/(m2·h)；溶氣水回流比：20%。氣浮池尺寸為：L×B×H=27.0×22.3×7.0m。

配套潛水軸流泵3 臺，2 用1 備，帶套筒，Q=1440m3/h，H=1.6m，P=16kW；混合反應攪拌器2 套，φ=960mm，N=3kW，轉速85r/min，水下部分為不銹鋼；絮凝反應攪拌器4 套，φ=1850mm，N=2.2kW，轉速16～31r/min，水下部分為不銹鋼；電動葫蘆1 套，G=2T，H=12m，P=3+0.4kW；回流泵3 臺，2 用1 備，Q=220m3/h；H=65m，功率55kW；溶氣器及釋放器2 臺，處理量：200m3/h；刮渣機2 套，功率3kW；氣動控制系統1 套；電氣控制柜及電纜一套。

4.3.2 活性炭投加系統

投加活性炭粉末，去除中難降解的COD，保證出水水質達標。

設計規模5萬m3/d。土建尺寸L×B×H=9.3×4.2×6.6m，框架結構，1 座。主要設備有料倉1 套，直徑φ1800mm，體積為1.5m3，壁厚≥5mm；真空吸料機1 套，2400L/h(最大值)；多螺旋給料機1 套，2.30kg/h；其他包括濕化槽、水射器、料位計、安全閥、空穴振打系統等。

5 工程設計特點

本項目設計主要改造范圍為新增預處理設施，改造生化處理系統，增加深度處理系統（氣浮池、活性炭投加系統）：

1）保證預處理效果，在不改變原有預處理系統的情況下，單獨增加一體化預處理設施，為原預處理設施進行了減量處理，進而提高了項目進水預處理效果，也為后續MBBR 工藝良好運行提供了優良基礎；

2）充分利用原有處理設施，在原有生化系統內增加隔墻，將原工藝改為運行穩定的A2O工藝，同時在原有生化池內投加MBBR 填料，充分挖掘生化系統潛力，既充分利用了原有處理設施，又保障了項目脫氮除磷效果；

3）新建氣浮池，利用投加藥劑及氣浮作用，將生化處理中未完全處理完的SS 及TP 進行進一步去除，可以保證出水SS、TP 指標達《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）表1 標準；

4）新建活性炭投藥系統，作為出水深度處理的保安工段，為進水水質有沖擊、其余處理設施運行不暢等，導致的出水超標提供了保障處理措施，保證了在特殊情況下出水穩定達標的排放要求。

本項目設計可以為需要進行提標改造，且在改造期間，需要承擔廢水處理任務的老舊污水廠改造，提供可靠的參考經驗；在充分利用原有處理設施、深度挖掘原有系統處理能力、穩定達到高標準處理要求及建立保安措施以應對突發情況等方面提供了具體的參考示例。

6 投資及運行成本

本項目提標改造一類費用約6949.56 萬元。提標改造運行電耗0.18（kW·h）/t 水，電費0.14元/t 水；藥劑費為：PAC 0.08 元/t 水，PAM 0.02元/t 水，碳源0.05 元/t 水，活性炭0.03 元/t 水，污泥處置費0.01 元/t 水，提標改造直接運行成本為0.33 元/t 水。

7 結語

本項目提標改造通過新增預處理設施，對生化系統進行重新規劃，投加MBBR 填料，增加氣浮深度處理系統。自運行以來，系統保持穩定，整體出水滿足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311-2016）表1 標準要求，為老舊污水廠提標改造至準Ⅳ類水質提供了參考意義。