張 琨， 吳川棟， 孫國勝， 趙 焱

(1．廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳 518000;2．廣東粵海水務(wù)股份有限公司，廣東 深圳518000)

隨著“水十條”的逐步推行，全國各地的污水處理廠面臨提標(biāo)改造的實(shí)際要求。在提標(biāo)改造工藝中，MBR工藝以其占地面積小、對SS去除效果好、可強(qiáng)化生化處理等特點(diǎn)［1］，在提標(biāo)改造項目中得到越來越多的應(yīng)用。

1 污水廠概況

廣西壯族自治區(qū)某污水處理廠主要收集城市生活污水，處理規(guī)模為5×104m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB l8918—2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)。該污水處理廠主體工藝采用UNITANK工藝，主要構(gòu)筑物包括粗格柵和提升泵房、細(xì)格柵和旋流沉砂池、分配井、初沉池、交替式活性污泥反應(yīng)池(分為A、B兩條生產(chǎn)線)、接觸消毒池等，工藝流程見圖1。

圖1 污水廠原工藝流程Fig．1 Original process of the wastewater treatment plant

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和污水管網(wǎng)的完善，污水量增長迅速，污水廠處理能力日漸飽和。未被處理的污水若直接排入河流，會造成水體污染嚴(yán)重，威脅城市的生態(tài)環(huán)境、人民的身體健康和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，該污水廠于2018年3月啟動提標(biāo)擴(kuò)容改造工程，在不新增占地的條件下，將出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB l8918—2002)一級B提升至一級A。同時，將處理規(guī)模從5×104m3/d提高至10×104m3/d。

2 存在的問題

① 從表1可以看出，采用原處理工藝，參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn)，該污水廠出水主要指標(biāo)較除CODCr外均不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，尤其是SS、TN、TP的達(dá)標(biāo)保證率較低。由于目前的進(jìn)水水質(zhì)尚未達(dá)到設(shè)計水質(zhì)，若再考慮進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)一步變差，則上述指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的難度更大。

表1 2017年污水廠進(jìn)出水水質(zhì)Tab．1 Water quality of influent and effluent of the wastewater treatment plant in 2017

② 在提高排放標(biāo)準(zhǔn)的同時，處理規(guī)模增大為原來的2倍，進(jìn)一步加大了達(dá)標(biāo)處理的難度。

③ 該地區(qū)的排水管網(wǎng)采用合流制，雨季進(jìn)廠污水的泥沙含量高，現(xiàn)有生化系統(tǒng)中混合液中揮發(fā)性懸浮固體比例低，活性污泥的活性差。

④ 該污水廠總占地面積約為2．5×104m2，且廠區(qū)周邊已無處理規(guī)模擴(kuò)建可用的新增用地。

⑤ 改造工程實(shí)施過程中，不得停產(chǎn)。

⑥ 與周邊居住區(qū)距離較近，污水廠內(nèi)易產(chǎn)生惡臭的構(gòu)筑物會對周邊居民的正常生活造成影響。

3 總體思路

該污水廠提標(biāo)改造的主要目標(biāo)污染物為BOD5、SS、NH3－N、TN、TP。在同步提高產(chǎn)能的條件下，難點(diǎn)污染物為SS、TN、TP。根據(jù)不同污染物的去除規(guī)律并結(jié)合現(xiàn)有場地條件，提出總體思路如下:

① 強(qiáng)化對TN、TP的深度去除，并提高去除效果的穩(wěn)定性。由于對TN的去除要求較高、對COD和BOD5的去除要求較低，可考慮適當(dāng)減少好氧區(qū)，增設(shè)兼氧區(qū)(運(yùn)行中可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整為缺氧區(qū))，強(qiáng)化對TN的去除。

② 考慮TP的穩(wěn)定去除，在進(jìn)入膜池之前增設(shè)化學(xué)除磷加藥點(diǎn)［2］。

③ 在處理負(fù)荷提高時，保證SS的穩(wěn)定去除。

④ 改造后的處理工藝應(yīng)占地面積小，以滿足場地要求。

⑤ 遠(yuǎn)期進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)一步變差時，改造后的處理工藝應(yīng)能通過調(diào)整生化系統(tǒng)活性污泥的濃度予以應(yīng)對。

⑥ 充分利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，提高對進(jìn)水中無機(jī)砂類SS的去除效果。

4 改造方案

為滿足處理要求，選擇MBR工藝，增設(shè)占地面積小、SS去除效果好、可實(shí)現(xiàn)長污泥齡運(yùn)行的浸沒式超濾膜分離單元作為泥水分離設(shè)施，其中生化系統(tǒng)選擇更利于生物除磷的UCT工藝［3］。為了強(qiáng)化TN的去除，將部分好氧區(qū)分隔為兼氧區(qū)，需要時可作為反硝化脫氮的缺氧區(qū)使用。

結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況，將原旋流沉砂池改為曝氣沉砂池，增設(shè)膜格柵處理單元，強(qiáng)化對進(jìn)水中無機(jī)砂和懸浮物的去除，保護(hù)MBR超濾膜。同時，在膜格柵出水點(diǎn)、生化系統(tǒng)出水點(diǎn)跌水處增設(shè)化學(xué)藥劑投加點(diǎn)。前者功能為強(qiáng)化預(yù)處理，在需要時啟用，后者功能為化學(xué)除磷。為保證混合效果，在膜格柵出水點(diǎn)至原初沉池之間增設(shè)管道混合器。提標(biāo)改造后的污水廠工藝流程如圖2所示。

5 工程實(shí)施方案

5.1 細(xì)格柵與旋流沉砂池改造

拆除原細(xì)格柵和旋流沉砂池，在原址新建曝氣沉砂池和細(xì)格柵池，主要設(shè)計參數(shù)如下:Qave=10×104m3/d，Kz=1．3，平面尺寸為 44．3 m ×12．7 m，有效水深為3 m，Qmax水力停留時間為6．38 min。細(xì)格柵采用內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板格柵，孔徑e=3 mm。

圖2 污水廠提標(biāo)改造后工藝流程Fig．2 Process of the wastewater treatment plant after upgrading and reconstruction

5.2 新建膜格柵池

新建膜格柵池1座，主要設(shè)計參數(shù)如下:Qave=10 ×104m3/d，Kz=1．3，平面尺寸為 14．2 m ×10．2 m，分為4組(3用1備)，單渠道寬1．6 m，柵前有效水深為2．5 m。膜格柵采用內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板格柵，孔徑e=1 mm，單組設(shè)備的最大處理規(guī)模為502 L/s。

5.3 交替式活性污泥反應(yīng)池改造

對交替式活性污泥反應(yīng)池進(jìn)行內(nèi)部過流孔道、導(dǎo)流隔墻改造，將UNITANK工藝改造為UCT工藝。保留原厭氧池，作為新工藝厭氧池使用。將原UNITANK工藝南側(cè)生化池、中間生化池、北側(cè)生化池分別改造為UCT工藝完全混合式缺氧池、完全混合式兼氧池和推流式好氧池。其中缺氧池增設(shè)高速潛水?dāng)嚢铏C(jī)，兼氧池及好氧池更換曝氣管。增設(shè)好氧池末端至缺氧池起端、缺氧池末端至厭氧池進(jìn)水端的混合液回流管道。可根據(jù)實(shí)際處理情況，將兼氧池作為缺氧區(qū)或好氧區(qū)使用。同時，膜池回流污泥回流至此處，可作為好氧區(qū)使用。交替式活性污泥反應(yīng)池改造前后對比如圖3所示。

5.4 新建MBR膜池與設(shè)備間

在交替式活性污泥反應(yīng)池的西側(cè)新建MBR膜池及設(shè)備間，平面尺寸為70．0 m ×22．0 m，共設(shè)計10個膜池，每個膜池的平面尺寸為6．1 m×12．8 m，有效水深為3．5 m。主要設(shè)計參數(shù)如下:Qave=10×104m3/d，Kz=1．3，凈產(chǎn)水通量為23．1 L/(m2·h)，采用PVDF有機(jī)膜。膜池至生化池混合液回流比為400%。膜池內(nèi)活性污泥濃度不得超過12 g/L，膜池曝氣強(qiáng)度為 0．25 ～0．5 Nm3/(m2·h)。

圖3 改造前后的交替式活性污泥反應(yīng)池Fig．3 Alternated activated sludge sequencing reactor before and after reconstruction

6 效果分析

該污水廠提標(biāo)改造工程于2018年3月開工，2018年12月通水運(yùn)行。改造后，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

表2 提標(biāo)改造后的出水水質(zhì)Tab．2 Water quality of effluent after upgrading and reconstruction mg·L－1

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，改造工程實(shí)施后，采用的UCT－MBR改造工藝可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，對CODCr、NH3－N、SS的處理效果最為穩(wěn)定。依托于化學(xué)加藥除磷，也可實(shí)現(xiàn)TP的穩(wěn)定去除。在進(jìn)水碳源充足的條件下，TN能夠被穩(wěn)定去除;在進(jìn)水碳源不足時，會出現(xiàn)出水TN升高的現(xiàn)象。但在不人工投加碳源的條件下，也可實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)。

7 結(jié)論

① 將MBR工藝應(yīng)用于用地面積緊張、出水水質(zhì)要求高、兼有擴(kuò)大處理規(guī)模的提標(biāo)改造工程，可以取得較好的工程實(shí)踐效果。尤其是可以實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的泥水分離控制，充分挖掘污水處理系統(tǒng)的潛力。

② 為強(qiáng)化MBR工藝的處理效果，應(yīng)結(jié)合項目實(shí)際需求和項目特點(diǎn)對MBR工藝的生化處理區(qū)進(jìn)行針對性設(shè)計，提高對難度較大污染物的去除效果。