大型曝氣生物濾池污水處理廠提標改造設計

汪啟光

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

曝氣生物濾池是將生物接觸氧化與過濾原理相結合的污水處理工藝[1]，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜作為處理介質[2]，在同一個反應器內實現生物氧化與固液分離功能[3]。該工藝具備優良的過濾吸附作用，以占地面積少、流程簡單、處理效率高著稱[4]。在國內已建的數十座曝氣生物濾池工藝污水處理廠中，沈陽仙女河污水處理廠在處理規模上首屈一指，達到40 萬m3/d[5]。由于建設時間較早，該廠出水水質已無法滿足國家現行標準，亟待提標改造；同時本工程還存在用地緊張、需要不停產施工等難點。

本文通過對沈陽仙女河污水處理廠提標改造工程的介紹，旨在為類似污水處理廠的設計提供借鑒。

1 工程概況

1.1 污水處理廠現況

仙女河污水處理廠位于沈陽市于洪區，現狀總處理規模為40 萬m3/d，服務范圍總面積為44 km2，服務人口近80 萬。該廠分2 期建設，1 期規模20 萬m3/d，于2003 年底建成投產；2 期規模20 萬m3/d，于2005 年底建成投產。該廠現狀生物處理工藝采用曝氣生物濾池工藝，處理后的達標尾水排入細河。

仙女河污水處理廠提標改造前的實際進出水水質見表1。表1 中：CODcr為化學需氧量；BOD5為5日生物需氧量；SS 為懸浮物含量；NH3-N 為氨氮含量；TN 為總氮含量；TP 為總磷含量。由表1 可見，該廠出水水質已達到原設計要求，即《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的二級標準。根據遼寧省政府保護渾河流域生態環境的戰略目標，該廠出水標準須提高至一級A 標準。顯然，該廠實際出水水質的各項指標均與一級A 標準有一定差距。

表1 仙女河污水處理廠提標改造前實際進出水水質 單位：mg/L

1.2 工程難點

（1）建設用地極為緊張。仙女河污水處理廠地處沈陽市中心區域，現狀廠區占地面積約6.59 hm2，加上廠區東北側新劃撥用地0.62 hm2，合計為7.21 hm2。現狀廠區內部用地基本飽和，本工程的建設除利用新劃撥用地外，還需要通過拆除廠前區現狀建筑進行用地挖潛，為新建構筑物提供用地。

（2）不停產施工的要求。仙女河污水處理廠不具備將現狀處理污水量全部轉輸至其他廠的條件，為避免環境風險，環保部門要求本工程在提標改造過程中不得出現長時間的停產、減產。為此，在對廠內原有處理構筑物實施改造，并新增處理構筑物的同時，需要建設應急處理系統，在總體工藝改造期間對進水進行達標處理。

2 工藝方案

2.1 總體工藝改造方案

仙女河污水處理廠處理對象為以生活污水為主的典型城市污水，現狀運行基本正常，但出水水質各項指標均與一級A 標準有一定差距，需要通過進一步處理以滿足提標要求。此外，由于原設計執行的二級標準對總氮（TN）指標無要求，現狀廠內采用的二級曝氣生物濾池工藝不具備反硝化功能，如何通過反硝化生物脫氮來實現TN 達標，是本次提標改造的重點。

總體工藝改造思路為：進一步提高生物處理系統對有機物及氨氮的處理效果；對現狀生物處理系統進行改造使其具備反硝化功能；通過新增深度處理系統來加強對懸浮物和總磷的去除。

總體工藝改造方案由預處理、生物處理、深度處理系統組成。

2.1.1 預處理系統

對1 期、2 期預處理構筑物進行改造利用，包括粗格柵、進水泵房、細格柵、高密度沉淀池。

2.1.2 生物處理系統

為強化反硝化生物脫氮，將現狀二級曝氣生物濾池改造為帶反硝化功能的三級生物濾池，即“前置反硝化生物濾池+ 曝氣生物濾池+ 后置反硝化生物濾池”。

前置反硝化生物濾池：將1 期、2 期第一級曝氣生物濾池改造為前置反硝化生物濾池，1 期、2 期前置反硝化生物濾池處理水量分別按18 萬m3/d、22 萬m3/d（不含回流硝化液）進行分配，使2 組濾池水力負荷（濾速）基本一致。

曝氣生物濾池：在保留利用1 期、2 期第二級曝氣生物濾池的基礎上，新建1 組曝氣生物濾池以保證好氧段對有機物、氨氮的有效處理；1 期、2 期、新建曝氣生物濾池處理水量分別按11 萬m3/d、12 萬m3/d、17 萬m3/d（不含回流硝化液）進行分配，使3 組濾池水力負荷（濾速）基本一致。

后置反硝化生物濾池：新建后置反硝化生物濾池，對曝氣生物濾池出水進行進一步脫氮處理。

2.1.3 深度處理系統

三級生物濾池出水需要進一步去除總磷及懸浮物，本工程深度處理工藝采用了投加介質的改良型高效沉淀池——加砂沉淀池，在保證處理效果的前提下提高表面負荷以節約用地。出水經紫外線消毒，達到一級A 標準后排放。

總體工藝改造流程見圖1。

圖1 總體工藝改造流程

2.2 應急處理工藝方案

本工程應急處理系統建設用地為廠區東北側新劃撥用地，由于用地面積僅0.62 hm2，不具備生物處理工藝的用地條件，應急處理工藝原則上采用一級強化物化法工藝。本工程應急處理采用了與深度處理相同的加砂沉淀池工藝，兼顧處理效果和節約用地兩方面的要求，同時也便于生產管理。

應急處理工藝流程見圖2。

圖2 應急處理工藝流程

在污水處理廠總體工藝改造期間，進水經過應急處理系統所包含的粗格柵、進水泵房、細格柵、曝氣沉砂池、加砂沉淀池，出水達到目前執行的二級標準后排放。

2.3 用地布局方案

1 期改造片區、2 期改造片區位于現狀廠區中部，包含1 期、2 期保留利用的預處理及生物處理構筑物。

新建片區由現狀廠區南部的廠前區和北部的污泥處理區組成：拆除現狀廠前區的變電所、鍋爐房、綜合樓、宿舍樓、消毒池，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污水處理構筑物以及廠區生產管理建筑，主要包括曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池、加砂沉淀池、紫外線消毒渠、巴氏計量槽及回用水泵池、反沖洗鼓風機房及除臭間、加藥間及換熱站、1#綜合樓、2# 綜合樓、變電所；污泥處理區拆除現狀污泥堆棚、污泥轉運棚，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污泥脫水間、污泥料倉間。

應急片區為現狀廠區東北側新劃撥用地，布置應急處理系統所包含的預處理構筑物、加砂沉淀池、加藥間、巴氏計量槽及提升泵池。

提標改造工程平面布置見圖3。

圖3 提標改造工程平面布置

3 主要構筑物工藝設計

3.1 1 期生物濾池改造

已建1 期生物濾池共2 座，每座含12 格一級濾池、12 格二級濾池。通過運行模式的調整，將第一級曝氣生物濾池調整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設計規模為18 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為36 萬m3/d；部分分流至新建區后，曝氣生物濾池設計規模為11 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為22 萬m3/d。

為滿足提標要求，濾料及濾池內的濾梁、濾板、承托層需進行更換，并對現有曝氣風機、反沖洗風機、反沖洗水泵、反沖洗排水泵進行更換。

3.2 2 期生物濾池改造

已建2 期生物濾池1 座，含16 格一級濾池、16格二級濾池。通過運行模式的調整，將第一級曝氣生物濾池調整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設計規模為22 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為44 萬m3/d；部分分流至新建區后，曝氣生物濾池設計規模為12 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為24 萬m3/d。

土建及設備改造內容與1 期濾池類似。

3.3 新建曝氣生物濾池

新建的曝氣生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構筑物。上層為濾池，分為24 格，設計規模為17 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為34 萬m3/d；下層為中途提升泵、硝化液回流泵、反沖洗泵共用的調蓄池，上層濾池處理后的出水直接進入調蓄池，由承擔不同功能的泵組轉輸。

3.4 新建后置反硝化生物濾池

新建的后置反硝化生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構筑物。上層為濾池，分為14 格，設計規模為40 萬m3/d；下層為反沖洗廢水池，用于接納新建曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池反沖洗廢水，經反沖洗排水泵轉輸至應急區預處理構筑物。

現狀濾池改造、新建濾池設計工藝參數見表2。

表2 濾池設計工藝參數

3.5 加砂沉淀池

新建片區與應急片區各建設加砂沉淀池1 座，布置形式和設計參數基本相同。加砂沉淀池設計規模為40 萬m3/d，分為4 組，每組由快混池、絮凝池、斜管沉淀池組成，沉淀池表面負荷為27.1 m3/（m2·h）。附屬機器間內設有微砂循環泵，沉淀池底混合微砂的污泥經微砂循環泵提升后，由水力旋流器分離，微砂回流至絮凝池，剩余污泥排至污泥處理系統。

4 提標改造效果

項目總投資為人民幣64727.29 萬元。提標改造完成后，全廠單位處理耗電量為0.80（kW·h）/t，單位處理成本為1.64 元/ t，單位經營成本為1.23 元/t。

本工程于2018 年4 月開工建設，于2018 年12月通水試運行。通過合理組織分階段實施方案，提標改造建設過程實現了不停產施工、不降低排放標準的預期目標。完成調試和試運行階段后，項目于2021 年6 月正式驗收。項目驗收運行至今，其實際進出水水質如表3 所示。由表3 可見，提標改造后，該廠出水水質達到了一級A 標準，環境效益顯著。

表3 提標改造完成后的實際出水水質 單位：mg/L

提標改造完成后，整套處理工藝自動化程度高，可靠性好，運行管理便捷。此外，本項目建設的應急處理系統在完成改造期處理任務后，繼續保留利用，承擔全廠改造、新建生物濾池反沖洗廢水的旁路處理，解決了大水量、高濃度反沖洗廢水的沖擊問題，使全廠的運行條件得到了極大改善。

5 結語

在沈陽仙女河污水處理廠的提標改造工程中，在全廠用地僅有7.21 hm2的條件下，將現狀二級曝氣生物濾池改造成了帶反硝化功能的三級生物濾池，并采用加砂沉淀池作為深度處理單元，使其出水水質由《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的二級標準提高至一級A 標準；同時通過建設應急處理系統，合理組織分階段實施方案，實現了提標改造工程不停產施工、不降低排放標準的預期目標。