复杂水质条件下的城镇污水处理厂提标改造工程

李 燕

(大连市水务集团工程建设有限公司，辽宁大连116011)

随着城市建设的推进，城镇居民生活污水由原来的分散排放形式逐步发展成为有配套管线的集中排放形式，工业生产企业的污水产量也日益增加。污水由原来的局部产生、分散排放逐步演变为集中收集处理后统一排出。由于集中排放污水的水量与水质均超过了水体的自净能力，因此受纳水体的局部水域污染严重，且污染范围持续扩大，使局部生态系统遭到破坏，水体环境问题日益突出。

现阶段部分工业生产企业可将废水通过市政管网排入城镇污水处理厂进行处理。由于工业废水水质复杂，污染物含量高，增加了污水处理难度；另一方面，部分污水厂现有的生物处理设施老化严重，生化系统的处理能力有限，因此在该进水水质条件下的污水厂出水往往不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。提标改造是实现污水处理厂出水全面达到要求的必要措施。因此，城镇污水处理厂的升级改造对于提升水厂处理能力，降低处理成本，改善生态环境具有重要的意义。笔者以大连营城子污水处理厂提标改造为例，介绍了其工艺升级改造的方案选择和实施情况，并分析了初期运行效果，以期为城镇污水处理厂达标改造提供技术参考。

1 污水处理厂原有工艺

营城子污水处理厂位于大连营城子工业园区北部，金龙河出海口以南，建设用地面积为1.12 hm2，污水厂设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，设计处理规模为10 000 m3/d。该项目于2009年6月开工建设， 2012年6月通水试运行。目前，由于机械加工、制药、食品加工等各种工业企业产生的废水水量大、水质差、成分复杂，处理难度较大。同时污水厂现有的处理设施老化严重，因此需要对营城子污水处理厂进行升级改造，使其出水达到排放标准。

2 改造方案选择

2.1 设计进出水水质

目前，营城子污水处理厂的生化处理单元采用CWSBR工艺，共设有2座生化池，单池设计处理能力为5 000 m3/d。根据近几年进出水水质数据，污水厂的实际进水与设计水质相比，成分复杂且波动较大，当前工艺无法保证处理水质稳定达标。按照要求，进水水质按照最新下水道标准上限进行设计(除TP外)，见表1。

表1 设计进出水水质Tab.1 Design quality of influent and effluent

2.2 存在的问题

在新的进水水质要求下，原生化系统无法满足需求。主要体现在以下3个方面：

① 生化池原设计运行周期为5.2 h，风机风量为2 617 m3/h，每个周期的曝气时间为2.6 h。厌氧反应时间为0.64 h。为满足改造后的进水水质要求，在不改变生化池池容和风机风量的情况下，只能通过延长周期反应时间来实现。曝气时间和厌氧反应时间的总运行周期需要延长至6.5～7 h以上。原有生物池的运行周期无法满足要求。

② CWSBR处理单元中的水帆已经运行8年，在不改变池容设计的情况下，增加单位时间内的曝气强度，会使水力状态发生改变，影响水帆的安全运行。

③ 由于污水厂进水中含有工业污水尾水，因此含磷量较高。这会使活性污泥的活性变差，SVI值偏低，影响CWSBR的处理效果，导致出水水质无法达标。需要在生化池中投加化学除磷药剂，但直接将药剂投加至生化池会对活性污泥产生不利影响，因此需增加单独的化学除磷处理设施。

因此，改造技术方案要结合工程具体情况，充分考虑实际进出水水质、水量、现有用地面积以及处理构筑物的特点，选择适合的技术方案。在确保出水水质稳定达到排放标准的同时，做到在投资、工程量及项目改造期间对环境影响等多方面具有相对优势。

2.3 改造方案

① 将CWSBR生化池改造为AAO+MBR生化池，在前置缺氧池内投加乙酸钠作为辅助碳源，为反硝化提供足够的碳源，同时在MBR膜池中投加聚合氯化铝(PAC)进行化学除磷。

② 在池体上新建膜处理综合间、膜清洗加药间、PAC加药间。

③ 将原水解池改造为化学除磷池，将除臭间和工具间改造为乙酸钠加药间，并在污泥脱水机房内更换污泥脱水设备，在鼓风机房内更换鼓风机设备，改造原有鼓风机房内的配电间。

④ 新建事故池、精细格栅间和膜洗鼓风机房。

改造后的工艺流程如图1所示。

3 工程实施

工程项目实需符合国内基本建设项目的审批程序，设计、施工和安装根据相关专业技术规范与标准执行。具体施工方案如下：

原污水厂不停产运行，主生物池分为2座，单座处理水量为5 000 m3/d。工程在改造施工过程中，可按阶段依次进行改造施工建设。考虑将1#生化池停水改造，2#生化池以5 000 m3/d的水量运行，尽量保证污水处理厂的污水处理能力。根据施工经验推算，考虑天气、窝工等不利因素，1#生化池的改造建设工期约为90 d，其中排水、清污(难度较大)和拆除工期约为30 d；土建施工工期约为30 d；工艺管线、工艺设备、电气、自控及仪表安装工期约为30 d，采用流水作业。1#生化池改造完成后，关闭2#生物池进水阀门，对其进行改造。同时将已改造好的1#MBR生化池以5 000 m3/d的水量运行，此时处理后的水质可提升至一级A排放标准。待2#生物池改造完成后，该污水厂可以10 000 m3/d的水量运行。

图1 改造后的工艺流程Fig.1 Process flow after renovation

在生化池改造过程中，产水泵、反冲洗泵、剩余污泥泵等相关设备均设置在分隔的设备间内。1#生化池改造完成后，产水泵、反冲洗泵、污泥泵、加药泵等相关设施均够满足正常运行要求，且互相备用。此时设备间内的隔墙暂时不打开，待2#池施工完毕后，再将中间隔墙拆除。

通过上述施工过渡期方案，可保证在对周围环境影响最小的条件下，用5个月的时间完成该项目的达标改造。

4 初期运行效果

4.1 运行情况

在除磷池、精细格栅、膜洗鼓风机、污泥脱水系统、乙酸钠和PAC投加系统调试完成的基础上，将AAO池培养和接种活性污泥至出水水位。同时完成MBR膜反应池的调试，使系统具备产水条件。当MBR膜池内的活性污泥浓度超过1 500 mg/L时，膜组器开始抽吸出水，此时出水量控制在设计值的1/2 ～ 1/3。当MBR膜池中的污泥浓度超过3 000 mg/L且出水水质达标时，再调整出水量为设计值。此时的曝气强度应控制在80～100 Nm3/(h·m2)，曝气强度过小，膜组件易污染；曝气强度过大可能缩短膜组件的实际使用寿命。同时，曝气强度与MLSS有直接关系，MLSS越高，应选用越大的曝气强度。

与传统沉淀法不同，MBR工艺通过膜进行固液分离，因此MLSS能够保持在较高浓度范围内。运行期间需根据进水水质，控制MLSS在5 000～10 000 mg/L。当MLSS超过12 000 mg/L时，跨膜压差(TMP)会上升。MLSS下限为3 000 mg/L，若低于该值TMP有时也会急剧上升。当TMP接近或达到35 kPa 时，必须进行恢复性清洗。污泥回流采用三段回流，即膜池回流至AAO好氧区(回流比500%)，好氧区回流至缺氧区(回流比400%)，缺氧区回流至厌氧区(回流比200%)。控制污泥龄时，需要综合考虑季节性、进出水水质、活性污泥性状和除磷要求等多方面因素，该水厂污泥龄维持在20 d左右。

初期运行期时，AAO 池好氧区DO实测值在7 mg/L左右，缺氧区DO≤0.5 mg/L，好氧区污泥浓度约为5 000 mg/L，此时系统对COD和NH3-N的去除率均高于设计指标。由于进水TN偏高，因此需要投加乙酸钠作为补充碳源，碳源投加量依据碳氮比计算投加，计算碳氮比时BOD5以进水COD的30%确定，可以保证出水TN达标。从出水水质实测数据可知，初期运行时出水TP在不投加除磷剂的情况下达标，这说明AAO生化池的除磷效果明显，同时MBR膜也起到了阻挡大分子有机磷的作用。但为了保证出水水质稳定达标，在不影响生化系统的情况下，按最小剂量投加除磷剂。

目前污水厂运行采用PLC控制系统，中央控制室负责监控全厂水处理过程中各工艺参数的变化、设备的工作状态和运行管理，同时根据进、出水水质情况，调整各站工艺运行参数并修改时间参数等。中心控制室与子站间采用工业控制总线连接方式，控制系统的软件建立在Window NT平台上，系统软件具有开放性，即不仅具有实时监控功能，还具有实时数据库向关系数据库的传送接口。中心控制站通过通讯总线与各现场控制站之间进行通讯，采集现场数据并传送信息、下达指令，各站点统一采用以光缆作为传输介质的厂区工业以太环网进行信息传递。各现场控制站通过现场总线与设备配套现场控制子站之间进行通讯，采集现场数据，对各生产工艺参数及电量参数等进行检测和数据处理，同时监测和控制各生产设备的工作状态。

4.2 出水水质

改造投产2个月以来，污水厂出水全部项目达标，如表2所示。2019年11月平均进水量为7 775 m3/d，污水处理量合计225 477 m3，污泥处理量合计360.02 t；12月平均进水量为为9 221 m3/d，污水处理量合计285 856 m3，污泥处理量合计600.38 t。

表2 改造后的进、出水水质Tab.2 Quality of influent and effluent after renovation

为了应对污水厂进水水质短时间超标问题，需要制定相应的应急管理措施，包括：实时测定进水水质，波动较大时，进水直接进入事故池；事故池有效容积为1 620 m3，最大进水流量下可容纳3.2 h的来水。同时，向事故池通入处理后的水进行稀释，并针对特定指标采取相应措施，使超标污水经过在应急池中的处理后达到排放要求。

5 结语

① 大连营城污水处理厂提标改造工程实施后，污水厂处理能力达到10 000 m3/d，同时出水水质提升至《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。通过工程改造，保证了污水处理厂的正常运行，保护了河流水质，避免和减轻了污水排放对工农业生产及经济发展所造成的损失，收到了良好的环境效益和社会效益。

② 在后续运营中，需要建立完善的污水排放收费制度，切实执行排水设施有偿使用的方针，促进排水系统和处理系统的发展和良性循环，制定收费标准和必要的规章制度并上报批准实施。对需要排入市政管网的工业废水企业，严格按《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)进行管理，出厂水水质不达标的企业必须在厂内进行预处理达标后，方可排入污水管网。

③ 同时需要制定必要的公用设施使用条例，监督和约束用户合理使用排水设施，以提高排水设施的使用年限。