中科成污水处理厂升级改造工程方案与分析

杨飞，张邓霖

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东　青岛　210008）

中科成污水处理厂升级改造工程方案与分析

杨飞，张邓霖

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛210008）

针对污水处理厂进水受工业废水影响导致CODCr难去除的问题，通过现场中试，提出增加活性砂过滤-臭氧接触氧化的深度处理工艺，可将出水水质由GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准提高到一级A标准。重点介绍了升级改造工程方案设计，给出了设计参数及投资运行成本。

升级改造；深度处理；海藻生产废水；活性砂过滤；臭氧接触氧化

中科成污水厂设计规模为15万m3/d，占地约为14.65 ha，总投资为1.33亿，采用BOT运营模式，分3期建设，处理工艺相同，采用预处理-A2O-高效沉淀池工艺。现状设计出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，根据DB 37/676—2007《山东省半岛流域水污染物综合排放标准》，要求改造后出水水质满足GB 18918—2002一级A标准的要求。

该厂进水中工业废水的比例为60%～70%，其中海藻生产企业废水比例较大，与常规城镇污水厂［1］（主要是生活污水）水质特性不同。分析现状，研究这部分工业废水的性质及影响，在充分利用现状处理设施的基础上，同时新增深度处理单元进行升级改造。

1　设计进、出水水质

现状实际出水水质及本次升级改造出水水质标准见表1。由表1可见，现状污水处理效果较好，BOD5、TN和NH3-N指标已经达到GB 18918—2002一级A标准，只有CODCr、SS和TP需要通过升级改造进一步去除。TP超标部分可通过在现状高效沉淀池加药去除，因此，升级改造工程处理的重点为CODCr和SS的去除。

2　现状及改造要求

2.1现状分析

现状一期、二期和三期工程污水处理工艺相同，处理工艺流程见图1。

现状工艺采用的是比较常规的城市污水处理厂处理工艺，各处理单元的设计负荷比较保守。初沉池停留时间约2.5 h，对SS和有机物的去除效果较好，可以减轻后续生物处理段负荷；A2O生化池停留时间大于23 h，气水比为10∶1，时间较长，生物反应较充分；二沉池表面水力负荷约为1.3 m3/（m2·h），水深4.5 m；高效沉淀池总反应时间约为17min。近2年的实际进水数据中CODCr浓度超设计值的概率达80%，有时SS浓度翻倍，而实际出水指标能够稳定地达到GB 18918—2002一级B标准。这些都归功于上述处理单元的优化设计，使得其具备了很好的抗冲击负荷能力。

表1　实测进、出水水质及本设计出水水质数据Tab.1　Dates of measured inf1uent and eff1uent water qua1ity and design eff1uent water qua1ity

图1　现状工艺流程Fig.1　Current process f1ow

现有工艺对有机物、SS及NH3-N的去除效果能够满足本次升级改造前端处理的要求，对CODCr的去除率约为93%～97%，基本无改造提升的空间。另外在现场做了A2O-MBBR工艺试验［2-3］，试验出水CODCr平均质量浓度约为78mg/L，现状A2O-二沉池工艺出水CODCr平均质量浓度约为80mg/L，两者相差仅为2mg/L，效果并不明显，进一步证明现状生化单元的处理效果很好，因此认为现状一、二级处理工艺是合适的，升级改造工程中不再进行改造。

2.2升级改造的难点分析

分析进、出水CODCr指标呈现以下特点：

（1）进水中工业废水量较大，造成CODCr浓度波动较大，远高于常规城市污水厂。区域内有多家海藻生产企业，其生产废水最终都通过市政污水管网收集后进入中科成污水厂统一处理。海藻生产废水中含有大量海藻酸盐［4］，由于其亲水性及胶凝性的特点，需考虑其对CODCr进一步去除的影响，因此在升级改造中CODCr的去除将成为难点。

根据国内的统计数据，常规城市污水厂进水CODCr的质量浓度一般为400～500mg/L，青岛市区内城市污水厂进水CODCr的质量浓度一般为700～800mg/L。该厂设计进水CODCr的质量浓度为900mg/L，且实际进水CODCr浓度多数高于设计值（高峰时可达到2 000～3 600mg/L），远远高于常规指标，可见进水中工业废水的影响较大，且成分较复杂，没有规律可循。

（2）出水CODCr浓度波动较小，CODCr去除效果较好，出水CODCr与进水CODCr浓度无必然联系。实测数据表明，不论进水条件好坏，现有工艺能较好地将进水CODCr中可生物降解的部分进行降解，生物段的处理效果较好。

（3）出水CODCr主要为难生物降解有机成分，其质量浓度为40～56mg/L，而BOD5的质量浓度为2.8～5.3mg/L，BOD5与CODCr的质量比为0.070～0.095，剩余CODCr为难生物降解有机物。

2.3存在问题及改造要求

（1）污水厂出水水质执行标准不能满足新的要求，需要进行提标改造。

（2）实际进水水质高于原设计进水水质，且受海藻生产废水的影响，改造难度大。

（3）二期生物池部分曝气设备及管道破损，需要进行放空检修。但实际周边管井内水位降不到原设计底板以下，无法实现二期生物池放空检修，需对生物池抗浮进行改造。

（4）脱水机房处理能力不足［5］，有时出现跑泥现象，增加深度处理后污泥总量会增加，需增加脱水机满足污泥处理需求。

3　试验研究及工艺选择

城市污水厂升级改造采用的工艺［6］主要有混凝沉淀-过滤工艺、膜过滤、化学氧化法和活性炭吸附法。统计表明，目前，大部分新建或改扩建污水处理厂在深度处理阶段采用混凝沉淀-过滤工艺，该工艺较成熟，且日常维护管理方便。当对出水有特殊要求时，部分污水处理厂采用孔径为0.1 μm的中空纤维膜，通过膜的过滤作用，使出水部分指标优于GB 18918—2002一级A标准，但存在膜污染、膜更换的问题，投资及运行成本大。化学氧化法一般用于难降解的高浓度有机废水。活性炭具有吸附性，在吸附过程中色散作用是决定因素，对芳香族化合物效果明显，因吸附饱和后需要再生或更换，且其吸附效率、再生条件以及材料的机械强度和使用寿命等方面不理想，所以应用价值还待研究。

就上述升级改造采用的工艺而言都能够满足本次升级改造的要求，但鉴于该项目规模（15万m3/ d）较大，且水质比较特殊，国内没有可参考的工程实例，因此，为确保出水达到设计要求，同时满足业主、运营方等的相关要求，现场进行了砂滤、膜过滤和臭氧氧化的中试试验。通过试验研究，结合现状污水处理情况确定升级改造工艺方案。

3.1试验研究

试验装置进水来自现状高效沉淀池出水，相关试验内容主要包括砂滤试验、膜过滤试验、臭氧试验。

3.1.1砂滤试验

活性砂滤池中试规模为100 m3/d。砂滤的试验数据表明，砂滤对出水中CODCr的去除效果有限，约为4%～5%，且存在不稳定现象。可见剩余CODCr中的有机物主要是溶解性有机物，简单的物化、生化法很难将这部分有机物去除。

3.1.2膜过滤试验

膜过滤试验分2个阶段进行，即超滤（0.1 μm）和反渗透。超滤试验表明超滤膜对剩余CODCr的去除效果不明显，与砂滤效果相当。反渗透可以使这部分CODCr去除率达到89%～98%，效果较明显。膜过滤试验进一步证明了该部分溶解性的CODCr多数为小分子有机物［7］，超滤对其基本没有截留作用，因此单纯从截留的角度考虑，要想截留掉这部分CODCr，就需要膜的孔径足够小。

3.1.3臭氧试验

氧化塔直径为600 mm，高度为6 m，流量为3 m3/h，配套100 g/h臭氧发生器1台。试验结果表明，臭氧投加量在20mg/L，停留时间为30min时，出水CODCr平均质量浓度在42mg/L左右，CODCr平均去除率达24.4%；臭氧投加量达到25mg/L后，部分水样短时间发红，表明臭氧投加过量。另外，停留时间为1 h时，试验结果反而不好。可见控制好臭氧投加量及接触时间对于反应效果至关重要。

3.2工艺选择

本次升级改造工程污水处理的重点为 SS、CODCr的去除，其中CODCr的去除是个难点。针对这个特点，通过现状分析及相关试验结果分析，可以得出：单纯的过滤不能满足CODCr的达标排放要求，但对TP有一定的保障作用，因此认为本次升级改造中过滤单元是必要的；在工艺选择时，除了过滤以外，还需要配套其它工艺处理单元，方能使出水稳定达到GB 18918—2002一级A标准。

现场中试试验结果表明，反渗透和臭氧氧化工艺均可以满足设计要求。因此，本次升级改造工艺路线分2条：路线1，采用砂滤与臭氧氧化相结合的方案；路线2，采用部分反渗透与现状出水掺混方案。考虑到浓水问题及运行成本，综合比较而言，认为路线1对进水水质要求比较宽松，抗冲击负荷能力强，能更好地适应本工程现状水质的特点以及场地条件，最终确定采用砂滤-臭氧接触氧化工艺。

4　工艺设计

升级改造工程规模为15万m3/d，总变化系数K为1.3。现状高密度沉淀池出水经提升后进入活性砂滤池过滤，再经臭氧接触池、新建出水明渠后通过现有排海管线进行深海排放。

（1）二级提升泵房。利用现有排海泵房进行改造，平面尺寸为12.8 m×10 m，新设5台水泵，4用1备。单泵流量为2 031 m3/h，扬程为7 m（调节范围为5.1～7.5 m），采用变频调速的潜污泵。

（2）活性砂滤池。新建活性砂滤池1座，粒径范围为1.2～2.0 mm，砂床高度为2 m，洗砂废水排放量小于总进水量的8%～10%，配套活性砂过滤器140套，单套过滤面积为6 m2，平均滤速为7.4 m/h。

（3）空压机房。利用现有加氯间改造，平面尺寸为12.4 m×10.3 m，新设3台空压机，2用1备。单台流量为13.6 m3/min，压力为0.75 MPa，配套储气罐2台。

（4）臭氧接触池。新建臭氧接触池1座，受到厂区用地的限制，该池同时兼做消毒池，平面尺寸为99.7 m×8.3 m，水深为6.5 m，接触时间为44min。配套臭氧投加系统1套，臭氧投加量为20mg/L；尾气破坏器4台。

（5）臭氧发生间。新建臭氧发生间，平面尺寸为25.2 m×11.4 m，新设4台臭氧发生器，3用1备。单台发生能力为40kg/h。

（6）脱水机房。升级改造后产生的泥量较现状增加0.8%，考虑到整个污泥系统及脱水机的稳定性，本次改造增加1台脱水机，处理能力为40～60 m3/h。

（7）二期生物池改造。二期工程设计规模为4万m3/d，生物池原设计平面尺寸为104.0 m×74.0 m，有效水深为6.0 m，停留时间约为27 h。为了解决在放空情况下的抗浮问题，在池底采用混凝土压重，预制带有吊钩的C20混凝土压重块，块体尺寸为1.2 m×1.2 m×0.6 m，池底摆满预制块后，抽空池水，在预制块顶层浇筑10 cm厚C30混凝土，安装新的盘式曝气器。改造后停留时间变为24 h，可以满足工艺要求。

5　结语

（1）针对有特殊工业废水混入的城市污水处理厂，其处理工艺的选择应慎重，前期需要有充分的调研分析，并借鉴类似的工程实例，必要时进行试验研究确定处理方案。

（2）中科成污水厂升级改造深度处理采用活性砂滤池-臭氧接触氧化工艺，对污水中难降解的、溶解性的小分子有机物有较好的去除效果。

（3）臭氧接触氧化工艺耗电量较大，结合实际进水水质变化规律，设计时在砂滤前、后均设置了超越管线，通过阀门控制实现砂滤和臭氧接触池有机组合，合理调整臭氧投加量，减少药耗、电耗，降低成本。

［1］张自杰，林荣忱，金儒霖，等.排水工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［2］赵欣萍，刘继先，王姬芳，等.无锡市芦村污水处理厂升级改造工程设计总结［J］.中国给水排水，2010，26（12）：36-38.

［3］沈文，熊家晴.城镇污水处理厂工艺设计及特点分析［J］.工业用水与废水，2012，43（3）：77-80.

［4］詹现璞，吴广辉.海藻酸钠的特性及其在食品中的应用［J］.食品工程，2011，（1）：7-9.

［5］高陆令.江边污水处理厂二期扩建及升级改造工程设计方案［J］.净水技术，2012，31（2）：88-93.

［6］刘继凤，刘继永，朱进勇.浅谈工业废水中难降解有机污染物处理技术及发展方向［J］.环境科学与管理，2008，33（4）：120-122.

［7］沈国，李茵.废水处理系统中有机物分子量分布及其变化［J］.环境科学与技术，2010，33（11）：43-45.

Scheme and analysis of upgrading reconstruction project of Zhongkecheng wastewater treatment plant

YANG Fei，ZHANG Deng-1in
（Qingdao Municipal Engineering Design Research Institute Co.，Ltd.，Qingdao 210008，China）

In view of the prob1em that as affected by industria1 wastewater，CODCrin the inf1uent water of wastewater treatment p1ant was hard to be removed，a site pi1ot sca1e test was carried out.It was pointed out that，adding activated carbon fi1tration-ozone cata1ytic oxidation advanced treatment techno1ogy cou1d improve the eff1uent water qua1ity and then upgrade the sewage discharge standard of the p1ant from the grade 1 1eve1 B to the grade 1 1eve1 A of GB 18918—2002 Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant. The scheme design of the said upgrading reconstruction project was introduced emphatica11y with the design parameters and investment operating costs provided at the same time.

upgrading reconstruction；advanced treatment；seaweed production wastewater；activated sand fi1tration；ozone cata1ytic oxidation

X505；X703.1

B

1009-2455（2016）03-0066-04

杨飞（1982-），女，山东日照人，工程师，硕士研究生，主要从事排水工程设计，（电子信箱）yangfei4321@163.com。

2016-03-14（修回稿）