PPP模式下污水处理厂UBF反应池质量控制要点

2021-08-16朱爽陆宝钢吴田辉

节能与环保 2021年7期

关键词：槽钢碳源填料

文_朱爽陆宝钢吴田辉

1 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 2 东阳市华辰水务有限公司

1 项目概况

项目建设规模3.0万m3/d，进水主要为生活污水和印染废水（比例为7:3）。污水处理工艺采用“粗格栅提升泵井+细格栅+均质调节+UBF反应+交替式A2/O+二沉池+曝气生物流化床+高密度沉淀+纤维转盘滤池+消毒”。工艺流程详见图1。

图1 工艺流程图

2 设计进出水水质

本次建设项目为四期工程，与现状三期共用一根进水管。设计进水结合三期进水水质，并留有一定余量，且避免取值过高。设计出水按“金华标准”执行，即在《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准基础上，对氨氮和总磷的考核更加严格，详见表1。

表1 设计进出水水质单位：mg/L

3 PPP模式下UBF反应池质量控制要点分析

UBF反应器是由几种厌氧反应器的功能复合而成，上部为澄清区，中部为填料区，下部为污泥床，底部为进水布水系统。具有以下优点：低能耗，整个单体工艺运行采用重力自流，不需要对系统提供动力源，方便后期运维与管理；污泥浓度高，不需要回流装置，有效降低了建设费用和运行成本，非常适用于含印染废水的污水处理。

3.1 设计优化

PPP模式充分体现了“节约从设计出发”的理念，在设计阶段融入成本控制理念，减少变更环节，降低变更成本。设计阶段的深度参与对整个项目的全周期管理具有重要意义。

3.1.1 配水方式

合理有效的配水方式可以节约材料，保证进水的均匀性，对污水的处理效果起着至关重要的作用。为保证配水均匀，设计采用图2配水方式。进水主管DN800由三通分为两组DN600，两侧均匀配水，单组池体由5组DN200进水管进水。为保证各组之间配水的均匀性，A、B组进水采用DN600，C、D组进水采用DN500，E、F组进水采用DN400，且整个配水管线围绕UBF反应池循环一圈布置。

图2 UBF反应池配水系统平面图

为保证单组池体内部配水均匀，采用DN200—DN80—DN32逐级配水，且出水孔正对池底，缓解进水对系统的冲击，单组池体共计200个配水孔管。这种精密分级配水的方式可有效保证系统配水的均匀性，增大污泥和进水的接触面积，提高处理效率。

3.1.2 增设进水超越管道（图3）

图3 UBF反应池进水管道优化

原设计均质调节池出水经DN800全部流入UBF反应池。根据运行经验及调研现状三期工程运行效果发现，进水全部进入UBF反应池，经厌氧处理后，碳源消耗严重，会导致后续生化池碳源不足，需额外补充碳源才能达到脱氮效果，增加运营成本。经优化，在DN800进水管道分流一根DN300管道，直接超越至后续生化池，可为后续生化系统保留部分碳源用于脱氮。运营期发现，改造后碳源投加量显著下降：优化前碳源消耗量约170t/a，优化后约120t/a，降幅约30%，按照0.3万/t计，成本节约15万/a，经济效益明显。

3.2 采购优化

3.2.1 填料支架的优化与加强

设计阶段，为保证填料使用寿命及稳定性，填料支架为不锈钢槽钢结构（上层16#、下层14#对称布置），槽钢搭设在池体牛腿上固定，跨度10m。在填料框架上下层均匀搭设不锈钢螺纹圆钢（ 14），两层之间距离即为填料的有效长度（2m），填料安装间距为200mm。

经荷载核算与类似工程项目经验，因不锈钢槽钢跨度达到10m，成膜重量高达62kg/m3，使不锈钢槽钢在超高负荷下产生变形，槽钢支撑体系容易崩塌造成运维事故隐患。且池体后期采用玻璃钢盖板密封除臭，运维检修及更换设备难度大成本高。

为保证填料系统的稳定性，增设300×300mm的混凝土立柱，上端搭设20号工字钢作为中间支撑，使不锈钢槽钢的跨度缩小至5m，且在竖向力支撑下不易变形，结构稳定，如图4所示。更改后虽在造价上有所增加，但增强了支撑系统的稳定性。从PPP项目全周期成本角度考虑，增加立柱的投入不可缺少，效益明显。

图4 弹性立体填料支架图

3.2.2 配水管道材质优化

UBF池底部为污泥床，堆积大量污泥，需定期外排以保证系统的生物活性。原设计配水管线材质为碳钢Q235B。由于池内为厌氧环境，对碳钢腐蚀较大，严重影响管道使用寿命。且底部配水系统为UBF池核心，池中为填料区，若底部配水管线损坏，检修更换难度极大，成本极高。经各方综合考虑，底部配水管采用PE管。以DN200管径为例，碳钢管价格（160元/m）约为PE管价格（100元/m）的1.6倍，管材优化后耐腐蚀效果更好，且成本更低。

3.3 施工优化

施工阶段发现原设计三相分离器的上端斜角为钢筋混凝土现浇结构，如图5。三相分离器结构复杂，上部斜角厚度小，施工时须搭设模板、分批浇筑，土建施工难度大。

图5 三相分离器改进前后对比图

经设计、采购、运维和供应商等多方讨论，将三相分离器的上部斜角更换为耐腐蚀的PP材质，把难度较大的土建施工，转变为更容易的设备安装工作。且安装便捷，缩短施工周期。

4 运营水质及成本分析

4.1 运营水质分析

由于当地产业升级与产业转移，近年来服务范围内大量工厂搬迁，实际进水水质较设计明显好转，各项指标波动幅度减少。本工程运行十分稳定，运营期间对各项污染物去除效果良好。表2为2020年9月至2021年2月连续6个月的污水处理厂进出水水质指标。出水水质稳定达标，且优于设计“金华标准”。

表2 进出水水质单位：mg/L

4.2 成本分析

运行期间直接费用包括人工费、电费、药剂费、污泥处置费、设备维修维护费等，各项费用详见表3，本项目运行直接费用约720万元/a，污水处理量3万m3/d，折合运行直接成本为0.66元/m3。类比同类工程，本项目处理成本较低，具有较好的经济优势，充分说明了PPP模式下全周期管控与过程优化，可有效降低项目总成本。