云南某污水處理廠提標改造工藝路線選擇及實施效果

李云歷 張永泉

（云南省設計院集團有限公司，云南 昆明 650000）

1 概述

為深入實施《水污染防治計劃》（簡稱“水十條”），落實云南省生態(tài)文明建設排頭兵的定位要求，因此，云南省各地污水廠紛紛啟動一級A 標準提標改造工作。本案例污水出水最終進入長江流域，對其盡快實施提標改造勢在必行。

目前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠主要存在TN 去除難、TP生物處理效果差等問題[1]，提標改造工程案例也很多。本文通過分析現(xiàn)狀污水廠進出水水質情況、原處理工藝特點，識別提標改造過程中的關鍵因素，充分挖掘生化段工藝潛力，在占地情況有限的條件下，通過方案比選，確定了運營成本低、處理效果穩(wěn)定的工藝路線。項目于2022 年2 月啟動試運行，出水水質穩(wěn)定且達到設計標準。因此，本文針對該項目的研究能夠為類似污水處理廠提標改造工程的順利實施提供參考和借鑒。

2 項目概述

2.1 污水處理廠現(xiàn)狀

污水廠分兩期建設,建成規(guī)模6 萬m3/d。采用“粗格柵+細格柵+旋流沉砂池+CAST 池+紫外消毒”的處理工藝，出水按照一級B 標進行控制。該污水廠現(xiàn)狀總體布置如圖1 所示。

圖1 污水廠總平面布置圖

2.2 污水廠水質水量分析

2.2.1 進水量分析。分析2018-2019 年進水量數(shù)據(jù)：污水廠一期污水處理量較穩(wěn)定，兩年日均處理水量約2.3 萬m3/d，進水旱季少雨季多，尚未達到滿負荷運行，旱季平均負荷約為70%，雨季平均負荷為85%。由于二期配套管網處于新建或在建中，二期污水現(xiàn)狀進水量較少，且波動較大，兩年日均水量約0.8 萬m3/d，運行負荷率較低。（圖2）

圖2 一期（左）、二期（右）工程進水水量圖

2.2.2 水質分析。根據(jù)2018 年數(shù)據(jù)：一期進水呈現(xiàn)旱季高雨季低的趨勢，由于服務范圍內有少量工業(yè)企業(yè)，COD 年均值超過設計進水水質，其余指標旱季高于設計值，雨季低于設計值。出水指標優(yōu)于設計標準（二級標準），能夠穩(wěn)定達到一級B 標準，總氮在個別情況下出水高于15mg/L，總氮不能穩(wěn)定達到一級A 標。（表1）

表1 一期工程實際進出水水質表（2018 年）

二期進水水質指標旱季高雨季低，旱季高于設計值，雨季低于設計值。由于現(xiàn)狀進水量較少，生化池處理負荷低，出水指標不僅能穩(wěn)定達到一級B 標準，大多數(shù)情況下能達到一級A 標準。（表2）

表2 二期工程實際進出水水質表（2018 年）

2.3 污水廠主要處理構筑物能力復核

根據(jù)設計進水水質及現(xiàn)狀生化池的尺寸對生化池進行復核，一、二期參數(shù)復核如表3 所示。

表3 生化池參數(shù)復核表

按照3 萬m3/d 的設計處理規(guī)模進行復核，一期生化池充水比為0.33，超過規(guī)范值。根據(jù)《室外排水設計標準》（GB50014-2021），當充水比高于0.3 或低于0.15 時將對脫氮造成影響。現(xiàn)狀一期進水水量尚未達到滿負荷，生化池運行狀況良好，但是隨著進水量的增加，TN的達標排放存在風險。二期生化池充水比為0.25，可滿足設計要求。

3 提標改造對策研究

3.1 重難點分析

3.1.1 TN 達標排放

通過水質分析發(fā)現(xiàn)：污水處理廠現(xiàn)狀主要風險因子為TN。出水總氮不能穩(wěn)定達到一級A 標，旱季尤為明顯，同時現(xiàn)狀進水水量尚未達到滿負荷運行，待污水處理量達到設計水量的情況下，總氮不達標率也將隨之升高。有研究表明，TN不達標的主要原因是由于反硝化過程中碳源不足[2]，分析本項目現(xiàn)狀進水水質，BOD5/TN 和BOD5/TP 比值均為規(guī)范下限值，可見現(xiàn)狀生化處理系統(tǒng)存在碳源不足的情況，生物脫氮除磷效果差。

3.1.2 占地面積小，無新增用地

現(xiàn)狀污水處理廠一二期工程已建成，僅有少量預留空地，且無擴建空間，因此可用于本次提標改造工程的面積有限，且分布零散。

3.2 策略研究

根據(jù)重難點分析，提出以下提標改造策略：

3.2.1 工藝路線選擇：應首先強化系統(tǒng)的脫氮能力，再通過物理化學的深度處理進行處理，最后進行消毒后出水。針對進水水質碳源不足，新增碳源投加系統(tǒng)作為備用。

3.2.2 處理構筑物選擇：需具備較好的脫氮除磷作用，且占地面積小。

3.2.3 總圖設計：需兼顧一、二期工程與提標改造工程的銜接，盡可能做到工藝流程順暢；同時控制施工過程對廠區(qū)附屬設施的影響最小。

4 提標改造工藝選擇

4.1 提標改造工藝比選

如前所述，本項目提標關鍵因素主要是TN 的去除。為保證污水處理廠總氮達標排放，一些污水處理廠采用高效沉淀池+反硝化深床濾池的工藝流程，此工藝路線出水效果好，但后期運行維護費用相對偏高[3-5]。也有研究表明，對于低濃度污水或生活污水占比大的污水，要達到一級A 排放標準，總氮等污染物的去除可以通過優(yōu)化生化段的方式實現(xiàn)[6]。基于本項目現(xiàn)狀二級出水水質較好，二期生化池滿足設計條件，考慮提出2 種方案進行比選，以確定最佳工藝。

4.1.1 方案一：挖掘二級生化處理脫氮除磷的作用，新增一座AAO 生化池（配套二沉池），設計規(guī)模為1.0 萬m3/d，后續(xù)設置6.0 萬m3/d 處理規(guī)模的高效沉淀池實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標，該方案直接工程費為5768.99 萬元。

4.1.2 方案二：充分利用深度處理實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標。新增一座高效沉淀池、反硝化深床濾池，設計規(guī)模為6.0 萬m3/d，該方案直接工程費為5484.80 萬元。（表4）

表4 方案比選表

4.2 提標改造工藝的確定

由表4 可知，方案一重點在二級處理段，方案二重點在深度處理段，2 種方案工程投資差別不大，運行效果均有保障。雖然方案一在污水進廠后需進行再次分配，但通過智能調流閥的安裝，運行維護工作量得到極大的降低。同時AAO 工藝屬于傳統(tǒng)工藝，對污水廠運營人員的要求不高，因此在保證出水達標的前提下，優(yōu)先選擇能耗低、運行維護簡單的方案，即采用方案一：新增一座AAO 生化池（配套二沉池），后續(xù)設置高效沉淀池實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標。

4.3 提標改造工藝流程

提標改造工程主要生產建（構）筑物包括：AAO 生化池及污泥回流泵房、二沉池、調節(jié)池及二次提升泵房、高效沉淀池、接觸消毒池及出水渠、污泥脫水機房、儲泥池、調理池、鼓風機房及碳源投加間、加氯間等。

圖3 提標改造工藝流程圖

4.4 提標改造總圖設計

現(xiàn)狀廠區(qū)內一、二期工程相對獨立，各建（構）筑物布置分散，現(xiàn)狀除一塊預留用地外，無深度處理設施的預留用地，且周邊無新增占地的空間。為保證提標改造工程建成后廠內污水、污泥處理工藝布局合理，生產管理方便，提出以下總圖設計內容：

4.4.1 拆除部分：拆除利用率不高的機修間及倉庫用于布置高效沉淀池。

4.4.2 充分利用零星空地：利用一期生化池南側不規(guī)則空地設置接觸消毒池和出水渠，利用一期生化池西側綠化帶設置二次提升泵房，利用二期生化池西側綠化帶布置AAO 生化池和二沉池。

4.4.3 集中使用預留用地：于原有廠區(qū)預留用地建設新的污泥脫水機房，處理后污泥含水率降低至60%。原有2 座污泥脫水機房被改造為碳源投加間、鼓風機房和加氯間，泥棚可作為機修使用。

5 工程實際運行效果

提標改造工程于2022 年2 月啟動試運行，實際處理水量為3.3 萬m3/d，工藝運行基本穩(wěn)定，出水水質優(yōu)于設計標準。從2022 年3 月運行數(shù)據(jù)來看，實際運行出水效果優(yōu)于改造前出水，在未投加碳源的情況下，TP 和SS 水質改善最為明顯，水質提升比例達40%以上。

圖4 提標改造工程出水指標變化曲線圖

6 結論

本案例充分挖掘二級生化段工藝潛力，采用新增AAO 生化池+二沉池+高效沉淀池的工藝組合，工程試運行出水穩(wěn)定達到一級A 標準，可為類似項目提供參考。項目的建成能夠降低受納水體入河污染物，有效保護了受納水體水質，助力長江流域總體水質改善。還能為當?shù)靥峁┛稍偕玫奈鬯Y源，是解決水資源短缺的有效途徑，有利于節(jié)能減排。