污水處理廠提標改造工程實例分析及研究

宋淑美

（煙臺市環保工程咨詢設計院有限公司，山東 煙臺 265100）

引言

我國水資源短缺問題依然較為嚴峻。截至2021年底，我國人均水資源量為2 098.49 m3/人，屬輕度缺水狀態，略高于中度缺水線（2 000 m3/人）。從全國各省市分布來看，寧夏、山東、山西等省處于中度缺水狀態。2021年國家發改委、住建部聯合印發《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》，該《規劃》從城鎮污水管網、污水處理設施、再生利用設施及污泥處置設施四個方面明確重點建設任務，提出到2025年全國城市生活污水集中收集率力爭達到70%以上，線程污水處理率達到95%以上，水環境敏感地區污水處理基本達到一級A排放標準[2]。某市污水處理廠為有效減少污染物排放，切實提升污水處理水平，需要對現有污水處理廠處理能力進行提標改造。

1 概況

某市污水處理廠主要處理中心城市老城區及部分新區、物流商貿區居民生活污水。改造前污水處理規模為5×104m3/d，污水處理選用氧化溝工藝。設計出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[1]的一級A標準，出水排入周邊河流，部分中水回用。但隨著服務區人口規模的不斷擴大，以及商貿區生活污水排放治理的現實需求，原有設計規模日處理量已接近飽和，且根據該市城鎮污水處理廠再生水提標改造行動方案要求，至2025年全市城鎮污水處理廠處理出水水質由設計時的“一級A”標準提高至地表“準Ⅳ類”排放標準。由表1可知，本次提標的“準Ⅳ類”污水處理后的達標水質較原本設計的“一級A”標準有了顯著提升，之前設計進水水質各項污染物指標濃度值均過大，造成設備運行浪費，而過小又無法滿足新的污水處理達標排放要求[3]。因此，進行綜合比選分析并確定污水處理廠設計進出水水質，選擇新的污水處理工藝，具有積極的指導和參考意義。

表1 原設計進出水水質及提標水質指標 單位：mg/L（除pH外）

2 污水處理廠工藝運行情況分析

原污水處理廠處理工藝是在污水收集進入污水處理廠后，經把式粗格柵初步過濾，再由提升泵房將污水提升至細格柵，通過重力流入曝氣沉砂池，去除污染物中難溶解的雜質，再進入氧化溝生物處理單元，經高密度沉砂池進行泥水分離處理，最后經紫外消毒，實現“一級A”達標并排放至周邊河流。目前，污水處理廠總體運行較為穩定，近三年的進出水監測數據顯示，出水水質較為穩定，且達到了預期設計標準，但進水水質平均濃度低于設計值，且進水水質營養不均衡，主要表現為碳源偏少。

3 污水處理廠進出水水質情況

3.1 進水水質

由于該污水處理廠所處地區不同季節情況變化大，導致進水水量存在不穩定性，面臨較大的變化幅度。從污水處理廠的實際運行數據來看，2020年4～6月，水量較平時有顯著提升，且水量較為穩定，約為4.0～4.5萬m3/d，達到滿負荷的80%～90%。設計進水水質污染物濃度均值為：COD質量濃度為480 mg/L，BOD5質量濃度為260 mg/L，SS質量濃度為300 mg/L，TN質量濃度為50 mg/L，NH4+-N質量濃度為40 mg/L，TP質量濃度為5.5 mg/L。

3.2 出水水質

出水水質總體保持穩定，且均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）[1]的一級A標準，但與“準Ⅳ類”污水處理達標的標準和要求還有一定差距，需要進一步做好提標升級改造工程。本期提標改造，在前期充分利用及改造氧化溝的基礎上，重點關注進水中難降解有機物含量較高的污染物，重點提升對TN、TP及SS污染物的處理效果，在生化階段去除更多TP，降低化學輔助除磷藥劑使用量，兼顧BOD、COD和氨氮等的去除率，保證出水水質達到“準Ⅳ類”標準，便于后期運行管理。

4 污水處理廠提標改造工藝比選及應用

本文根據水質“準Ⅳ類”標準，以及本次污水處理廠提標改造的重點是要提升對TN、TP及SS污染物的處理效果，并結合初期污水處理廠碳源供給不足的問題，在充分利用現有處理設施的基礎上，選擇了三種工藝組合：A2/O+反硝化生物濾池；A2/O+MBR；A2/O+MBBR，并從工藝特點、技術成熟度、主要工程內容、直接投資費用、運行費用和優缺點等方面進行綜合比選。

4.1 工藝性能

A2/O+反硝化生物濾池新增構筑物及碳源，投加化學除磷藥劑，處理效果達到預期設計標準；A2/O+MBR增加膜組件，輔助投加碳源相關設備，無需增設構筑物；A2/O+MBBR在生物池投加填料，無需增設新的構筑物[4]。

4.2 技術成熟度

A2/O+反硝化生物濾池工藝技術成熟，應用普遍，污水處理針對性強；A2/O+MBR工藝技術成熟，使用廣泛；A2/O+MBBR工藝技術成熟度一般，實際推廣應用較少。

4.3 工程內容

A2/O+反硝化生物濾池改造及新增提升泵站各一座，新增反硝化深床濾池2座，輔之配套加藥及反洗等相關設備系統[5]；A2/O+MBR工藝技術改造現有二沉池4座，增設一定數量膜組件，增設產水泵、鼓風機、膜清洗設備等，增加碳源儲存及投加設備[6]；A2/O+MBBR投加專用填料及配套填料流化設備，增加鼓風機及碳源儲存投加設備。

4.4 直接費用

A2/O+反硝化生物濾池預計費用為0.987億元；A2/O+MBR預計費用為1.4億元，A2/O+MBBR預計費用為0.67億元。

4.5 運行費用

A2/O+反硝化生物濾池運行費用為0.163元/t；A2/O+MBR運行費用為0.202元/t，A2/O+MBBR運行費用為0.147元/t。

4.6 工藝優缺點

A2/O+反硝化生物濾池占地面積小，污染物處理效果好，運行管理較復雜，提標改造工程投入相對較少；但工程量較大，運行控制要求高[7]。A2/O+MBR工藝技術出水水質穩定，便于后期回用，可提升污水處理經濟效益，新增構筑物少，便于改造；但工程投資大，運行控制要求高。A2/O+MBBR工程改造工程量少，投資相對較少，運行費用低。本文綜合以上比選，選擇A2/O+反硝化生物濾池工藝進行改造升級。提標改造設計出水水質見表2。

表2 提標改造設計出水水質 單位：mg/L

分析原污水處理廠工藝，本輪提標升級改造的難點主要是：一方面污水日處理能力接近設計限值，日均處理污水量接近飽和。隨著污水處理量的不斷增加，現有污水處理設計能力即將無法滿足處理需要，需盡快推動改擴建工程。除BOD5、SS達到設計處理標準，TN偶有超標，其他各項出水指標均達到“一級A”標準，但與“準Ⅳ類”標準還有一定差距。提標升級改造，既要保證經濟效益，做好現有設備的挖潛再利用，也需要選擇相應的深度處理工藝[8]。作為本污水處理廠的核心處理構筑物，生化池是處理BOD5、COD、TN、TP、NH4+-N等主要污染物的構筑物，為進一步提升生化反應效率，可通過深挖生化池構筑物潛力，達到盡可能在生化池去除更多污染物的目的。為此，本文通過計算攪拌功率、曝氣量、生化池反應段容積等數據，檢查生化池相關設備安裝位置是否滿足設計要求，利用反應動力學，確定污水處理提標升級改造回流比、污泥濃度值，如將原工藝技術進行優化升級改造，設置多段A/O，投加處理填料，提升生化反應效果，并輔之以投加碳源等措施[9-10]。本次提標升級改造的重點是要處理TN、TP及SS等污染物，并在各單元升級改造時有針對性地進行。根據工藝比選，本文選擇反硝化深床濾池以有效去除TN污染物，拆除現有2座纖維轉盤濾池，新增提升泵站1座，改造提升泵站1座，新增反硝化深床濾池2座，并配套相應的加藥和反洗處理系統，以提升整體處理效果。

5 結語

隨著污水處理產能的增加，以及污水處理標準的提升，某市需要對現有污水處理廠的工藝、構筑物及設備進行提標升級改造。本文首先分析了污水處理廠提標改造前后主要污染物及其達標排放濃度值要求，綜合分析了水質及工藝，從經濟效益、環保效益和運行管理等方面進行綜合考慮，確定了最佳提標升級工藝，達到了預期的提標升級改造效果。本污水處理廠處理污水即將達到滿負荷，應及時對其進行提標升級改造。通過監測提標前后的水質污染物，明確需要重點處理原水中的TN、TP及SS，經工藝特點、技術成熟度、主要工程內容、直接投資費用、運行費用和優缺點綜合比選，本文最終確定選擇A2/O+反硝化生物濾池作為提標升級改造工藝，該工藝具有較好的針對性，能夠確保改造達到預期目標。