無(wú)錫市胡埭污水處理廠提標(biāo)改造方案研究

吳曉波，雷文江，譚云鵬

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

1 污水處理廠現(xiàn)狀與水質(zhì)分析

1.1 污水處理廠現(xiàn)狀

無(wú)錫市濱湖區(qū)胡埭污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)以生活污水為主。當(dāng)?shù)匚鬯奶攸c(diǎn)是氮、磷偏高，有機(jī)物含量較低。胡埭污水處理廠目前污水處理規(guī)模為3×104m3/d，其中1 期運(yùn)行0.7×104m3/d，2 期運(yùn)行2.3×104m3/d[1]。目前該廠區(qū)1 期工程深度處理段為濾布濾池，但故障率較高；2 期工程為MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反應(yīng)器）工藝，無(wú)進(jìn)一步去除氮、磷的深度處理段。

目前對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)的CODCr（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、TP（總磷）提出了更高的要求，而現(xiàn)狀工藝無(wú)深度處理單元，因此難以滿足出水的水質(zhì)要求。

1.2 現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)分析

1.2.1現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)涵蓋率分析

對(duì)胡埭污水處理廠近3 a 的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，得到不同涵蓋率下的進(jìn)水水質(zhì)情況，如表1 所示。表中BOD5為5 日化學(xué)需氧量；SS 為水質(zhì)中的懸浮物含量；NH3-N 為水（廢水）中氨氮含量。

由表1 可知，進(jìn)水主要污染物濃度數(shù)值跨度較大，說(shuō)明胡埭污水處理廠目前進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)范圍較大，水質(zhì)不夠穩(wěn)定。

表1 胡埭污水處理廠不同涵蓋率下的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

1.2.2原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

胡埭污水處理廠原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 胡埭污水處理廠原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

對(duì)比表1、表2 可知，胡埭污水處理廠原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)中SS、CODCr、TP 與實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)偏差較大。當(dāng)進(jìn)水涵蓋率為95%時(shí)，CODCr濃度為299 mg/L；當(dāng)進(jìn)水涵蓋率為85%時(shí)，進(jìn)水SS 和TP 濃度已分別達(dá)到497 mg/L、4.94 mg/L，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)指標(biāo)，因此需對(duì)CODCr、SS、TP 的設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整。

1.2.3原設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

胡埭污水處理廠原設(shè)計(jì)出水與實(shí)際出水水質(zhì)見(jiàn)表3。

表3 胡埭污水處理廠原設(shè)計(jì)、實(shí)際出水水質(zhì) 單位：mg/L

2018 年之前，胡埭污水處理廠經(jīng)常受到偷排工業(yè)廢水沖擊，造成污水廠運(yùn)行困難，部分指標(biāo)已接近臨界值，因此在不增加處理規(guī)模的基礎(chǔ)上需要對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2 提標(biāo)改造方案

2.1 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)要求

本次提標(biāo)改造工程出水水質(zhì)的主要污染物考核指標(biāo)執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018）中一、二級(jí)保護(hù)區(qū)的排放標(biāo)準(zhǔn)[2]，其余指標(biāo)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和出水標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造工程主要污染物排放的進(jìn)水水質(zhì)與出水水質(zhì)設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。表4 中：括號(hào)外數(shù)值為水溫＞12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為水溫≤12 ℃時(shí)的控制指標(biāo)。

表4 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

2.2 深度處理工藝

根據(jù)改造要求，對(duì)于氮、磷指標(biāo)的進(jìn)一步提標(biāo)，需要在各期生化處理后設(shè)置深度處理單元。新標(biāo)準(zhǔn)中出水TN 指標(biāo)需達(dá)到10 mg/L 以下，TP 指標(biāo)需達(dá)到0.3 mg/L 以下，去除率要求更高。而目前胡埭污水廠現(xiàn)有深度處理設(shè)施主要是濾布濾池，僅能在一定程度上過(guò)濾截留懸浮物，而對(duì)氮、磷指標(biāo)的進(jìn)一步削減無(wú)效果，需考慮增加更為有效的工藝措施。

2.2.1深度脫氮工藝

由于通過(guò)MBR（膜生物反應(yīng)器）和CAST（循環(huán)式活性污泥法）得到的現(xiàn)狀出水水質(zhì)均能滿足深床反硝化濾池與反硝化濾池的進(jìn)水SS 要求，因此，綜合考慮投資成本及應(yīng)用普遍性，本工程推薦使用技術(shù)較為成熟、應(yīng)用更為廣泛的深床反硝化濾池。

2.2.2深度除磷工藝

鑒于氣浮工藝在污水廠運(yùn)行的良好效果[3-4]，在當(dāng)?shù)啬硰S進(jìn)行氣浮中試試驗(yàn)，藥劑采用液態(tài)聚合氯化鋁PAC 和助凝劑聚丙烯酸胺PAM。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)混凝劑PAC 投加量為5～10 mg/L，助凝劑PAM 投加量為0.1～0.2 mg/L 時(shí)，出水TP 數(shù)據(jù)集中在0.02～0.08 mg/L，回流比約5%。

根據(jù)中試結(jié)果可知，氣浮單元對(duì)總磷有更高的去除率，懸浮物去除徹底，出水水質(zhì)更優(yōu)，投加藥劑量較少，藥劑費(fèi)用低。氣浮單元的水下設(shè)備較少，且無(wú)動(dòng)力設(shè)備，設(shè)備維護(hù)較簡(jiǎn)單，可以減輕污水廠工作強(qiáng)度。

綜合考慮占地面積、廠區(qū)的整體布置及試驗(yàn)效果，采用氣浮工藝作為T(mén)P 深度處理的工藝。

2.2.3深度處理工藝方案確定

氣浮工藝對(duì)磷酸鹽的去除較為徹底，一般出水TP 指標(biāo)均小于0.1 mg/L，而過(guò)低含量的磷酸鹽將成為影響反硝化濾池反硝化潛力的限制因素，影響脫氮能力的發(fā)揮。因此，使濾池進(jìn)水保持適量濃度PO4-P 是維系缺氧生物膜微生物生長(zhǎng)并確保反應(yīng)器保持高效反硝化性能的必要條件。經(jīng)氣浮池后出水溶氧會(huì)上升0.2～0.5 mg/L，也給反硝化濾池的缺氧環(huán)境帶來(lái)影響，增加碳源成本。在此考慮下，深度處理工藝將反硝化濾池置于混凝氣浮之前。

根據(jù)以上工藝比選、試驗(yàn)，再考慮出水水質(zhì)要求及投資成本，提標(biāo)改造工程推薦工藝方案定為“現(xiàn)狀出水+反硝化濾池+混凝氣浮”，處理工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

3 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化方案

通過(guò)全流程試驗(yàn)及現(xiàn)狀運(yùn)行狀況分析可知，胡埭污水處理廠設(shè)備以及工藝運(yùn)行方式存在一定的優(yōu)化空間，主要優(yōu)化措施如下：

（1）通過(guò)全流程溶解氧測(cè)試可知，膜池出水溶解氧含量非常高，因此可以通過(guò)加大膜池到好氧池內(nèi)的回流比例，并減少生化段供氣量來(lái)充分利用膜池DO（溶氧量）。

（2）根據(jù)現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)，目前所用離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量過(guò)大、能耗較高，因此將現(xiàn)狀離心風(fēng)機(jī)110 kW調(diào)整為37 kW羅茨風(fēng)機(jī)，變頻控制。

（3）優(yōu)化現(xiàn)狀設(shè)備、工藝運(yùn)行控制調(diào)節(jié)，通過(guò)增加在線監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制和大數(shù)據(jù)分析等措施，對(duì)工藝、設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)智能控制，為污染物去除提供良好的生物及化學(xué)條件，使污水處理系統(tǒng)發(fā)揮最大的生化反應(yīng)潛力。

（4）現(xiàn)狀自控系統(tǒng)老化，需對(duì)老廠區(qū)自控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

（5）目前內(nèi)回流比為100%，出水仍存在大量硝酸鹽，因此通過(guò)增加內(nèi)回流比例來(lái)強(qiáng)化氮的去除。

通過(guò)以上優(yōu)化措施，能夠進(jìn)一步挖掘2 期處理能力，進(jìn)一步提升出水水質(zhì)，在夏季或進(jìn)水水質(zhì)較好條件下，能夠不經(jīng)過(guò)深度處理即達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，深度處理設(shè)施僅處理1 期出水，從而減少運(yùn)行組數(shù)。當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)較差或冬季時(shí)，2 期出水也進(jìn)入深度處理段處理，深度處理組數(shù)全開(kāi)。以上運(yùn)行措施能夠有效降低藥劑投加費(fèi)用、電耗，從而降低運(yùn)行成本。

3.2 單體工藝設(shè)計(jì)

3.2.1綜合水池

將反洗水池與接觸消毒池合建為綜合水池，同時(shí)廢除1 期原有的消毒設(shè)施。設(shè)計(jì)規(guī)模3×104m3/d，平面尺寸為23.86 m×26.7 m，有效水深為3.2 m，設(shè)置2 臺(tái)反洗泵（Q=900 m3/h，H=11 m，N=45 kW）。

3.2.2反硝化濾池

新建反硝化濾池1 座，通過(guò)反硝化作用進(jìn)一步去除2 級(jí)出水中的硝態(tài)氮，降低出水總氮，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。濾池為半地下鋼筋混凝土構(gòu)筑物，分4格，總體尺寸為28.32 m×23.7 m×5.0 m，單格過(guò)濾面積為56.3 m2，平均濾速為5.55 m/h，濾池水頭損失約為2～2.5 m。配有1 套反沖洗系統(tǒng)，采用氣水反沖洗模式進(jìn)行反沖洗，反沖洗強(qiáng)度為氣洗92 m/h、水洗15 m/h，濾池濾料采用石英砂，厚度為1.83 m。其余設(shè)備包括2 臺(tái)反洗風(fēng)機(jī)（Q=90 m3/min，P=68.6 kPa，N=150 kW）、2 個(gè)15 m3的碳源儲(chǔ)罐和2 臺(tái)碳源投加泵（Q=500 L/h，H=40 m，N=0.55 kW）。

3.2.3高速氣浮池

為保障出水TP 濃度達(dá)標(biāo)，采用混凝氣浮工藝，進(jìn)一步去除2 級(jí)出水的TP 含量。

本工程新建氣浮池1 座，平面尺寸為11.2 m×26.55 m。高速氣浮裝置(含配套核心設(shè)備)包括高效微氧化強(qiáng)溶溶氣裝置、微氣泡發(fā)生裝置、紊流裝置、絮凝紊流裝置、布水裝置及集水裝置。其余裝置包括3 臺(tái)回流水泵（Q=85 m3/h，H=68 m，N=30 kW）、2 套4 kW混凝攪拌器、2 套3 kW手電動(dòng)進(jìn)水閘板。

3.2.4反洗廢水池及提升泵池

反洗廢水池用于反硝化濾池反沖洗廢水及放空廢水排放與暫存污水。現(xiàn)狀出水至反硝化濾池需泵提升，因此將提升泵池與反洗廢水池合建。有效容積3 000 m3，有效水深5 m，主要設(shè)備包括2 臺(tái)變頻潛水泵（Q=500 m3/h，H=16 m，N=37 kW）、4 臺(tái)攪拌器（N=3.75 kW）、3 臺(tái)變頻提升泵（Q=625 m3/h，H=14 m，N=37 kW）。

3.2.5加藥間

新建加藥間1 座，用于存放消毒劑、PAC（聚合氯化鋁）以及PAM（聚丙烯酰胺）等藥品，尺寸為7.2 m×18 m，主要設(shè)備包括10 m3次氯酸鈉儲(chǔ)藥罐1 臺(tái)、次氯酸鈉加藥泵2 臺(tái)（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；20 m3PAC 加藥罐1 臺(tái)、PAC 加藥泵3臺(tái)（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；10 m3PAM 加藥罐1 臺(tái)、PAM 加藥泵3 臺(tái)（Q=1 000 L/h，H=30 m，N=1.1 kW）。

3.2.6活性炭投加系統(tǒng)

新增活性炭投加系統(tǒng)1 套，主要用于進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重波動(dòng)時(shí)緊急投加活性炭，以保證出水達(dá)標(biāo)。包括30 m3的活性炭?jī)?chǔ)倉(cāng)、溶解裝置與配套空氣裝置各1 套。

3.2.7生物工藝智能控制系統(tǒng)

新增生物工藝智能控制系統(tǒng)1 套，主要用于現(xiàn)狀生物工藝的智能控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理精細(xì)化。主要包括智能硝化調(diào)控系統(tǒng)、智能反硝化調(diào)控系統(tǒng)、智能除磷調(diào)控系統(tǒng)和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)4 個(gè)板塊。

3.2.8除臭設(shè)計(jì)

增設(shè)除臭系統(tǒng)，對(duì)新、老廠區(qū)部分單體進(jìn)行除臭處理。除臭構(gòu)筑物包括除臭系統(tǒng)一：粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、旋流沉砂池、反洗廢水池(新建)、膜格柵、曝氣沉砂池；除臭系統(tǒng)二：貯泥池、污泥脫水機(jī)房。除臭系統(tǒng)一主要收集粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池以及反洗廢水池的臭氣進(jìn)行集中處理，處理風(fēng)量為12 000 m3/h。除臭系統(tǒng)二主要收集污泥系統(tǒng)的臭氣進(jìn)行處理，處理風(fēng)量為2 000 m3/h。

4 運(yùn)行效果

本次提標(biāo)改造于2020 年12 月建成運(yùn)行。2021年1～6 月平均運(yùn)行水質(zhì)見(jiàn)表5。

由表5 可知，經(jīng)改造深度處理后，出水水質(zhì)均有所提升，其中出水CODCr、TN、TP 濃度分別降低31.5%、44.9%和51.2%，且平均水質(zhì)滿足一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明本次提標(biāo)改造方案可行，應(yīng)用效果良好。

表5 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)處理程度表 單位：mg/L

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目于2020 年12 月18 日建成，改造工藝可靠，運(yùn)行效果穩(wěn)定，作為無(wú)錫市濱湖區(qū)、無(wú)錫市、乃至華東地區(qū)的污水處理示范工程，具有較為深遠(yuǎn)的影響。本次改造工藝可供類(lèi)似項(xiàng)目參考。