西宁市某污水处理厂提标改造工程设计及运行效果

2021-03-13刘晓茜刘绪为郭庆英刘佳

工业用水与废水 2021年1期

刘晓茜，刘绪为，郭庆英，刘佳

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

1 污水处理厂现状概况

西宁市某污水处理厂位于城市东部，湟水河南岸。主要接纳城东区和城北北川河以东城市生活污水及东川经济技术开发区工业废水。该污水处理厂设计规模为10 万m3／d，原污水处理工艺采用A2／O工艺，设计出水标准为GB l8918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准。处理后的污水直接排入湟水河，部分作为回用水。 2016 年，为了改善湟水河水质，控制水体免受污染，该污水处理厂实行了提标改造工程，将出水水质标准提高至一级A 标准。本文针对本次提标改造工程的设计思路、设计参数和改造后的运行效果进行了介绍。

1.1 现状工艺流程

污水处理厂现状工艺流程如图1 所示。现状粗格栅采用2 台齿耙式粗格栅，细格栅采用3 台格栅间隙为6 mm 的转鼓式细格栅（D ＝1.6 m， α ＝35°）；沉砂池形式为曝气沉砂池， 1 座2 渠，停留时间为2 min；初沉池2 座，单池直径为40 m，表面负荷为2.15 m3／（m2·h）；生物池设计水温为8 ℃，污泥浓度为3.5 g／L，污泥龄为20 d，气水比为6，停留时间为18.44 h（其中，选择区停留时间为0.60 h，厌氧区停留时间为1.81 h，缺氧区停留时间为4.54 h，好氧区停留时间为11.49 h）；二沉池4 座，单池直径为40 m，有效水深为4.3 m，表面负荷为1.05 m3／（m2·h）。出水经紫外消毒，自流至湟水河。

图1 污水处理厂现状工艺流程Fig. 1 Original process flow of wastewater treatment plant

1.2 现状实际进水水质与本工程设计进水水质

统计分析该污水处理厂2014 ～2016 年的实际进水水质，在90% 涵盖率情况下与原设计进水水质差距见表1。

由表1 可知，污水处理厂实际进水水质CODCr、SS、 TP 已超出了原有设计水质，本工程需以实际进水水质为参考。

1.3 现状实际出水水质

统计分析该污水处理厂2014 ～2016 年的实际出水水质，在90%涵盖率情况下与新的出水标准之间的差距见表2。

表1 2014 ～ 2016 年进水水质情况Tab. 1 Influent water quality from 2014 to 2016

表2 2014 ～ 2016 年出水水质情况Tab. 2 Effluent water quality from 2014 to 2016

该污水处理厂的实际出水水质除TP 指标未达到一级B 标准外，其余指标可以稳定达标，但距离新的提标标准还有一定差距。

2 提标工程工艺设计

2.1 工艺流程选择

通过对现状污水处理厂出水水质和提标改造要求分析可知， CODCr、 BOD5、 NH3－N 距离新的出水标准有一定差距，需要强化好氧生物处理工段。另一方面， TN 是污水处理工艺去除的重点，本工程进水TN 的质量浓度可达70 mg／L，依据文献［1-2］核算，缺氧区停留时间应大于7.5 h，而现状生物池缺氧区停留时间仅为4.54 h，缺氧区停留时间严重不足，故需对现状生物池进行改造，提高缺氧区停留时间，强化生物脱氮。生物池改造应本着“在改善缺氧区处理能力的同时，不降低好氧段的处理效果”的原则。 MBBR 是一种新型膜法污水处理技术，具有可实现原池升级扩容，抗冲击负荷能力强，与现状已有工艺结合好的优点，特别适用于污水处理厂升级改造［3-6］。考虑到本工程为改造项目，现状生物池已运行多年，不宜停产进行大规模土建改动，且污水处理厂现状可用地面积有限，故建议对现状生物池进行MBBR 改造。

本工程对TP 的去除要求较高，仅靠生物除磷难以达到出水要求，需辅以化学除磷；结合SS 的去除，并考虑到厂区可用地面积的实际情况，选择高密度沉淀池和转盘过滤工艺以保证TP、 SS 的稳定达标，并将深度处理工段集合在一个建（构）筑物内。

2.2 改造后工艺流程

本工程经提标改造后工艺流程见图2。主要建设内容包括： ①对现状生物池进行MBBR 改造；②新建一体化深度处理车间（高效沉淀池、转盘过滤、紫外消毒渠、提升泵池、加药间）。

2.3 工艺设计

2.3.1 生物池MBBR 改造

现状生物池设计规模为10 万m3／d， 2 座，每座2 组，共4 组。

图2 提标改造工程工艺流程Fig. 2 Process flow of upgrading and reconstruction project

经核算，本工程缺氧区停留时间应大于7.5 h，根据现状生物池布局（见图3），需将每组好氧区第1、 2 廊道改造为缺氧区，每池新增4 台功率为5.5 kW 的搅拌器，共16 台。同时为保证好氧区的去除能力，在每池好氧区第3、 4 廊道投加MBBR 填料，填充体积为5 800 m3，有效生物膜面积为3 480 000 m2（比表面积为600 m2／m3），并配套曝气系统及拦截筛网。改造后（见图4），选择区、厌氧区停留时间保持不变，分别为0.60、 1.81 h；缺氧区停留时间由4.54 h 提高至7.80 h；好氧区停留时间为8.16 h（投加MBBR 填料后，污泥浓度升高）。

2.3.2 新建一体化深度处理车间

深度处理建（构）筑物采用集成化设计，将高密度沉淀池、转盘滤池、紫外消毒渠、巴氏计量槽、出水提升及加药间、电控间集成为一体化车间，平面布置如图5 所示。

深度处理工程设计规模为10 万m3／d，变化系数为1.3。

图3 现状生物池平面布置Fig. 3 Layout of oringinal biological reaction tank

图4 生物池改造后平面布置Fig. 4 Layout of reconstructed biological reaction tank

（1）混合池。共2 组2 池，采用机械搅拌反应，单组尺寸为3.2 m×3.2 m，有效水深为5.8 m，混合时间为1.10 min。每池设1 台搅拌器， N ＝7.5 kW。

（2）絮凝池。共2 组2 池，采用机械搅拌反应，单组尺寸为8.2 m×8.2 m，有效水深为6.7 m，反应时间为9.98 min，每池设1 台搅拌器（配套导流筒）， N ＝18.5 kW。

（3）沉淀池。共2 组2 池，采用逆向流斜管沉淀池，池径为15 m，有效水深为6.6 m，水力停留时间为25.30 min，表面负荷为15.70 m3／（m2·h）。每池1 台刮泥机， N ＝1.1 kW；每池1 台污泥回流泵（螺杆泵， Q ＝0 ～80 m3／h、 H ＝20 m、 N = 11 kW）， 1 台剩余污泥泵（螺杆泵， Q ＝0 ～80 m3／h、H ＝20 m、 N=11 kW），二池共用1 台备用泵（螺杆泵， Q ＝0 ～80 m3／h、 H ＝20 m、 N=11 kW）。

（4）转盘滤池。 6 组，共6 台转盘过滤器，转盘直径为2.2 m，每套滤盘数量为20 片。每台配套1 台反洗泵（Q ＝30 m3／h、 H ＝138 m、 N ＝18.5 kW）。

（5）紫外消毒渠。 2 组，每组15 排架，每个排架8 支灯，单组功率为21 kW。

3 设计特点

（1）西宁市地处高原，污水处理厂冬季进水水温低于12 ℃，设置于室外的生化处理设施在冬季的处理效率降低。本工程针对西宁地处高纬度寒冷地区的特点，主体工艺选择MBBR 工艺，该工艺在低温环境下依然有良好的处理能力，能够有效保障出水水质的稳定达标［7-8］。

（2）深度处理部分采用高度集成化设计。本项目为提标改造项目，在现状厂区内，用地面积有限。为了节约占地，将高密度沉淀池、转盘滤池、紫外消毒渠、巴氏计量槽、出水提升及加药间、电控间7 个单体集成为在同一座建（构）筑物内，通过合理布局，不仅满足其功能要求，而且极大地缩小了占地面积。

4 工程投资

该工程总投资为8 874.80 万元，其中工程直接费用为7 737.33 万元。该工程运行总成本为0.27元／m3，经营成本为0.15 元／m3。

5 运行效果

目前该工程已投产运行，通过分析2018 年7月至2019 年3 月的实际运行情况可知，经改造后出水各项指标均可稳定达到GB 18918—2002 一级A 标准。其中出水CODCr质量浓度为30 mg／L 左右， SS 质量浓度可稳定降至10 mg／L， TN 质量浓度稳定在14 mg／L 左右， TP 质量浓度为0.3 mg／L左右， NH3－N 质量浓度为4 mg／L 左右。