李 嘉

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司重慶分公司，重慶 400020)

習(xí)近平總書記視察重慶時強(qiáng)調(diào)，保護(hù)好三峽庫區(qū)和長江母親河，事關(guān)重慶長遠(yuǎn)發(fā)展，事關(guān)國家發(fā)展全局，要把修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)?！笆濉币詠?，重慶市加強(qiáng)生活污水處理能力建設(shè)，陸續(xù)完成40余座污水處理廠改擴(kuò)建和提標(biāo)改造工作。提標(biāo)中主要為解決TN、TP和SS 3個指標(biāo)，基本解決策略為生物反應(yīng)池改造和增加深度處理單元，比如采用加大生反池池容或調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、新增碳源投加設(shè)備、新增高效沉淀池、新增反硝化濾池及濾布濾池等措施[1-4]，這些設(shè)施的新增都會增加用地面積。本工程三面環(huán)水一面背靠鐵路線，無新征用地條件，只能提高廠區(qū)土地利用率。

1 工程概況

綦江污水處理廠坐落于城北大橋北橋頭下，該廠作為綦江主城區(qū)最大污水處理廠(6萬m3/d)，承擔(dān)了主城區(qū)污水污染物削減的重任。該廠一期工程于2009年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為3.0萬m3/d；二期工程于2017年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為3.0萬m3/d；廠區(qū)總占地約為35 000 m2，出水均執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級B標(biāo)準(zhǔn)[5]。服務(wù)范圍為綦江區(qū)主城區(qū)，總服務(wù)面積約為11 km2。城區(qū)污水沿自然河道和高程較低的道路敷設(shè)污水截流干管，沿途收集污水至污水廠。污水處理工藝流程為粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池、改良式SBR池、二氧化氯消毒池、巴氏計(jì)量槽，出水排至綦江河。剩余污泥經(jīng)污泥濃縮脫水車間進(jìn)行脫水后外運(yùn)填埋處置。為保護(hù)三峽庫區(qū)水環(huán)境，完善城市基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步削減污水對綦江水質(zhì)污染，更好地保護(hù)綦江河，按照重慶市相關(guān)部門的要求，對綦江污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 污水處理廠現(xiàn)狀問題及分析

2.1 現(xiàn)狀進(jìn)出水水量及水質(zhì)分析

綦江污水處理廠2017年全年處理水量為1 274萬m3，平均日處理量達(dá)3.5萬m3；2018年上半年處理水量為722萬m3，平均日處理量達(dá)3.96萬m3，最高日流量達(dá)到5.5萬m3。

根據(jù)綦江污水處理廠2017年1月—2018年7月進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，綦江污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)波動較大，尤其是CODCr、TP等指標(biāo)較原設(shè)計(jì)值有明顯降低。目前，進(jìn)水水量正在接近設(shè)計(jì)值，進(jìn)水水質(zhì)變化逐漸趨于穩(wěn)定，為降低投資，避免新建設(shè)施浪費(fèi)，同時，結(jié)合綦江區(qū)今后管網(wǎng)改造后可能的水質(zhì)變化及不確定因素，擬對污水廠提標(biāo)改造工程的部分水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。對進(jìn)水水質(zhì)90%的覆蓋率進(jìn)行復(fù)核，其中對進(jìn)水水質(zhì)中CODCr、TP略作調(diào)減，其余指標(biāo)仍按照一期、二期原設(shè)計(jì)水質(zhì)執(zhí)行，本工程設(shè)計(jì)水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 現(xiàn)狀工程進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Existing Water Quality of Influent

由表2可知，綦江污水處理廠2017年1月—2018年7月出水水質(zhì)均能穩(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)中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，說明處理系統(tǒng)運(yùn)行良好，但同時距提標(biāo)要求還有一定差距。本次提標(biāo)的主要目的是使TN、TP、SS以及糞大腸菌群等指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。一期、二期工程SS和TP等指標(biāo)達(dá)標(biāo)率低，現(xiàn)有處理系統(tǒng)處理能力有限，需要采用深度處理對其進(jìn)行進(jìn)一步去除，糞大腸菌群指標(biāo)可通過增大消毒劑量或改變消毒方式來控制。

2.2 現(xiàn)狀主要構(gòu)筑物運(yùn)行狀態(tài)評估分析

現(xiàn)狀細(xì)格柵及旋流沉砂池主要設(shè)備有回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵除污機(jī)3套，柵條間距為5 mm，由于前端進(jìn)水中小漂浮物(主要為花椒殼，實(shí)測直徑為3.5～4 mm)較多，無法有效截留；砂水分離器設(shè)備磨損嚴(yán)重，砂水分離效果較差，出砂含水率較高?，F(xiàn)狀改良式SBR反應(yīng)池2座，分別由一期、二期工程建設(shè)，單座設(shè)計(jì)規(guī)模為3萬m3/d，每座4格。單座有效池容為20 592 m3，有效水深為6 m，每格每d運(yùn)轉(zhuǎn)周期6次，每周期4 h。一期改良式SBR反應(yīng)池空氣管道及空氣調(diào)節(jié)閥腐蝕嚴(yán)重、曝氣管堵塞嚴(yán)重,無法正常為生物池及時提供充足的氧氣，其余設(shè)備運(yùn)行基本正常?，F(xiàn)狀污泥濃縮脫水機(jī)房主要設(shè)備為帶式脫水機(jī)3臺，其中2臺為一期建設(shè)，帶寬為1.5 m，設(shè)備破損老化嚴(yán)重，基本無法正常運(yùn)行；其中1臺為近期技改新增，帶寬為2 m，運(yùn)行正常。

3 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

本工程污水處理規(guī)模為6萬m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)。針對該污水處理廠存在的問題，總體設(shè)計(jì)方案如下。

(1)針對現(xiàn)狀構(gòu)建筑物中部分設(shè)備老化及破損問題，本次對此類設(shè)備進(jìn)行復(fù)核并優(yōu)化更新。

(2)針對現(xiàn)狀一期、二期工程污水處理后尾水基本滿足一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，但均不能滿足一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。對現(xiàn)狀污水處理構(gòu)筑物進(jìn)行復(fù)核并優(yōu)化，改造思路如下：①在SBR主池內(nèi)新增攪拌器，調(diào)整運(yùn)行時序，提高進(jìn)水時段池水與進(jìn)水混合均勻度，以提高反硝化效率；②更換SBR池內(nèi)堵塞嚴(yán)重的曝氣管為曝氣盤，使污水在好氧段有充足的氧氣；③目前，進(jìn)水水質(zhì)碳氮比63%以上低于4，來水碳源不足[6]，新增碳源投加間及投加裝置，確保碳源充足，保障脫氮；④經(jīng)復(fù)核，深度處理僅需考慮TP和SS，遂本次擬采用常規(guī)高效沉淀池和濾布濾池深度處理工藝組合；⑤由于本工程三面環(huán)水一面緊鄰鐵路線，無法新征用地，深度處理單元(高效沉淀池、濾布濾池)依靠拆除現(xiàn)狀加氯制備間和一期加氯接觸池來實(shí)現(xiàn)。

處理流程如圖1所示。

圖1 本工程污水處理流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Wastewater Treatment in the Project

3.2 工程設(shè)計(jì)

3.2.1 細(xì)格柵及旋流沉砂池

本次更換現(xiàn)狀3套細(xì)格柵，將格柵間距調(diào)整為3 mm孔板格柵，截留較小漂浮物及纖維狀懸浮物，以便后續(xù)處理構(gòu)筑物正常運(yùn)行。本次更換現(xiàn)狀砂水分離器，將處理能力提高至40 L/s，以解決砂水分離器處理能力不足的問題。

3.2.2 改良式SBR池

設(shè)計(jì)污泥濃度MLSS=4 500～7 000 mg/L，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為0.096 kg BOD5/(kg MLSS·d)，設(shè)計(jì)總水力停留時間HRT為16.5 h，設(shè)計(jì)污泥齡為18.3 d。每座主反應(yīng)池內(nèi)根據(jù)流態(tài)模擬設(shè)置4臺攪拌器，攪拌器功率為5.6 kW；池底設(shè)EPDM微孔曝氣盤，設(shè)計(jì)氣水比為5.6∶1。本次生反池改造主要有以下幾方面：①原反應(yīng)池曝氣系統(tǒng)堵塞嚴(yán)重，無法有效提供充足的氧氣(曝氣末期水中DO仍無法達(dá)到2 mg/L)，是制約CODCr、BOD5、氨氮指標(biāo)的重要原因，本次改造更換原堵塞的曝氣管為曝氣盤，并根據(jù)需氧量適當(dāng)加密，使生反池在曝氣初期快速復(fù)氧，使微生物發(fā)揮其該有的生物活性，達(dá)到有效去除CODCr、BOD5、氨氮的目的；②根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，局部調(diào)整運(yùn)行時序，在進(jìn)水的前0.5 h只進(jìn)行攪拌而不曝氣，使反硝化菌在進(jìn)水充足的碳源的情況下對池內(nèi)硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化，以達(dá)到進(jìn)一步脫氮效果，調(diào)整前后運(yùn)行時序如表3和表4所示。由表3可知，原運(yùn)行時序?yàn)榍? h進(jìn)水和曝氣，主要降解CODCr、BOD5和氨氮；沉淀1 h，潷水1 h，可認(rèn)為此段時間進(jìn)行反硝化，但是此段時間污泥下沉，污泥附著的微生物與水中硝酸鹽類接觸是不完全的，且隨時間接觸程度不利呈放大趨勢；另外此段時間碳源缺乏(大部分已在好氧段被降解)；遂本次設(shè)計(jì)在進(jìn)水的前0.5 h只進(jìn)行進(jìn)水和攪拌(表4)，主要目的是使硝酸鹽類在碳源充足的時候進(jìn)行反硝化；雖然微調(diào)使沉淀時間看似減少，但實(shí)際運(yùn)行過程中潷水器從水面慢慢往下潷水的過程較長，潷水最高水位和最低水位之間的污泥可沉降至潷水最低水位[污水廠正常的SV30為15%～30%，即沉淀在前30 min，絕大部分污泥可降至有效水深的70%以下，潷水器行程之外(排出比為0.25)]。

表3 單座SBR池原運(yùn)行時序Tab.3 Original Operation Sequence of Single SBR Tank

表4 單座SBR池調(diào)整后運(yùn)行時序Tab.4 Operation Sequence of Single SBR Tank after Adjustment

3.2.3 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座2池，按6萬m3/d規(guī)模建設(shè)。平面尺寸為33 m×30.8 m，有效水深為6.5 m。高效沉淀池由混合、絮凝、沉淀3部分組成。其中，混合時間約為100 s，絮凝時間約為12 min，沉淀區(qū)高峰表面負(fù)荷為9.5 m3/(m2·h)。沉淀區(qū)下設(shè)Φ=15 m的濃縮機(jī)，絮凝體下沉后經(jīng)濃縮一部分通過循環(huán)泵進(jìn)入絮凝區(qū)循環(huán)再利用，另一部分通過污泥泵排出。污水經(jīng)去除大部分SS后流至斜板澄清區(qū)，上清液用集水槽收集排出，流入纖維轉(zhuǎn)盤濾池。

3.2.4 中間提升泵房及纖維轉(zhuǎn)盤濾池

新建中間提升泵房及纖維轉(zhuǎn)盤濾池1座(合建)，平面尺寸為19.7 m×14.7 m，中間提升泵房設(shè)3臺軸流提升泵，將二級處理出水提升至高效沉淀池。纖維轉(zhuǎn)盤濾池設(shè)2格，單格規(guī)模為3.0萬m3/d，盤片直徑為3 m，設(shè)計(jì)濾速為10 m/h，將高效沉淀池出水中剩余SS截留，出水進(jìn)入紫外消毒渠。

3.2.5 紫外消毒渠

利用現(xiàn)狀一期加氯接觸池渠道改造成紫外消毒渠，共1座2渠。每渠裝機(jī)N=28.8 kW，各包含10個模塊，每個模塊9根紫外線燈管，共計(jì)安裝紫外線燈管90只，設(shè)計(jì)紫外計(jì)量>20 mJ/cm2[7]。為了回用部分尾水以及防止由于紫外渠與計(jì)量槽之間距離太遠(yuǎn)可能造成的糞大腸菌復(fù)生，本次設(shè)計(jì)在池頂設(shè)置成品次氯酸鈉儲罐2個，每個有效容積為10 m3，在紫外消毒完成后輔助消毒，有效氯設(shè)計(jì)投加量為0.5～10 mg/L。

3.2.6 碳源投加間

新增碳源投加間1座，平面尺寸為11 m×6.5 m，建筑高度約為6.6 m。碳源采用乙酸鈉，投加點(diǎn)為旋流沉砂池末端出水渠，設(shè)計(jì)投加量約為32 mg/L。設(shè)玻璃鋼碳源儲罐2座，每座有效容積為15 m3。并設(shè)碳源加注泵1臺，Q=30 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW；設(shè)耐腐蝕投加計(jì)量泵3臺(2用1備)，Q=200～2 000 L/h，H=40 m，N=0.5 kW，配套提供在線稀釋裝置等配件。

3.2.7 加藥間

新增加藥間1座，平面尺寸為15 m×5 m，建筑高度約為5.4 m。內(nèi)設(shè)PAC系統(tǒng)和PAM系統(tǒng)，投加點(diǎn)為高效沉淀池進(jìn)水渠，設(shè)計(jì)PAC投加量為10～20 mg/L，設(shè)計(jì)PAM投加量為0.3～0.5 mg/L。設(shè)玻璃鋼P(yáng)AC儲罐1座，有效容積為9 m3。并設(shè)PAC加注泵1臺，Q=10 m3/h，H=15 m，N=2.2 kW；設(shè)耐腐蝕投加計(jì)量泵3臺(2用1備)，Q=20～100 L/h，H=30 m，N=0.25 kW。設(shè)PAM溶液制備裝置1套，制備能力為5～8 kg/h，配置溶液濃度為0.5‰～1‰。設(shè)PAM加藥螺桿泵3臺(2用1備)，Q=20～300 L/h，H=30 m，N=0.25 kW，配套提供在線稀釋裝置等配件。

3.2.8 污泥濃縮脫水機(jī)房

污泥濃縮脫水機(jī)房為現(xiàn)狀建筑物，現(xiàn)狀3臺脫水機(jī)，其中2臺已無法正常運(yùn)行。經(jīng)復(fù)核，本次設(shè)計(jì)將一期2臺帶式濃縮脫水機(jī)更換，實(shí)施后3臺脫水機(jī)全部使用(2用1備)，每d工作12～16 h。脫水污泥含水率為80%。設(shè)污泥濃縮脫水機(jī)2臺，Q=30～40 m3/h，帶寬B=2 m，N=3.7 kW，配套空壓機(jī)等配件。另新增1套廠區(qū)中水回用系統(tǒng)，供廠區(qū)綠化用水。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資為3 843.81萬元，其中,建筑安裝工程費(fèi)用2 058.05萬元，設(shè)備及工器具購置費(fèi)為1 258.22萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用為351.58萬元，預(yù)備費(fèi)為110.04萬元，建設(shè)期貸款利息為65.92萬元。單位處理成本為0.51元/m3，單位經(jīng)營成本為0.40元/m3。單位處理成本和單位經(jīng)營成本在同類污水處理廠提標(biāo)改造工程中處于中上游水平。

5 建成后運(yùn)行效果

本工程于2019年12月通水調(diào)試，2020年3月開始正常運(yùn)行，運(yùn)行期間除幾次由于進(jìn)水水量水質(zhì)異常突變造成部分指標(biāo)超標(biāo)外，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)一級A標(biāo)準(zhǔn)。2020年3月—8月進(jìn)出水水質(zhì)如表5所示。

表5 工程完工后進(jìn)出水水質(zhì)Tab.5 Water Quality of Influent and Effluent after Project Operation

6 結(jié)論

(1)本工程對現(xiàn)狀6萬m3/d規(guī)模進(jìn)行提標(biāo)改造，在充分分析現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)運(yùn)行狀況下，改造原生物反應(yīng)池輔以碳源以提高脫氮效率，采用高效沉淀池及加藥系統(tǒng)加強(qiáng)除磷，采用纖維轉(zhuǎn)盤濾池提高SS去除率，采用紫外線消毒輔以氯消毒工藝，保證出水糞大腸菌群數(shù)達(dá)標(biāo)。

(2)污水處理廠的提標(biāo)改造在無法新征用地情況下，可對現(xiàn)狀構(gòu)建筑進(jìn)行拆除與改造，以及充分利用零星空地完成，或許是未來污水處理廠提標(biāo)至更高水質(zhì)探索的趨勢。