某城市生活污水处理厂提标改造技术探讨

方 涛 刘 栋 李朝辉 杨 成 韩玉宾

(中建五局第三建设有限公司，四川 自贡 643000)

1 项目背景

四川某城市生活污水处理厂分两期建设：一期工程于2001年建设完毕，二期工程于2012年建设完毕；总占地面积为60 169.0 m2，设计日处理污水总量为10.0万m3/d。其中，一期采用“粗细格栅及提升泵房+旋流沉砂池+厌氧池+氧化沟+二沉池+纤维转盘过滤池+紫外消毒渠”处理工艺，二期采用“粗细格栅及提升泵房+旋流沉砂池+厌氧池+生化池+二沉池+二次提升及深度处理+紫外消毒渠”处理工艺，设计出水水质均达到GB 18918—2002城镇污水厂污染物排放标准中一级A标准排入附近河流中。随着近年来国家及人民对环保要求的不断提高[1-3]，各个流域针对其独有的环境要求[4,5]，使得该污水处理厂直排水质不能满足相关要求。

同时，根据2017年实际监测数据，一、二期进出水水质现状如下：1)BOD5进水浓度较低，出水浓度基本均处于8 mg/L以内；2)CODCr进水浓度有一定的波动性，出水浓度基本处于25 mg/L(一期)、30 mg/L(二期)以内；3)NH3-N进水浓度波动较小，出水浓度基本处于2 mg/L以内；4)TN进水浓度波动较小，出水浓度基本处于10 mg/L(一期)，13 mg/L(二期)以内，去除效果较好；5)SS进水浓度波动较大，出水浓度基本均处于10 mg/L以内，去除效果较好；6)TP进水浓度较稳定，出水浓度基本稳定，均处于0.5 mg/L以内。综上所述，该城市污水处理厂现有工艺及运行参数不能满足新出水标准的要求，特别是BOD5,NH3-N,TN,TP等指标参数(即直排河流出水水质要达到DB 51/2311—2016四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准的规定)。

2 提标改造

2.1 设计思路[6-8]

首先，在执行国家环境保护的政策，符合国家对城市污水治理的有关法规、规范及标准的大前提下，使工程建设与城市发展相协调，逐步解决污水排放对环境造成污染的问题，充分发挥建设项目的社会、环境和经济效益。对此次提标改造项目的设计思路如下：

1)优化高程设计及水头损失，经过技术、经济反复比较，在池深和占地两方面选择最优的组合，以降低工程投资及运行费用。

2)充分利用现状构(建)筑物进行改造，降低污水处理厂占地面积，节省投资及运营费用。

3)采用技术先进成熟、处理效果好、运行稳定可靠、保证率高、操作管理较简单的氧化沟型A2/O+高效沉淀池+反硝化生物滤池工艺，实现对脱氮和除磷的碳源合理分配，降低回流污泥中硝酸盐对后续厌氧环境的不利影响。

4)做好通风及除臭设计，保证污水厂运行安全及舒适的工作环境，且使得污水处理厂臭气达标排放，对周围居民的生产生活无影响。

5)由于改造水厂地理位置特殊，临近河流，将污水处理厂地面层的交通通道出入口、消防通道、通风口等造型结合景观设计，与景观融为一体。

2.2 优化工艺

本提标改造工程总设计规模为10.0万m3/d，总变化系数为1.27，在排查过程中，突出的问题如下：粗细格栅渠渠宽基本能满足过流10.0万m3/d的要求，但三索钢丝绳式粗格栅捞渣器破损，捞渣效率低下；细格栅易缠绕较多纤细物，致使转动链条易断裂；由于提升泵采用干式离心泵，致使转轴汽蚀严重，泵使用寿命短，特别是二期因原预留场地受限，提升泵采用两用一备，检修时影响二期的正常运转；二期深度处理采用316L钢丝网转盘过滤，过滤孔隙较大，对SS的过滤效果较差，且易损坏，影响出水SS稳定性。

同时，该提标改造项目出水就近排入河流，根据相关文件要求，直排河流出水水质达到DB 51/2311—2016四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准的规定，故本项目设计进水及出水水质指标如表1所示。

表1 项目设计进水及出水水质指标表

从表1中可以看出：BOD5的去除率为96.7%，TP的去除率为92.5%；而一般情况下BOD5的去除率为95%，TP的去除率为75%[9]；另外，由于出水氨氮浓度要求在1.5 mg/L以下，要求生化阶段较长的曝气时间，如此势必影响污泥的沉降性能，从而使SS稳定在10 mg/L以下有一定难度。因此，还需在二级处理末端增加深度处理环节。

针对上述问题，进行优化处理工艺：预处理采用粗细格栅及提升泵房+旋流沉砂池+超细格栅工艺；生化处理采用氧化沟型A2/O(加MBBR填料)+二沉池工艺，污水深度处理采用高效沉淀池+反硝化生物滤池系统处理；消毒采用紫外线消毒工艺；污泥处理采用带式浓缩机+板框压滤机脱水至污泥含水率60%以下后，送至垃圾填埋场填埋。

2.3 新建构(建)筑物

2.3.1一期(5.0万m3/d)

1)新建超细格栅一座。

渠宽1.7 m，渠深2.1 m，一座两格，可根据格栅前后水位差或按时间周期自动控制清渣，也可就地手动控制清渣；配置内进式旋转滤网格栅2台，格栅间隙2 mm，安装角度90°，过栅水头损失为0.35 m。

2)氧化沟改造。

a.新建缺氧池一座：构筑物尺寸为L×B×H=57.0 m×(9.6～25.4)m×8.1 m，停留时间为3.5 h；有效水深为7.7 m；填料区尺寸为L×B×H=57.0 m×9.6 m×8.1 m，填料投加比为1∶0.3，投加量为1 248.0 m3，规格16.0 mm×16.0 mm×8.0 mm，比表面积不小于700.0 m2/m3，方形，表面光滑，孔隙率大于80%。

b.氧化沟改造：好氧区新增内回流泵(单池3台，两用一备)至缺氧池；原好氧、缺氧区增加MBBR填料，投加比1∶0.4，并新增推流器8台；更换曝气盘。

3)新建除臭装置一套。

为减少对周围居民的生活环境的影响，考虑对污水厂部分构筑物进行除臭，而厂区外100 m范围内无敏感居民点，采用生物除臭法，厂区内臭气污染物处理后执行GB 18918—2002城镇污水厂污染物排放标准中废气排放的二级标准；臭气处理设施运行流程为臭气源密闭系统→臭气收集系统→风机→输送系统→填料生物滤池，其设备基础尺寸为L×B×H=23.5 m×6.0 m×0.2 m；内置生化池生物除臭设备2套，Q=14 000 m3/h，P=2 500 Pa，N=18.5 kW。

4)新建机修仓库。

原机修仓库位置被新建污泥浓缩脱水间占用，需新建机修仓库一座。尺寸为L×B×H=28.8 m×10.2 m×7.85 m，建筑面积为315.9 m2，层数一层。

2.3.2二期(5.0万m3/d)

1)新建超细格栅一座。

渠宽1.7 m，渠深2.1 m，一座两格，可根据格栅前后水位差或按时间周期自动控制清渣，也可就地手动控制清渣；配置内进式旋转滤网格栅2台，格栅间隙2 mm，滤网尺寸=5 mm×5 mm，安装角度90°，过栅水头损失为0.35 m。

2)新建脱水机房一座。

本工程污泥处理采用带式污泥浓缩脱水+板框压榨脱水，处理构筑物包括储泥池、浓缩脱水间，见表2。

表2 脱水机房单体构筑物说明表

3)生化池改造。

原好氧、缺氧区增加MBBR填料，投加比1∶0.2，并新增推流器4台；新增内回流泵(单池3台，两用一备)；更换曝气盘。

4)新建反冲洗风机房及加药间一座。

a.反冲洗风机房主要为反硝化生物滤池反冲洗时提供空气，构筑物尺寸为L×B×H=30.6 m×7.5 m×(4.2～6.9)m，单层框架结构。

b.加药间主要为乙酸钠及PAM投加设备，乙酸钠主要作为生化池缺氧区碳源以及反硝化生物滤池碳源；PAM投机加至高效沉淀池絮凝池。其中，PAC投加中除磷摩尔比采用Al∶P=2.2∶1，PAC除磷量为0.8 mg/L，总磷去除量为80 kg/d；乙酸钠投加量为5.7 mg/mg NO3-N，去除总氮量为5 mg/L，总氮去除量为500 kg/d；碳源选用固体乙酸钠(含量98%)，配置浓度为30%；需要乙酸投加量6 107.14 kg/d，液体乙酸钠溶液体积V≈18 m3。

5)新建高效沉淀池及反硝化生物滤池一座(合建，10.0万m3/d)。

a.高效沉淀池(合建)：由机械混合池、机械反应池、斜管沉淀池组成，采用钢筋混凝土结构，共设置两座，一座两格，共四格，进一步高效去除污水中的大部分砂粒和悬浮物。单座高效沉淀池(设计处理水量为5万m3/d)设计参数如表3所示。

表3 单座高效沉淀池设计参数表

b.反硝化生物滤池(合建)：构筑物尺寸为L×B×H=53.8 m×16.04 m×(6.91～9.11)m；设计规模为10.0万m3/d；反硝化容积负荷q=0.42 kgNO3-N/(m3·d)(即将TN由15 mg/L降至10 mg/L)，平均水力负荷为6.4 m3/(m2·h)；有效水深H=6.10 m；填区高度H1=2.3 m，承托层高度H2=0.44 m；设计滤速为6.4 m/h；反冲洗周期为24 h，空气冲洗强度为12 L/(m2·s)，水冲洗强度为8.0 L/(m2·s)；反冲洗时间：气洗、水洗各5 min，联合冲洗5 min。

c.紫外消毒渠、计量渠及尾水泵房(见表4)。

表4 紫外消毒渠、计量渠及尾水泵房单体构筑物说明表

6)新建出水仪表间一座。

因厂区用地有限，新建紫外消毒渠、计量渠及尾水泵房占用了现状出水仪表间，故本次设计将新建出水仪表间一栋，建筑尺寸为L×B×H=9.0 m×4.2 m×3.6 m(包括药品储存间)，利用现有监测装置。

7)新建除臭装置两套。

为减少对周围居民的生活环境的影响，考虑对污水厂部分构筑物进行除臭，而厂区外100 m范围内无敏感居民点，采用生物除臭法，厂区内臭气污染物处理后执行GB 18918—2002城镇污水厂污染物排放标准中废气排放的二级标准；臭气处理设施运行流程为臭气源密闭系统→臭气收集系统→风机→输送系统→填料生物滤池。

预处理及脱水机房生物、生化池除臭设备各一套，其基础尺寸均为L×B×H=23.5 m×6 m×0.2 m；均内置生化池生物除臭设备1套，Q=19 000 m3/h，P=2 500 Pa，N=22 kW。

3 工艺评价

采用“粗细格栅及提升泵房+旋流沉砂池+超细格栅+ A2/O生化池+二沉池+高效沉淀池+反硝化生物滤池+紫外消毒渠”工艺，可有效降低BOD5，CODCr，NH3-N,TN,SS,TP等指标参数。详细处理情况如表5,表6所示，项目建成效果图如图1所示。

表5 各级处理程度及出水控制指标表

表6 三大污染物处理分析一览表

4 结语

针对出水标准提高的城市生活污水处理厂改造工程，对于BOD5,CODCr,NH3-N,TN,SS,TP等指标参数超标的情况，可通过以下方式改进：新建超细格栅，可降低污水中SS指标；改造现有氧化沟式的A2/O生化处理工艺(对原有氧化沟内进行厌氧区、缺氧区、好氧区的重新分区)，并在其中投加MBBR悬浮填料，在缺氧区新增碳源投加设施，对好氧区增加曝气量，可降低污水中BOD5,CODCr,TN,TP等指标；新建高效沉淀池及反硝化生物滤池，并在高效沉淀池中投加除磷剂，可进一步去除污水中的TP,SS,TN和CODCr等指标。