陳谷

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

青浦污水處理廠一二期工程先后于1992年和1998年建成運(yùn)行，自建成以來，青浦污水廠對青浦區(qū)內(nèi)的水環(huán)境改善起到了至關(guān)重要的作用。隨著人們對水環(huán)境保護(hù)意識不斷提高，國家對環(huán)境要求也更加嚴(yán)格，同時根據(jù)環(huán)太湖流域統(tǒng)籌要求，青浦污水處理廠一二期工程亟須進(jìn)行提標(biāo)改造，進(jìn)一步提高地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此在上述大背景下開展了青浦污水處理廠一二期提標(biāo)改造工程的方案設(shè)計(jì)。

1 污水廠現(xiàn)狀及改造要求

1.1 污水廠現(xiàn)狀概況

青浦污水處理廠位于青浦區(qū)中心的青浦新城內(nèi)，青昆路兩側(cè)。一二期工程位于青昆路東側(cè)，占地面積2.5 hm2；三期工程位于青昆路西側(cè)，占地面積1.84 hm2。青浦污水處理廠總規(guī)模為3.5萬m3/d，與本文相關(guān)的一二期工程（一二期規(guī)模1.5萬m3/d）具體分述如下：一期規(guī)模為7 500 m3/d，采用SBR工藝，于1992年建成運(yùn)行；升級至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中一級B標(biāo)準(zhǔn)的改造已于2006年完成，改造后采用AAO工藝；二期規(guī)模為7 500 m3/d，采用氧化溝工藝，于1998年建成運(yùn)行，出水執(zhí)行《城市污水處理廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)》（CJ 3025-1993）排放標(biāo)準(zhǔn)（COD、BOD、SS相當(dāng)于國標(biāo)二級標(biāo)準(zhǔn)，氨氮不大于15 mg/L）；二期工程由于標(biāo)準(zhǔn)較低，目前處于停用狀態(tài)。全廠污泥集中于三期污泥處理設(shè)施統(tǒng)一處理后外運(yùn)。

1.2 該次提標(biāo)改造要求

該次提標(biāo)改造工程需要將出水標(biāo)準(zhǔn)提高至執(zhí)行新版《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中的特別排放限值（優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)）。此外，鑒于是對現(xiàn)狀運(yùn)行中的污水處理廠進(jìn)行改造，因此除提標(biāo)要求，還需要特別注意以下要求[1]：

（1）充分利用已建處理設(shè)施，力求少改動，最大限度減少對污水廠正常運(yùn)行的影響。

（2）盡量采用有節(jié)地特點(diǎn)的工藝或建設(shè)形式，以最大化土地價(jià)值。

（3）在改造中盡量維持全廠平面布局的合理統(tǒng)一。

1.3現(xiàn)狀出水水質(zhì)分析

根據(jù)青浦污水處理廠提供的出水水質(zhì)資料，將污水廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)與該次提標(biāo)水質(zhì)要求進(jìn)行了對比和統(tǒng)計(jì)，具體見表1。

表1 現(xiàn)狀出水水質(zhì)與提標(biāo)目標(biāo)對比統(tǒng)計(jì)表 mg/L

與該次提標(biāo)目標(biāo)相比，除BOD5能直接達(dá)標(biāo)外，其余指標(biāo)均有不同程度的天數(shù)未能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，尤其是SS，基本還不能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)5 mg/L。根據(jù)對現(xiàn)狀水質(zhì)的分析，該次提標(biāo)改造需要將重點(diǎn)放在氮類污染物、SS和TP等污染物指標(biāo)上。

2 改造難點(diǎn)及應(yīng)對策略

2.1 改造難點(diǎn)分析

該次提標(biāo)改造工程存在三方面難點(diǎn)：

（1）出水標(biāo)準(zhǔn)高。出水目標(biāo)全面優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)，除TN優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)（TN≤10 mg/L）外，其他均執(zhí)行地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。目前環(huán)保局對污水處理廠出水實(shí)施在線24 h監(jiān)測，這就要求出水水質(zhì)長期穩(wěn)定、可靠。出水TN按10 mg/L控制，因此選擇合理最佳的有針對性的生物處理工藝是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，其中碳源的合理分配和氮的有效去除是該次工藝設(shè)計(jì)的核心。出水SS按5 mg/L控制，因此選擇合理最佳的有針對性的深度處理工藝是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，其中如何穩(wěn)定保證出水SS是工藝設(shè)計(jì)的另一核心。

（2）不可影響現(xiàn)狀運(yùn)行。目前在運(yùn)行的為一期工程，實(shí)際處理水量已滿負(fù)荷達(dá)到7 500 m3/d。由于來水無法切換至其他地區(qū)污水廠，因此該工程需在保證現(xiàn)狀一期工程正常運(yùn)行的前提下，將現(xiàn)狀1.5萬m3/d規(guī)模處理設(shè)施完成提標(biāo)。絲毫不可影響現(xiàn)狀運(yùn)行，對該次改造方案提出了較大難度。

（3）用地緊張、土地價(jià)值高。該工程需要在4 000 m2左右區(qū)域內(nèi)新建原一二期總規(guī)模1.5萬m3/d的處理設(shè)施，對該工程提出了極高的節(jié)地要求。

2.2 設(shè)計(jì)方案中的應(yīng)對策略

2.2.1 工藝選擇

針對高出水標(biāo)準(zhǔn)，該次設(shè)計(jì)方案對“預(yù)處理+膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝”和“預(yù)處理+二級生物處理+深度處理工藝”兩種工藝路線進(jìn)行了綜合比較，主要考慮到高出水標(biāo)準(zhǔn)（尤其是SS需要更高級的膜工藝來實(shí)現(xiàn)）、處理效果穩(wěn)定性需求、節(jié)地需求等，最終推薦采用MBR工藝作為該次主體工藝。為保證TN去除效果，該工程在生物反應(yīng)池末端增設(shè)了后置缺氧段，屆時可根據(jù)實(shí)際處理情況投加碳源來加強(qiáng)TN處理效果。

2.2.2 改造方案的巧妙設(shè)置

青浦污水處理廠一二期工程位于一個廠區(qū)內(nèi)，該工程一二期用地內(nèi)可分為廠前區(qū)、一二期預(yù)處理區(qū)、一期二級處理區(qū)、二期二級處理區(qū)、一二期出水區(qū)、一二期污泥處理區(qū)（閑置）這六大區(qū)域，具體分區(qū)如圖1所示。

圖1 一二期用地分區(qū)示意圖

該次設(shè)計(jì)方案充分利用了二期工程目前閑置這個有利條件，在改造方案上進(jìn)行了巧妙設(shè)計(jì)。為充分利用二期閑置條件，做到該次改造對現(xiàn)狀運(yùn)行的影響最小化，該工程對“方案一：利用現(xiàn)狀，進(jìn)行MBR改造”和“方案二：拆除二期，一二期合并新建”兩種改造思路進(jìn)行了比較分析。方案一需拆除現(xiàn)狀一二期4座二沉池，原地新建MBR膜池，設(shè)備間、控制室和膜吹掃風(fēng)機(jī)房等輔助設(shè)施，將傳統(tǒng)生物反應(yīng)池工藝調(diào)整為MBR工藝。方案二則擬先行拆除二期二級處理區(qū)，包括二期氧化溝及二沉池，然后在原地新建1.5萬m3/d規(guī)模處理設(shè)施（一二期合建），如圖2所示。該工程建設(shè)過程中，始終保證一期正常運(yùn)行，做到對現(xiàn)狀運(yùn)行的影響最小。在該方案實(shí)施完畢后，廠區(qū)東南角的大片用地將閑置，可用于遠(yuǎn)期再度擴(kuò)建。

圖2 方案二改造平面布置示意圖

方案一和方案二的比較見表2。

表2 改造方案比較表

方案二主要有以下優(yōu)勢：

（1）方案二土地利用效率高，能夠空出7 700 m2用地，能夠很好地應(yīng)對將來地區(qū)發(fā)展帶來的污水量增加。

（2）方案一中，為保證臭氣處理達(dá)標(biāo)，需對現(xiàn)狀氧化溝進(jìn)行加蓋改造，但其建設(shè)年代久遠(yuǎn)，改造施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。

（3）雖然方案二在工程總投資上高于方案一，但是由于廢除了氧化溝的表曝系統(tǒng)，方案二在運(yùn)行費(fèi)用上反而比方案一更低。

綜上各方面比較，該工程改造總體思路最終采用方案二---拆除二期，一二期合并新建。

2.2.3 半地下建設(shè)形式的應(yīng)用

在根據(jù)現(xiàn)狀限定條件確定改造總體思路后，該工程需要在現(xiàn)狀二期二級處理用地上新建原一二期總規(guī)模1.5萬m3/d的處理設(shè)施。這塊區(qū)域有效面積僅為4 000 m2左右，對該工程提出了極高的節(jié)地要求。一方面，該工程采用的是MBR工藝，該工藝用膜組件替換了傳統(tǒng)二沉池和深度處理部分，具有極大的節(jié)地特點(diǎn)；另一方面，該工程采用雙層加蓋半地下建設(shè)形式[2]，采用集約化布置，將所有處理構(gòu)建筑物合建，水池層位于地下，上方則增設(shè)操作層廠房，如圖3所示。

圖3 半地下式雙層加蓋簡圖

在采取以上節(jié)地措施后，該工程成功在有限用地內(nèi)布置下全規(guī)模處理設(shè)施，并釋放出大量閑置用地，可考慮為遠(yuǎn)期地區(qū)水量增長做預(yù)留，大大提高了土地利用價(jià)值。

3 工程方案設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

該工程設(shè)計(jì)水量為1.5萬m3/d，總變化系數(shù)取1.53。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表3。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表

3.2 工藝方案及流程

該次提標(biāo)改造工藝方案如下：

（1）預(yù)處理：采用沉砂池。

（2）二、三級處理：采用MBR工藝。

（3）污泥處理：采用重力濃縮+離心脫水機(jī)（利用三期）。

（4）消毒加藥：采用次氯酸鈉消毒。

該次一二期工程提標(biāo)改造工藝流程如圖4所示。

圖4 污水處理工藝流程圖

3.3 半地下布置特點(diǎn)

該次設(shè)計(jì)采用雙層加蓋半地下式建設(shè)形式，和地上式常規(guī)污水處理廠相比，其在總體布置上有如下特點(diǎn)：

（1）地下式污水處理廠雙層加蓋，大型設(shè)備的吊裝困難，在設(shè)計(jì)時必須考慮足夠的起吊及檢修空間。

（2）各處理構(gòu)筑物共壁建設(shè)，結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)筑物間距小，檢修空間狹小，必須考慮各個構(gòu)筑物之間水、氣、泥、藥劑等各種管渠的合理布置，考慮檢修、參觀、運(yùn)輸通道的合理連通和設(shè)置。

（3）大部分的構(gòu)（建）筑物集中布置在一個埋地的大型空間內(nèi)，必須考慮必要的消防設(shè)施、消防通道。

（4）地下密閉空間有可能會引起H2S等有毒有害氣體的積聚，對有害氣體的檢測及通風(fēng)要求較高，通風(fēng)管道較多。

（5）地下污水處理廠雙層加蓋，上層蓋板需有較多的梁柱支撐。梁柱的布置會直接影響構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)和各專業(yè)的密切配合至關(guān)重要。

（6）地下管線眾多，縱橫交錯，必須統(tǒng)籌考慮，以免發(fā)生干涉。

3.4 主要單體工藝設(shè)計(jì)

3.4.1 粗格柵及進(jìn)水泵房

僅對現(xiàn)狀粗格柵及進(jìn)水泵房進(jìn)行水泵更換及相應(yīng)管路改造，將進(jìn)水提升后輸送至細(xì)格柵進(jìn)水渠。

3.4.2 細(xì)格柵

去除污水中較大漂浮物，并攔截直徑大于4 mm的固體物，以保證生物處理及污泥處理系統(tǒng)正常運(yùn)行。新建細(xì)格柵渠一座，設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5萬m3/d。

3.4.3 曝氣沉砂池

曝氣沉砂池主要用于去除污水中比重大于2.65、粒徑不小于0.2 mm的砂粒，使無機(jī)砂粒與有機(jī)物分離開來，便于后續(xù)生物處理，兼帶除油撇渣功能。該工程新建曝氣沉砂池一座，設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5萬 m3/d。

3.4.4 膜格柵

膜格柵主要用于攔截直徑大于1 mm的固體物，以保證后續(xù)膜系統(tǒng)正常運(yùn)行。每套膜格柵前后各設(shè)有閘門，作為檢修格柵時切斷水流用。

3.4.5 AAO生物反應(yīng)池

AAO生物反應(yīng)池主要是在提供足夠氧氣的條件下，在生物反應(yīng)池中營造厭氧、缺氧、好氧環(huán)境，利用生物反應(yīng)池中大量繁殖的活性污泥，降解水中污染物，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。該工程新建AAO生物反應(yīng)池一座，設(shè)計(jì)規(guī)模為1.5萬m3/d，分兩組，每組可單獨(dú)運(yùn)行。單座設(shè)計(jì)參數(shù)見表4。

表4 AAO生物反應(yīng)池設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4.6 膜池及膜設(shè)備間

MBR工藝可以維持很高的MLSS。生物池內(nèi)的混合液（500%）流入膜池進(jìn)水渠道內(nèi)，配送至每座膜池中。每座膜池內(nèi)均安裝有大量膜組件，膜組件出水口通過總管連接，并接入對應(yīng)水泵的吸水口，靠水泵產(chǎn)生的真空抽吸力將膜池中的水經(jīng)過濾膜壁吸入每根中空纖維膜的中心，匯集后排入濾后水干管，進(jìn)入后續(xù)處理單元。由于微濾膜近乎百分之百的菌種隔離作用，可使曝氣池中的生物濃度達(dá)到10 000 mg/L以上，這樣不僅提高了曝氣池抗沖擊負(fù)荷的能力，而且大大減少了所需的曝氣池容積。膜池的另一端設(shè)出水堰，膜池內(nèi)混合液通過該出水堰溢流至混合液回流渠道中，在該渠道內(nèi)設(shè)置對應(yīng)每MBR生物池設(shè)置循環(huán)泵，將混合液回流至MBR生物池中。

通過在膜箱的底部采用大氣泡曝氣產(chǎn)生紊流，沖刷中空纖維的表面，減少污染物在膜表面聚集，同時減少了化學(xué)清洗的次數(shù)。在膜工作時，自動進(jìn)行松弛，以延長膜的使用壽命和保證達(dá)到穩(wěn)定的出水流量。在連續(xù)工作一段時間后，系統(tǒng)要進(jìn)行維護(hù)性清洗和CIP化學(xué)清洗，即采用化學(xué)藥劑（檸檬酸、次氯酸鈉等）對膜進(jìn)行清洗，以更好地去除膜表面附著的污染物，恢復(fù)膜通量。

膜池及膜設(shè)備間主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。

4 結(jié)語

（1）該工程采用MBR這種較為先進(jìn)的工藝對青浦污水處理廠一二期工程進(jìn)行提標(biāo)改造，可以保持出水有效且穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（2）針對不可影響現(xiàn)狀運(yùn)行的要求，該工程在設(shè)計(jì)過程中巧妙利用了二期閑置這一條件，有效避免對現(xiàn)狀一期的影響。

（3）該工程結(jié)合MBR工藝和半地下建設(shè)形式，最大限度地節(jié)約用地，最終成功在有限的現(xiàn)狀二期二級生物處理用地內(nèi)布置下1.5萬m3/d規(guī)模處理設(shè)施。該工程僅占地4 000 m2左右，使土地價(jià)值最大化。

表5 膜池設(shè)計(jì)參數(shù)

（4）該工程拆除了其中部分現(xiàn)狀構(gòu)（建）筑物，結(jié)合節(jié)地技術(shù)新建更大規(guī)模處理設(shè)施，這為國內(nèi)污水廠提標(biāo)改造等類似工程提供了一種新思路。

[1]張辰.城鎮(zhèn)污水處理廠升級改造工程要點(diǎn)[J].給水排水,2008,34（5）:1-2．

[2]邱維.我國地下污水處理廠建設(shè)現(xiàn)狀及展望[J].中國給水排水,2017,33（6）:18-26.