云南某污水处理厂提标改造工艺路线选择及实施效果

李云历 张永泉

（云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650000）

1 概述

为深入实施《水污染防治计划》（简称“水十条”），落实云南省生态文明建设排头兵的定位要求，因此，云南省各地污水厂纷纷启动一级A 标准提标改造工作。本案例污水出水最终进入长江流域，对其尽快实施提标改造势在必行。

目前，我国城镇污水处理厂主要存在TN 去除难、TP生物处理效果差等问题[1]，提标改造工程案例也很多。本文通过分析现状污水厂进出水水质情况、原处理工艺特点，识别提标改造过程中的关键因素，充分挖掘生化段工艺潜力，在占地情况有限的条件下，通过方案比选，确定了运营成本低、处理效果稳定的工艺路线。项目于2022 年2 月启动试运行，出水水质稳定且达到设计标准。因此，本文针对该项目的研究能够为类似污水处理厂提标改造工程的顺利实施提供参考和借鉴。

2 项目概述

2.1 污水处理厂现状

污水厂分两期建设,建成规模6 万m3/d。采用“粗格栅+细格栅+旋流沉砂池+CAST 池+紫外消毒”的处理工艺，出水按照一级B 标进行控制。该污水厂现状总体布置如图1 所示。

图1 污水厂总平面布置图

2.2 污水厂水质水量分析

2.2.1 进水量分析。分析2018-2019 年进水量数据：污水厂一期污水处理量较稳定，两年日均处理水量约2.3 万m3/d，进水旱季少雨季多，尚未达到满负荷运行，旱季平均负荷约为70%，雨季平均负荷为85%。由于二期配套管网处于新建或在建中，二期污水现状进水量较少，且波动较大，两年日均水量约0.8 万m3/d，运行负荷率较低。（图2）

图2 一期（左）、二期（右）工程进水水量图

2.2.2 水质分析。根据2018 年数据：一期进水呈现旱季高雨季低的趋势，由于服务范围内有少量工业企业，COD 年均值超过设计进水水质，其余指标旱季高于设计值，雨季低于设计值。出水指标优于设计标准（二级标准），能够稳定达到一级B 标准，总氮在个别情况下出水高于15mg/L，总氮不能稳定达到一级A 标。（表1）

表1 一期工程实际进出水水质表（2018 年）

二期进水水质指标旱季高雨季低，旱季高于设计值，雨季低于设计值。由于现状进水量较少，生化池处理负荷低，出水指标不仅能稳定达到一级B 标准，大多数情况下能达到一级A 标准。（表2）

表2 二期工程实际进出水水质表（2018 年）

2.3 污水厂主要处理构筑物能力复核

根据设计进水水质及现状生化池的尺寸对生化池进行复核，一、二期参数复核如表3 所示。

表3 生化池参数复核表

按照3 万m3/d 的设计处理规模进行复核，一期生化池充水比为0.33，超过规范值。根据《室外排水设计标准》（GB50014-2021），当充水比高于0.3 或低于0.15 时将对脱氮造成影响。现状一期进水水量尚未达到满负荷，生化池运行状况良好，但是随着进水量的增加，TN的达标排放存在风险。二期生化池充水比为0.25，可满足设计要求。

3 提标改造对策研究

3.1 重难点分析

3.1.1 TN 达标排放

通过水质分析发现：污水处理厂现状主要风险因子为TN。出水总氮不能稳定达到一级A 标，旱季尤为明显，同时现状进水水量尚未达到满负荷运行，待污水处理量达到设计水量的情况下，总氮不达标率也将随之升高。有研究表明，TN不达标的主要原因是由于反硝化过程中碳源不足[2]，分析本项目现状进水水质，BOD5/TN 和BOD5/TP 比值均为规范下限值，可见现状生化处理系统存在碳源不足的情况，生物脱氮除磷效果差。

3.1.2 占地面积小，无新增用地

现状污水处理厂一二期工程已建成，仅有少量预留空地，且无扩建空间，因此可用于本次提标改造工程的面积有限，且分布零散。

3.2 策略研究

根据重难点分析，提出以下提标改造策略：

3.2.1 工艺路线选择：应首先强化系统的脱氮能力，再通过物理化学的深度处理进行处理，最后进行消毒后出水。针对进水水质碳源不足，新增碳源投加系统作为备用。

3.2.2 处理构筑物选择：需具备较好的脱氮除磷作用，且占地面积小。

3.2.3 总图设计：需兼顾一、二期工程与提标改造工程的衔接，尽可能做到工艺流程顺畅；同时控制施工过程对厂区附属设施的影响最小。

4 提标改造工艺选择

4.1 提标改造工艺比选

如前所述，本项目提标关键因素主要是TN 的去除。为保证污水处理厂总氮达标排放，一些污水处理厂采用高效沉淀池+反硝化深床滤池的工艺流程，此工艺路线出水效果好，但后期运行维护费用相对偏高[3-5]。也有研究表明，对于低浓度污水或生活污水占比大的污水，要达到一级A 排放标准，总氮等污染物的去除可以通过优化生化段的方式实现[6]。基于本项目现状二级出水水质较好，二期生化池满足设计条件，考虑提出2 种方案进行比选，以确定最佳工艺。

4.1.1 方案一：挖掘二级生化处理脱氮除磷的作用，新增一座AAO 生化池（配套二沉池），设计规模为1.0 万m3/d，后续设置6.0 万m3/d 处理规模的高效沉淀池实现出水稳定达标，该方案直接工程费为5768.99 万元。

4.1.2 方案二：充分利用深度处理实现出水稳定达标。新增一座高效沉淀池、反硝化深床滤池，设计规模为6.0 万m3/d，该方案直接工程费为5484.80 万元。（表4）

表4 方案比选表

4.2 提标改造工艺的确定

由表4 可知，方案一重点在二级处理段，方案二重点在深度处理段，2 种方案工程投资差别不大，运行效果均有保障。虽然方案一在污水进厂后需进行再次分配，但通过智能调流阀的安装，运行维护工作量得到极大的降低。同时AAO 工艺属于传统工艺，对污水厂运营人员的要求不高，因此在保证出水达标的前提下，优先选择能耗低、运行维护简单的方案，即采用方案一：新增一座AAO 生化池（配套二沉池），后续设置高效沉淀池实现出水稳定达标。

4.3 提标改造工艺流程

提标改造工程主要生产建（构）筑物包括：AAO 生化池及污泥回流泵房、二沉池、调节池及二次提升泵房、高效沉淀池、接触消毒池及出水渠、污泥脱水机房、储泥池、调理池、鼓风机房及碳源投加间、加氯间等。

图3 提标改造工艺流程图

4.4 提标改造总图设计

现状厂区内一、二期工程相对独立，各建（构）筑物布置分散，现状除一块预留用地外，无深度处理设施的预留用地，且周边无新增占地的空间。为保证提标改造工程建成后厂内污水、污泥处理工艺布局合理，生产管理方便，提出以下总图设计内容：

4.4.1 拆除部分：拆除利用率不高的机修间及仓库用于布置高效沉淀池。

4.4.2 充分利用零星空地：利用一期生化池南侧不规则空地设置接触消毒池和出水渠，利用一期生化池西侧绿化带设置二次提升泵房，利用二期生化池西侧绿化带布置AAO 生化池和二沉池。

4.4.3 集中使用预留用地：于原有厂区预留用地建设新的污泥脱水机房，处理后污泥含水率降低至60%。原有2 座污泥脱水机房被改造为碳源投加间、鼓风机房和加氯间，泥棚可作为机修使用。

5 工程实际运行效果

提标改造工程于2022 年2 月启动试运行，实际处理水量为3.3 万m3/d，工艺运行基本稳定，出水水质优于设计标准。从2022 年3 月运行数据来看，实际运行出水效果优于改造前出水，在未投加碳源的情况下，TP 和SS 水质改善最为明显，水质提升比例达40%以上。

图4 提标改造工程出水指标变化曲线图

6 结论

本案例充分挖掘二级生化段工艺潜力，采用新增AAO 生化池+二沉池+高效沉淀池的工艺组合，工程试运行出水稳定达到一级A 标准，可为类似项目提供参考。项目的建成能够降低受纳水体入河污染物，有效保护了受纳水体水质，助力长江流域总体水质改善。还能为当地提供可再生利用的污水资源，是解决水资源短缺的有效途径，有利于节能减排。