王 肖

(山西省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030012)

1 工程背景

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠原建設(shè)規(guī)模為1.0萬m3/d，污水處理工藝采用“AAO+機(jī)械絮凝反應(yīng)+過濾”工藝，出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A類標(biāo)準(zhǔn)要求，處理后一部分用于城市景觀用水，一部分直接排入鄂河。

在城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)全面提高的政策背景下，根據(jù)《山西省水污染防治2018年行動(dòng)計(jì)劃》文件要求，污水處理廠出水COD、氨氮、總磷三項(xiàng)主要污染物排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，為此，需對(duì)污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 提標(biāo)改造前污水處理廠概況

2.1 改造前水質(zhì)、水量及實(shí)際運(yùn)行情況

通過對(duì)水廠2017年1月～2018年3月進(jìn)出水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)分析，污水處理廠總進(jìn)水量在4 000 m3/d～6 000 m3/d較多，2017年進(jìn)水量季節(jié)性變化明顯，冬季進(jìn)水量較夏季少，2018年1月,2月進(jìn)水量逐步增大。

現(xiàn)狀月平均COD指標(biāo)中有2個(gè)月份的指標(biāo)在400 mg/L左右，其余13個(gè)月的平均值均在366 mg/L以下；總氮指標(biāo)月平均值最大值88.6 mg/L，其余14個(gè)月的平均值均在75.3 mg/L以下；氨氮指標(biāo)月平均值最大值65.4 mg/L，其余14個(gè)月的平均值均在53.0 mg/L以下。

污水處理廠改造前進(jìn)水水質(zhì)大部分指標(biāo)較原設(shè)計(jì)偏高，且進(jìn)水量未達(dá)到滿負(fù)荷，因此出水水質(zhì)指標(biāo)大部分可以達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但在水量高或進(jìn)水水質(zhì)濃度高時(shí)，不能保障。

2.2 改造前存在的問題及原因分析

1)縣城排水體質(zhì)為雨污合流制，雨季進(jìn)水泥沙量大。冬季進(jìn)水水溫較低，最低溫度在5 ℃左右，生物池處理效率低，出水COD、氨氮不能保障達(dá)標(biāo)。

2)污水處理廠晝夜進(jìn)水量變化大，預(yù)處理提升泵池調(diào)節(jié)容積小，提升泵啟停頻率高，檢修維護(hù)頻繁。

3)旋流沉砂池停留時(shí)間短，除砂效果差，加大后續(xù)構(gòu)筑物負(fù)擔(dān)。

4)初沉池出泥管路堵塞，沉淀池停用，導(dǎo)致二級(jí)生化段進(jìn)水無機(jī)的懸浮物含量高。

5)現(xiàn)狀進(jìn)水COD、氨氮、總氮較原設(shè)計(jì)值偏大，根據(jù)校核計(jì)算，現(xiàn)有的AAO池池容小，停留時(shí)間僅12.6 h，處理負(fù)荷高。

6)二沉池采用半橋式刮泥機(jī)重力排泥，排泥不暢，浮泥較多，出水中懸浮物較高，嚴(yán)重影響深度處理效果。

7)深度處理采用的混凝、過濾設(shè)施已停用。由于二沉池出水懸浮物較多，經(jīng)混凝后形成大量的礬花，出水未設(shè)沉淀設(shè)施直接進(jìn)入后端濾池，而濾池采用粒度較細(xì)的單層石英砂，最終造成濾池表面污泥結(jié)板，導(dǎo)致濾池不能使用。

3 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)思路及工藝方案確定

3.1 改造工程進(jìn)出水水質(zhì)確定

本著“適度超前、預(yù)留空間”的原則預(yù)測(cè)污水廠未來進(jìn)水水質(zhì)。鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠運(yùn)行多年，其進(jìn)水水質(zhì)具有相當(dāng)程度的可靠性，本次設(shè)計(jì)調(diào)取水廠2017年1月～2018年3月的水質(zhì)進(jìn)行分析，并結(jié)合生活污水水質(zhì)特點(diǎn)最終確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 污水廠改造工程進(jìn)水水質(zhì) mg/L

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程出水COD、氨氮、總磷執(zhí)行GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值要求，其余指標(biāo)仍執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)限值，見表2。

表2 污水廠改造工程出水水質(zhì) mg/L

3.2 改造總體思路

根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)分析，提標(biāo)改造工程以生物脫氮除磷為主要工藝選擇。

1)預(yù)處理段：污水處理廠現(xiàn)狀晝夜污水進(jìn)水量變化大，現(xiàn)狀集水池容積較小，停留時(shí)間僅滿足最大一臺(tái)10 min流量，造成水泵啟停頻繁，且對(duì)生化池運(yùn)行造成一定影響，因此粗格柵后增加調(diào)節(jié)池一座，對(duì)進(jìn)水水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，配套污水提升泵，并與現(xiàn)狀集水池聯(lián)通。

由于進(jìn)水含沙量較大，新增曝氣沉砂池一座，增大停留時(shí)間，提高沉砂池穩(wěn)定性、排砂率；并新增新式孔徑2 mm內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式細(xì)格柵，降低生物池內(nèi)浮渣量。

2)二級(jí)處理段：污水處理廠運(yùn)行多年，進(jìn)水水質(zhì)較穩(wěn)定，處理工藝采用生物脫氮除磷工藝符合本工程水質(zhì)特點(diǎn)。降解污染物主要工序原設(shè)計(jì)是AAO工藝，符合指南要求，但目前進(jìn)水水質(zhì)較原設(shè)計(jì)增大,且出水標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格，因此須對(duì)原有工藝進(jìn)行校核，作相應(yīng)改造。

根據(jù)現(xiàn)有的生化段池容及提標(biāo)改造建設(shè)規(guī)模，校核認(rèn)為生化池總停留時(shí)間12.6 h較短，處理負(fù)荷高，出水水質(zhì)不能保障，因此須擴(kuò)大生化池池容/提高污泥濃度，降低容積負(fù)荷，保障BOD5,COD,NH3-N,TN在二級(jí)處理段穩(wěn)定達(dá)控制目標(biāo)。TP在二級(jí)處理段可通過生物除磷得到大部分去除，剩余部分在三級(jí)處理段通過化學(xué)反應(yīng)去除。為保證冬季寒冷條件下生化池內(nèi)的污水溫度，確保污水中微生物的活性及主要水質(zhì)去除的穩(wěn)定性，對(duì)現(xiàn)狀及新建外露生化段處理設(shè)施增加相應(yīng)保溫措施。

3)深度處理段：維修現(xiàn)有機(jī)械絮凝池，新增斜板沉淀池，更換現(xiàn)有的濾池濾料，組成混凝、沉淀、過濾單元，這一過程水中懸浮微粒集聚變大，或形成絮團(tuán)，從而加快粒子的聚沉，達(dá)到固—液分離的目的，保證出水TP,SS達(dá)標(biāo)。

4)增加應(yīng)急處理設(shè)施:在冬季水溫低，出水COD、氨氮經(jīng)生化系統(tǒng)處理后仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí)，在深度處理段設(shè)置投藥設(shè)施：a.增設(shè)投加活性炭粉末除設(shè)備，保障出水COD達(dá)標(biāo)；b.增加次氯酸鈉投加設(shè)備，保障出水氨氮達(dá)標(biāo)。

3.3 改造工藝方案確定

采用“預(yù)處理+多級(jí)AAO+混凝、沉淀、過濾”的方案。

拆除現(xiàn)有初沉池，新建多級(jí)AAO的厭氧缺氧池，改造現(xiàn)有的生物池為好氧池及Ⅱ段缺氧、好氧池，深度處理段新建斜板沉淀池,改造、維修原有混凝反應(yīng)池、雙層濾池。

在Ⅰ段好氧池內(nèi)投加MBBR填料，提高硝化菌濃度，并對(duì)新建的厭氧、缺氧池進(jìn)行保溫加蓋。

新建的多級(jí)AAO的厭氧缺氧池，在池體設(shè)計(jì)時(shí)，考慮多點(diǎn)進(jìn)水設(shè)置，充分利用原水中的碳源。

改造后工藝流程見圖1。

4 提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)

1)預(yù)處理階段：保留并利用原有進(jìn)水井、粗格柵間及配套設(shè)施，新建調(diào)節(jié)池、超細(xì)格柵、曝氣沉砂池及其相應(yīng)配套設(shè)備。

調(diào)節(jié)池上層作為應(yīng)急加藥間，并與調(diào)節(jié)池合建。應(yīng)急加藥間內(nèi)設(shè)碳源加藥設(shè)備及活性炭粉末加藥設(shè)備。

2)二級(jí)處理階段：

a.多級(jí)AAO池是本工程污水處理的核心構(gòu)筑物,用于生物脫氮除磷。多級(jí)AAO池由厭氧區(qū)、Ⅰ段缺氧區(qū)、Ⅰ段好氧區(qū)及Ⅱ段缺氧區(qū)、Ⅱ段好氧區(qū)五部分組成。本次改造在原初沉池拆除的空地上新建厭氧區(qū)、Ⅰ段缺氧區(qū)，改造原AAO池為Ⅰ段好氧區(qū)及Ⅱ段缺氧區(qū)、Ⅱ段好氧區(qū)。

改造后生物池設(shè)計(jì)參數(shù)：總停留時(shí)間為26.4 h，其中厭氧池為2.0 h，Ⅰ段缺氧池為12 h，Ⅰ段好氧池為8.0 h，Ⅱ段缺氧池為3.3 h，Ⅱ段好氧池為1.1 h；混合液污泥濃度4 000 mg·MLSS/L，污泥齡15 d，BOD污泥負(fù)荷0.111 kgBOD/kgMLSS·d，氣水比14∶1；混合液回流比300%～350%，污泥回流比100%。

由于本項(xiàng)目進(jìn)水生物脫氮的碳源不充足，為保證反硝化過程的充分進(jìn)行，設(shè)置碳源投加系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)水質(zhì)情況進(jìn)行碳源投加，碳源投加量按BOD5/TN提升至3.5∶1進(jìn)行配置，在Ⅰ段，Ⅱ段缺氧池前段均設(shè)投加點(diǎn)。

鄉(xiāng)寧縣冬季氣溫較低，為保障生化池內(nèi)污水溫度，對(duì)新建的厭氧池、缺氧池進(jìn)行加蓋、保溫，原有生物池已經(jīng)建有加蓋設(shè)施，不變動(dòng)。

b.污水廠現(xiàn)有2座φ20 m的中進(jìn)周出的二沉池，采用半橋式刮泥機(jī)。二沉池最大流量時(shí)表面負(fù)荷1.05 m3/(m2·h)，停留時(shí)間2.4 h。原采用半橋式刮泥機(jī)為重力排泥，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，導(dǎo)致管道堵塞，造成排泥不暢，浮泥較多，因此將2臺(tái)刮泥設(shè)備改造為2臺(tái)全橋式刮吸泥機(jī)，并根據(jù)二沉池現(xiàn)狀內(nèi)部構(gòu)造，相應(yīng)定制專用刮吸泥機(jī)。

3)深度處理階段及出水：改造機(jī)械絮凝池、新建斜板沉淀池、更換濾池內(nèi)部濾料、配套布水管路。保留并利用原有接觸消毒池、巴氏計(jì)量槽、在線監(jiān)測(cè)間?，F(xiàn)狀的二氧化氯發(fā)生器及配套藥劑儲(chǔ)罐已不能使用，本工程拆除二氧化氯發(fā)生器，更換為次氯酸鈉加藥設(shè)備。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

提標(biāo)改造工程總投資約3 817.0萬元。其中土建費(fèi)用1 447.4萬元，設(shè)備費(fèi)用1 429.6萬元，安裝費(fèi)用368.0萬元，二類費(fèi)用356.0萬元，預(yù)備費(fèi)216.0萬元。工程單位建設(shè)投資為3 817.0元/m3。

6 提標(biāo)改造工程運(yùn)行后出水水質(zhì)

鄉(xiāng)寧縣城區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程已于2019年7月底安裝調(diào)試完工，8月份進(jìn)入試運(yùn)行階段，根據(jù)8月～11月實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，9月上旬水廠進(jìn)水量達(dá)到滿負(fù)荷，改造后的工藝運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

7 結(jié)論

1)增加調(diào)節(jié)池，解決了晝夜進(jìn)水量變化大對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的沖擊。2)采用多級(jí)A/O工藝，解決了原工藝外加碳源多、運(yùn)行成本高的問題。3)冬季水溫低，生化池內(nèi)微生物活性降低，處理率下降，增加保溫措施后，有助于維持生化池內(nèi)微生物正常生存的環(huán)境，保障微生物的活性，確保工藝要求的處理效率。4)保障出水TN指標(biāo)達(dá)到排放要求。5)新增加了應(yīng)急處理設(shè)施，冬季氣溫低的情況下，保障出水COD、氨氮達(dá)標(biāo)。此次改造工藝切實(shí)可行，為類似污水廠提標(biāo)改造提供了借鑒。