污水处理厂升级改造工程设计分析

胡成陶，但 力

（泛华建设集团有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

由于我国城市化进程的加快，城市水体污染的情况愈发严重，城镇污水的排放量一直逐年增加，由此对城镇污水处理厂的处理能力提出了更高的要求。污水处理是水资源保护的重要部分，现状大部分现状污水处理厂按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B 标进行设计并执行，推进污水处理厂升级改造工程具有重要意义，本文主要围绕污水处理厂升级改造工程设计工作展开分析。

1 污水处理厂升级改造要求

随着水污染环境问题的日益严峻，国家高度重视，明确了水环境保护将作为生态文明建设的重要工作内容。2015 年，国务院颁布《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17 号），简称水十条，要求现有城镇污水处理设施，要因地制宜进行改造，在2020 年底前达到相应的排放标准或再生利用要求；而位于敏感区域内的城镇污水处理设施须在2018 年年底前达到一级A 排放标准；建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A 排放标准[1]。

污水处理厂升级改造的主要目的是将出水水质进行升级，完工投运后的出水水质将执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A 标，或地表Ⅳ类水标准。污水处理厂升级改造过程中，要求根据进水水质条件及处理工艺运行特点，在保留原有主体生化工艺的基础上，增加深度处理工艺；尽可能在不（少）停产的情况下，保持厂区生产正常运行且排水达标，同时实现厂区建（构）筑物、各类管线的新建及综合改造。本文主要围绕污水处理厂升级改造工程设计展开详细分析。

2 污水处理厂升级改造思路

2.1 常见处理工艺

如今，我国污水处理厂多数沿用传统活性污泥法，或是在活性污泥法基础上改良开发的工艺，如SBR 工艺、氧化沟工艺，A-B 工艺、A-O 工艺、A2O 工艺等。上述各类工艺均经由长期发展趋于成熟，处理性能相对稳定，且具备同步脱氮除磷的能力，但是此类工艺有机物去除、脱氮除磷效果并非十分显著。面对《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标中更为严格的各项要求，如BOD：10mg/L、SS：10mg/L、TN：15mg/L、NH3-N：5mg/L、TP：0.5mg/L，仅仅采用上述工艺显然存在不足，必须做好污水处理厂升级改造工程设计工作[2]。

2.2 升级改造思路

污水处理厂升级改造思路如下：①调控优化内部运行工艺，深入挖掘现有处理单元能力。②进行强化处理或深度处理的外部改造。

2.2.1 污水厂生化池改造

生化池发挥着重要的有机物去除、脱氮除磷作用，是污水处理单元的核心，合理优化生化池处理工艺，有效利用进水碳源，可在不增加厂区面积基础上提高出水水质。生化池升级改造，多采用可较好与原工艺转化的工艺，获得良好的综合效益[3]。污水处理厂升级改造工程中生化池改造案例如表1 所示。

表1 生化池改造案例

2.2.2 在原工艺末端增加深度处理

污水深度处理主要通过进一步去除水中残留污染物，达到相应的回用水标准。当前我国污水处理厂升级改造中主要采用增设反硝化滤池或是高效沉淀池的方法，本质主要是强化SS 的去除，SS 中通常含BOD、TN、TP，因此通过此种方式可有效降低出水中其他指标。污水处理厂升级改造增设深度处理工艺的案例如表2所示。

表2 增设深度处理工艺案例

2.2.3 生化池改造+深度处理

此种改造思路是向上述两种方法结合应用，在加强同步脱氮除磷能力的同时确保出水SS、BOD 等达标[4]。污水处理厂升级改造中生化池改造+深度处理案例如表3 所示。

表3 生化池改造+深度处理案例

3 实例分析污水处理厂升级改造工程设计

3.1 项目概况

本项目为2009 年12 月正式投产运行的污水处理厂，一期工程设计规模为1 万m3/d，厂区占地面积约为9000m2（合计13.50 亩），设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级B 标准，工艺流程如下：进水→粗格栅及提升泵站→细格栅及旋流沉砂池→CASS 生化池（一座两组）→接触消毒池→达标排放。近年来，随着居民、企业数量的增加，排污管网逐渐完善，污水量逐年递增，而污水厂现有的处理能力已不能满足污水量日益增长的要求，因此，考虑在一期建设的基础上再扩建1.0 万m3/d，同时出水水质标准提高至一级A 标。

3.2 升级改造设计思路

根据项目的实际要求，提出以下升级改造思路。

（1）将原CASS 池前段改造为单独的缺氧区和好氧区；为充分发挥生物除磷作用，同时考虑原CASS 池容积有限，于厂区东侧新建一座厌氧池；为弥补好氧区容积的不足，在该区投加填料，将其升级改造为MBBR，保证其硝化能力；辅助配套拦截筛网、内回流泵，改造原有曝气系统。通过重构生化池功能分区，提高系统的整体生物浓度，在强化脱氮除磷效果的同时，最大限度利用和节省池容。

（2）由于改变了生化系统的构造和流态，所以将原CASS 池后端改造为二沉池，考虑池形限制，二沉池采用矩形周进周出式，并配套新建进出水渠道、排泥管和刮泥机等。

（3）深度处理工艺主要是用于强化对TP 和SS 的去除，目前污水厂采用的絮凝沉淀和过滤工艺以提标至一级A 标。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池负荷更高、占地面积更少、抗冲击负荷能力强、运行费用省且能与MBBR 工艺良好契合，考虑本工程用地紧张，不具备建设滤池的条件，因此，深度处理采用磁混凝沉淀池。鉴于厂区现状已无扩建用地，将原接触消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于厂区西侧新建紫外消毒渠。

（4）设计新建污泥泵站一座、贮泥池一座、在线监测间一座，同时改造原有预处理设施、鼓风机房、加药间等。

（5）不停水施工方案：优先建设紫外消毒渠、厌氧池→拆除接触消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→将CASS 池单格逐一改造为MBBR 生化池（缺氧区+好氧区）+矩形二沉池→配套鼓风机房、预处理等，并配套新建各构筑物连接管。

3.3 升级改造方案设计

3.3.1 改造后工艺流程

结合现场条件，并综合考虑处理效果、运行效果等因素，将原CASS 池改造为MBBR+二沉池，提高了生物脱氮除磷能力；考虑用地紧张，深度处理则采用沉淀负荷高、运行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工艺采用紫外消毒，并在加药间新增一套次氯酸钠投加系统、应急消毒系统；污泥处理沿用原低温脱水除湿干化工艺，污泥脱水后含水率为60%。其具体工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程

3.3.2 主要构筑物设计

（1）生化池改造（MBBR 池）。原CASS 池体总尺寸为89.4m×20.4m×5.5m，有效水深为5.0m，分为独立的两格，设有生物选择区、缺氧区和主反应区；由于池容限制，在厂区东南侧新建MBBR 生化池的厌氧区，总体尺寸为7.0m×20.5m×6.5m，有效水深为6.0m，有效容积为792m3，停留时间0.95h；将原CASS 池改造为缺氧区、好氧区及周进周出式矩形二沉池，MBBR 缺氧区由原CASS 池的生物选择区、缺氧区以及部分好氧区组成，单格尺寸为22.8m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容积为1144m3，停留时间2.74h；好氧池由原CASS池部分池体组成，单格尺寸为24.1m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容积为1222.0m3，停留时间2.93h，因好氧区需投加悬浮填料，所以设置进出水拦截系统及辅助穿孔曝气系统；生化池总设计停留时间6.62h，设计混合液悬浮物固体浓度（MLSS）4g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比为200%，膜面负荷：0.52gNH4-N/m2·d，污泥负荷：Fw=0.1194kgBOD5/kgMLSS·d，容积负荷Fr=0.4779kgBOD5/m3·d，好氧区有效生物膜面积：8.5137×105m2，填料比表面积：800m2/m3。

（2）生化池后段改造（矩形二沉池）。将原CASS 池后段改造为矩形周进周出式二沉池，工程设计规模为2万m3/d，设置两组二沉池，单组有效池容41.8m×10m×5.5m（有效水深4.8m），平均流量表面负荷0.99m3/m2·h，峰值流量表面负荷1.51m3/（m2·h）。

（3）磁混凝沉淀池。共设置2 组磁混凝沉淀池，单组设计水量为1 万m3/d，变化系数为1.49，土建尺寸为23.15×7.0m。整个系统主要包括混合池、磁种加载池、絮凝反应池、沉淀池、磁种回收及污泥排放等。混凝反应区停留时间1min，磁粉反应时间1.36min，絮凝反应时间1.37min，沉淀池液面负荷13.55m3/（m2·h）。

除以上构筑物外，本次提质扩容工程还新建污泥泵站、水质在线监测间、贮泥池、紫外消毒池各一座，并对原有鼓风机房、加药间等进行改造。

3.4 升级改造后运行效果

此污水厂升级改造完工、调试后，进出水水质监测分析如下：①改造后，COD 和BOD5的出水均值分别为18.7 mg/L、3.4mg/L，虽然进水有机物浓度、进水水量波动较大，但出水依然能稳定达到一级A 标，说明生化系统的改造对有机物的去除具有良好作用，而且有良好的抗水量、水质冲击的能力。②改造后，TN 和氨氮的出水均值分别为4.7mg/L、2.2mg/L，去除率平均为81.7%、75.2%，均能稳定达标；由于冬季低温对TN、氨氮的去除影响较大，当冬季生化池水温为10～12℃时，出水TN、氨氮浓度有所上升，但仍能稳定达到一级A 标准，而改造后的生化系统表现出对低温的良好适应性。③改造后，TP 和SS 的出水均值分别为0.26mg/L、6.25mg/L，系统进水TP、SS 波动较大，但出水均能稳定达标。

4 结语

综上所述，污水处理厂是生活、生产废水处理的核心场所，其处理效果直接决定区域生态环境和水资源的再次利用情况，对污水处理厂进行升级改造、提高出水水质具有必要性。在污水处理厂升级改造设计中，应充分发挥原有工艺处理单元的能力，根据实际工艺特点、出水水质的情况，因地制宜的选择效果更好的处理工艺加以改造，获得良好的社会经济效益。