天津某工业园污水处理厂提标改造工程设计实例

2020-12-26文丽青颜廷文

工程建设与设计 2020年24期

关键词：构筑物滤池处理厂

文丽青，颜廷文

（1.保定市环境监控中心，河北保定071000；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300381）

1 引言

近年来，城镇化进程不断加快，为了更好地协调城市发展与生态环境，促进经济社会的可持续发展，越来越多的城市提高了污水的排放标准[1]。众多污水处理厂已开始了提标改造工程。

2 项目背景

天津某工业园污水处理厂设计总规模20 000m3/d，土建已建成20 000m3/d，设备已安装10 000m3/d，其出水标准为GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准。现状主要处理构筑物为粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、调节池、初沉池配水井及污泥泵房、初沉池、水解酸化池、CASS 生物池、中途提升泵房、高效沉淀池、活性砂滤池、接触池及送水泵房。

2015 年9 月，天津市发布新地方标准DB12/599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》，根据其划定条件本污水处理厂在2018 年1 月以后出水水质必须达到天津地标的A标准[2]，因此，需要对本污水处理厂进行提标改造。

3 设计参数

3.1 设计规模

本污水厂原构筑物设计水量为20 000m3/d，单体土建已经一次建成，设备已安装10 000m3/d。考虑工业园区今后发展、入园企业的增加、生活区污水量的增加等可能存在的各种不确定性，本次提标改造工程需将一期工程所有构筑物新增设备安装10 000m3/d，并新建深度处理构筑物土建20 000m3/d，设备安装20 000m3/d，变化系数1.30。

3.2 设计进出水水质

3.2.1 设计进水水质

由于本项目服务范围内工业企业目前只有少量企业入住，收集到的水质资料难以代表最终的实际进水水质。在这种情况下，参照天津市政府有关文件和其他同类污水处理厂的做法，设计进水水质主要污染物浓度根据GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》限值，参考部分实测值综合分析确定（见表1）。

3.2.2 设计出水水质

根据天津市地方排放标准DB12/ 599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》，本污水处理厂提标改造工程的设计出水水质如表2 所示。

表1 本污水处理厂设计进水水质指标（排入下水道标准）

表2 本污水处理厂设计出水水质指标（天津地标A）

4 工艺核算

按照本次提标改造工程确定的设计进、出水水质，对现有构筑物进行了工艺核算，确认现有工艺流程和主要构筑物难以保证系统出水全面稳定达标。主要问题是：

1）脱氮能力不够。原设计进水水质浓度和出水水质要求都较低，设计采用的污水处理工艺达不到目前出水水质标准的要求，而且采用的污泥龄及池容不够大，致使系统脱氮能力达不到要求，出水氨氮和总氮都难以稳定达标。

2）深度处理程度不够。原设计深度处理只有混凝沉淀过滤，可以解决SS 和TP 的深度去除，未考虑溶解性难降解COD的进一步去除问题。根据目前各地城市污水处理厂运行经验，以生活污水为主的城市污水处理厂出水COD 多在30～40mg/L的范围，若工业污水较多COD 浓度还要相应提高，达不到本工程目标水质（≤30mg/L）的要求。本工程进水为工业园工业污水，必须增加溶解性难降解COD 的进一步去除工艺措施。

图1 提标改造工程工艺流程图

5 提标改造工艺设计

5.1 工艺流程

对比原设计出水水质以及最新天津市地标A 标准，现有工艺出水水质不能达到要求，水质指标中COD、BOD5、SS、总氮、氨氮、TP 等均不能满足要求。其中，原水中的COD、BOD5、SS 可以通过适当提高污泥泥龄、增设深度处理构筑物等方法去除；原水中的TP 可以通过化学除磷和过滤的方式去除；为保证出水总氮、氨氮稳定达标，需要对现有生物池进行必要的改造。

本工程推荐工艺方案为：原水→粗格栅→进水泵房→细格栅→曝气沉砂池→调节池→初沉池→水解酸化池→BARDENPHO 生物池→平流二次沉淀→中间提升泵房→高效沉淀池→活性砂滤池→深床滤池→臭氧高级催化氧化池→次氯酸钠消毒接触池→排放。其中BARDENPHO 生物池和二沉池由原有CASS 池改造而成。深床滤池、臭氧高级催化氧化池和次氯酸钠消毒系统为新建。工艺总流程图如图1 所示。

5.2 主要构筑物及设计参数

5.2.1 生物池（原有CASS 池改造）

原有钢筋混凝土矩形水池按工艺需要重新分隔，增加隔墙，并增加部分设备。土建改造2 座，设备安装2 座（4 池），每座平均水量10 000t/d。单座生物池设计参数如下：设计流量：516m3/h；设计水温：12℃；总泥龄：45.5d；污泥产率：1.3kgSS/kgBOD5；剩余污泥量：1 827kgSS/d；总停留时间：14.9h；总池容7 736m3；生物池溶解氧浓度:3mg/L；气水比：6.0；标准状态下最大空气量：2 500Nm3/h。

1）厌氧段。平均停留时间：2.2h；总容积：1 448m3；有效水深：6m。

2）第一缺氧段。反硝化速率：0.021kgNO3-N/kgSS·d；污泥浓度：4.0g/L；池容：2712m3；停留时间：5.4h；污泥回流比：R=100%。

3）第一好氧段。设计泥龄：8h；总容积：2 204m3；有效水深：6m；设计流量下停留时间：4.4h；悬浮填料添加比例：32%；好氧填料部分污泥浓度：6.6g/L；无填料部分污泥浓度：4.0g/L；溶解氧浓度：3mg/L。

4）第二缺氧段。平均停留时间：2.2h；总容积：1 078m3。

5）第二好氧段。平均停留时间：0.7h；总容积270m3；有效水深：6m；供气量：曝气量按 0.4m3/h·m3。

5.2.2 二沉池（原有CASS 池改造）和臭氧催化高级氧化池（新建）

二沉池设计参数如表3 所示。臭氧催化高级氧化池设计参数如表4 所示。

表3 二沉池设计参数

表4 臭氧催化高级氧化池设计参数

5.2.3 臭氧制备间（新建）

臭氧制备间是1 座框架结构建筑物，其结构尺寸为16.5m×16.0m×5.0m。其中的主要设备包括为臭氧发生器：采用氧气源，臭氧额定发生量为Q=20kg/h（氧气源），装机功率N=182kW，共计 3 台，2 用 1 备。

5.2.4 深床滤池系统（新建）

深床滤池系统的结构尺寸为34m×18m×7m（含反冲洗设备间18m×8.5m×7m），合建提升泵房1 座，提升泵房结构尺寸为10m×6.5m×6m。深床滤池系统的平均流量下处理水量为833.4m3/h，峰值流量下处理水量为1 233.4m3/h（考虑峰值系数1.48）。深床滤池系统的设计参数如表5 所示。

表5 深床滤池系统的设计参数

滤料层由单一均质滤池组成。其性质如表6 所示。

反冲洗设计为 3 个阶段：（1）气反冲洗 90～108Nm3/h/m2，持续 1～2min；（2）气水同时反冲洗：气：108Nm3/h/m2，水：8m3/h/m2，持续 6min；（3）反冲洗水 15～20m3/h/m2，持续约 5min。

反冲洗过程共计约12min/次/格，反冲洗周期为24～48h。

反冲洗水量计算：（8×6+20×5）/60=2.5m3/m2。

5.2.5 碳源投加系统

利用原有加氯加药间中碳源投加系统位置，将固态乙酸钠投加系统改造为液态乙酸钠投加系统，利用原有投加泵，新增加药罐及卸料泵。乙酸钠投加系统设计参数如下：投加量：160mg/L；加药量：23 680kg/d（20%药剂含量）。投加位置为第二缺氧段进水处。主要设备包括：（1）加药计量泵：利用原有；（2）卸料泵：2 套（1 用 1 备），Q=20m3/h，H=6m，N=1.5kW；（3）乙酸钠储罐：2 个，单个有效体积30m3。

表6 滤料层性质

5.2.6 加氯系统

利用原有加氯加药间中加氯系统位置，将二氧化氯消毒系统改造为次氯酸钠加氯系统，利用原有加药罐，新增加药泵及卸料泵。次氯酸钠投加系统设计参数如下：加氯量：12mg/L；加药量：3 552kg/d（10%药剂含量）。投加位置为接触池。主要设备：（1）加药计量泵：2 用 1 备，Q=200L/h，H=50m，N=1.1kW；（2）卸料泵：2 套（1 用 1 备），Q=20m3/h，H=6m，N=1.5kW。