某污水处理厂应急改造应用

郭金玲， 陈凡阵， 李 诚

(天津市华博水务有限公司，天津300040)

为了贯彻实施“水十条”，天津市于2015年9月25日发布实施了严格的污水处理厂地方排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB12/599-2015)(以下简称新地标)，要求区域内各污水处理厂从2018年1月1日起执行相关标准。近几年由于城市的快速扩张，城市规划进行了大幅调整，很多现有的污水处理厂需要拆除或搬迁。为了满足发展规划、环保治理要求，在实际操作过程中出现了一批应急提标工程，用于过程衔接。

1 项目现状

项目位于天津市某区，建成于2012年，其处理对象为区域内的城镇污水。

1.1 设计概况

1.1.1 设计规模

设计处理规模为6×104m3/d，其中一期工程为3×104m3/d。

1.1.2 进出水水质

设计进水水质见表1。

表1 污水处理厂原设计进水水质Tab.1 Design quality of the wastewater treatment plant influent

设计出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准。

1.1.3 工艺流程

污水处理厂原有工艺为“粗格栅+提升泵+细格栅+旋流沉砂池+初沉池+A2/O生化池+平流二沉池+二次提升泵池+高效沉淀池+纤维转盘滤池+紫外消毒”。其中预处理部分的粗格栅、进水泵房、细格栅及旋流沉砂池均按6×104m3/d设计，后续的高效沉淀池也按远期设计。

污泥处理工艺：浓缩+脱水。

1.2 实际运行状况

1.2.1 实际处理水量

目前该污水处理厂基本处于满负荷运行状况，日处理水量在(2.5～3)×104m3/d。

1.2.2 实际进水水质

提标前该污水处理厂2016年1月至2017年6月的实际进水水质见表2。

表2 实际进水水质Tab.2 Actual quality of influent mg·L-1

1.2.3 实际出水水质

根据建设方提供的运行资料，该污水处理厂出水水质可基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，部分指标可达到新地标A标准。

2 提标基本条件与要求

2.1 该提标项目为短期应急项目

根据天津市排水规划，该污水处理厂污水与收水范围内其他污水将纳入已经建成的津沽污水处理厂处理。津沽污水处理厂目前已满负荷运行，扩建项目尚在论证期。为满足天津市排水管理要求，该污水处理厂在2018年1月1日前完成提标工程。

2.2 提标过程中不能停运

该项目在提标改造过程中不能间断处理，最长停水时间不能超过1 d。

2.3 实施时间短

项目启动时间为2017年6月，要求在2017年12月31日前完成提标工程，由于时间紧迫，最终决定采用EPCO的模式进行操作。

2.4 运行效果较好

改造前污水处理厂运行稳定，已有很多指标可以稳定达到新地标A标准。NH3-N、COD、BOD达标良好，小试结果表明投加碳源可以满足TN的达标要求。

2.5 提标改造厂址

提标改造应在现有厂区范围内解决，不再另行征地。

3 实施提标方案

3.1 提标基本情况

3.1.1 提标工程规模

提标工程规模为3×104m3/d，总变化系数设计为Kz=1.45。

3.1.2 设计进出水水质

设计进水水质依据实际数据，并按照满足90%保证率的条件设计。设计出水执行新地标A标准，如表3所示。

表3 提标设计进出水水质Tab.3 Designed quality of influent and effluent

3.2 提标工艺方案

3.2.1 工艺选择原则

① 研究、分析现有污水处理厂的工程设计选型、设计参数及实际运行情况，尽可能降低对提标工程的影响，选择技术可行、经济节约的工艺。

② 提标方案应能保证在规定期限内实施完成，同时兼顾提标工程的时效性与生命周期。

③ 方案选择应协调运行与改造的矛盾，以不严重影响生产为原则，并考虑运行管理的便捷性、运行费用的节约性。

④ 选择方案时应尽可能减少土建工程量，以设备方式为主。

⑤ 在满足工艺要求的前提下，优先考虑选用国产化设备及技术，但要考虑设备选型的节能性。

3.2.2 方案确定

① 针对NH3-N，原设计好氧停留时间为10 h，现有的生化工艺出水NH3-N可稳定在1 mg/L以下，只是曝气器运行时间较长，需要更换。综合考虑采用不停水悬挂式曝气技术，分区分段更换，原曝气系统废弃不用。

② 对于TN的进一步去除，考虑采用从3个方面加强：第一，将停运的初沉池改造为前缺氧池，利用2个系列形成1座环形水流，加设推进器；第二，在好氧池增加填料，采用漂浮式安装，强化系统脱氮；第三，增加碳源补充系统，设计采用乙酸钠。

③ 增加剩余污泥回流至利用原初沉池改造而成的前缺氧池，增加1座回流泵房。

④ 原高效沉淀池设计规模为6×104m3/d(规划调整后本期污水调往津沽污水厂，二期取消)，一期安装运行一系。考虑启用另一系列高效沉淀池，降低负荷，从而在保证TP去除效果的前提下进一步降低沉淀池出水SS。

⑤ 为保证SS稳定达标，改造现有的2组纤维转盘滤池，将滤布改为新型精细滤布，再增加1组滤布滤池，降低过滤负荷。

⑥ 将现有的紫外消毒工艺改为次氯酸钠消毒，投加点设置在高效沉淀池出口，以增加反应时间，并避免滤布上粘附微生物。

⑦ 为保证COD的稳定达标，设计投加粉末活性炭作为辅助措施，投加点设置在高效沉淀池进口。

⑧ 由于污水厂平流二沉池回流污泥采用静压同水位排泥后再泵提回流的方式，造成回流不均，提标中改为回流泵直接回流。

⑨ 污泥处理系统能够满足运行需要，只对部分设备进行更换即可。

3.2.3 提标工艺流程

综合考虑建设与使用时间、占地、运行现状、设计进出水水质等因素，最终采用如图1所示的提标改造工艺流程。

图1 提标工程设计工艺流程Fig.1 Flow chart of design of the upgrading project

3.3 提标工艺设计

3.3.1 缺氧池

改造前设计流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.46；原有效尺寸：35.00 m×16.00 m，有效水深3.0 m，1座分2系。

改造中，拆除原链板刮泥机、集渣管、集水槽等，保留主要池体，在2系初沉池中间隔墙上开过孔洞。

新增4台潜水推进器φ1.5 m，N=4 kW，4台，手动控制。

3.3.2 改造生化池

Q=1 250 m3/h，混合液回流比r=200%。生化池分2系，单系工艺尺寸如下：厌氧段，10.60 m×9.50 m，有效水深为8.20 m，反算出平均停留时间为1.32 h；缺氧段，60.00 m×10.60 m，有效水深为8.20 m，反算平均停留时间为8.30 h；缺氧/好氧过渡段，10.50 m×9.50 m，有效水深为8.20 m，反算平均停留时间为1.32 h；好氧段，79.60 m×9.20 m，有效水深为8.20 m，反算出平均停留时间为9.60 h。

针对冬季脱氮问题，设计中考虑增加辫式脱氮填料，由于曝气器问题较多，考虑采用不停水换曝气方案，采用悬挂式曝气方式。

改造后，悬浮安装固定填料：比表面积不小于240 m2/m3，辫式脱氮型，单系1 200 m3，2系共2 400 m3。

悬挂微孔曝气器：单组服务面积9.00 m×3.00 m，单系24套，2系48套。

预缺氧池污泥回流泵：Q=625 m3/h，H=3.50 m，N=11 kW，2台，1用1备。

生化系统回流泵：Q=400 m3/h，H=3.50 m，N=7.5 kW，5台，4用1备。

3.3.3 高效沉淀池

设计流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.45。单系按改造前3×104m3/d计，混凝反应时间为12 min，沉淀池上升流速v=2.41 mm/s。启用另一系后，混凝时间变为24 min，上升流速变为1.2 mm/s。

对原运行一系中存在的部分问题进行改进。增加的主要设备包括絮凝搅拌机：N=7.5 kW，φ2.5 m，桨叶式，1台；刮泥机：适用φ11.7 m圆池，N=0.75 kW，中心传动，1台；污泥回流泵：Q=13～50 m3/h，H=20 m，N=15 kW，1台；排泥泵：Q=13～50 m3/h，H=20 m，N=15 kW，1台；不锈钢集水槽：B×H=0.35 m×0.35 m，L=5.0 m，12套；斜管：L=1.0 m，∠60°，φ80 mm，80 m2。

3.3.4 纤维转盘滤池

设计流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.45。原设计滤速为v=8 m/h，采用常规滤布。提标时考虑将原滤布改为精细滤布，再增加1台转盘滤池，使滤池滤速控制在v=5 m/h以下。

增加滤池采用钢制成套设备，滤布采用新一代精细滤布，孔径可达到1 μm以下。

3.3.5 消毒改造

设计流量：Q=1 250 m3/h。不再建设消毒池，在进入滤布滤池前投加次氯酸钠，投加量为10 mg/L(有效氯)。

增加储罐：V=5 m3，PE材质，2套；膜计量泵：Q=150 L/h，H=20 m，N=0.55 kW，2台，1用1备。

3.3.6 加药间

原加药间留有空间，不再建加药间。

主要设备包括碳源储罐：V=10 m3，PE材质，2套。隔膜计量泵：Q=300 l/h，H=20m，N=0.55 kW，2台，1用1备。

3.3.7 粉炭投加间

为应对突发情况，设计增加应急粉炭投加系统。投加间尺寸为12.00 m×7.00 m，高4.5 m，1座，轻钢结构。系统投加能力：Q=2.5 kg/h。

主要设备包括粉炭储罐：V=20 m3，1座；输送螺旋：φ110 mm，L=5 m，N=1.1 kW，1台；配套增压泵：N=7.5 kW，2台，1用1备。

4 施工调试与运行效果

4.1 施工

施工前，进行了较为详细的施工方案评审，要求关键环节必须有应急预案。为保证如期完成，在方案中要求多点平行施工。提标工程中最为关键的是管线切改，加之冬季施工，难度较大，对此做了关键部署。

在施工时，管线切改前，首先降低管网内的水位，并提前协调排水部门进行临时调水，保证在管线切改时，污水得到有效处理。原初沉池有超越，可以离线施工；回流泵房、碳源投加、增加的纤维转盘滤池、另一系高效沉淀池均可离线施工；更换原纤维转盘滤布是在新增加滤布滤池启用后进行，采用单系更换方式；其余工程均按照预定施工方案进行，较为顺利，最后施工如期完成。在施工期间，由于措施得当，改造过程中系统出水基本未受影响，出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

各项施工完成后，按照设备调试方案进行了设备调试。

4.2 系统调试

4.2.1 预缺氧池

预缺氧池调试采用进部分原水，30%回流污泥进入本池的方式进行，利用生化系统污泥的活性，启动较为容易。

4.2.2 生化系统调试

更换曝气设备工程是在不停水、不停曝气情况下进行，另用原有竖管布局，采用分段更换，基本未影响生化系统运行，因而生化系统无需再行调试。在增加填料与更换曝气器后，向缺氧池进口投加碳源，历时4 d即完成TN小于10 mg/L的目标；生物填料5 d后即出现明显挂膜现象。

4.2.3 高效沉淀调试

高效沉淀池按照正常调试程序进行，很快完成；由于系统负荷较低，在实际使用中本单元回流污泥泵未开启，且未投加助凝剂PAM，但出水仍可保证TP低于0.3 mg/L、SS低于10 mg/L。

4.2.4 纤维转盘滤池

新增纤维转盘滤池的调试非常顺利，原滤池更换滤布后未出现异常，其出水SS可稳定达到5 mg/L以下。

项目于2017年12月20日调试完成，出水所有指标均能达到新地标A标准。

4.3 运行效果

4.3.1 实际处理水量

改造完成后，系统处理水量基本稳定在(2.5～3.3)×104m3/d之间。

4.3.2 实际进出水水质

提标改造完成后至今，进水水质未发生明显变化。

提标工程出水水质如下：CODCr：15.8～26.8 mg/L；BOD：3.5～5.5 mg/L；NH3-N：0.1～1.1 mg/L；TP：0.08～0.28 mg/L；TN：4.86～9.68 mg/L；SS：2.5～4.6mg/L。

4.3.3 运行成本的变化

提标后增加的主要药剂是碳源，采用固体乙酸钠(有效含量58%以上)，投加量基本在1t/d以下，折合吨水成本小于0.1元/m3。

系统增加实际运行功率约70 kW，折合吨水电耗增加0.056 kW·h。

4.3.4 问题与解决对策

① 悬挂填料启用后系统DO偏低

投放悬挂填料后，对系统DO的影响较大，主要原因是生化池有效水深为8.2 m，而选用的鼓风机风压仅为9.0 m，偏小。多启动1台风机会造成风机喘振问题，因而在后期采用减少部分填料的方法。

② 悬挂曝气竖管爆管问题

系统运行约3个月后，悬挂曝气竖管出现爆管现象，查找原因发现竖管采用橡胶管，管道随曝气摆动造成材料疲劳而脆化。后期对接口方式进行改进，将曝气竖管更换具有抗拉伸的加筋涂塑管，摆动得到了有效控制。

5 总结

① 工程方案的选择充分结合了污水厂特点，并利用了现有的设施，降低了工程造价。

② 采用了一种新型悬挂式曝气方式，可以在不停水情况下更换曝气器。

③ 高效沉淀池采用较低负荷运行，结合精细纤维滤布可以使出水SS达到5 mg/L以下，为工程提标改造提供了一种新的设计思路。

④ 将初沉池改为预缺氧池，可以在一定程度上提升原水对碳源的利用率。