陳奇良

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230061)

巢湖為全國(guó)重點(diǎn)防治的“三河三湖”之一，受自然條件和人類(lèi)活動(dòng)雙重驅(qū)動(dòng)，歷史上巢湖流域總磷本底偏高，至上世紀(jì)90年代末水污染狀況最為嚴(yán)重。為改善巢湖水質(zhì)，安徽省2016年9月頒布實(shí)施了《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)和工業(yè)行業(yè)主要水污染排放限值》(DB34/2710-2016)，對(duì)巢湖流域污水處理廠(chǎng)出水提出了更高的要求。主要污染物指標(biāo)排放限值見(jiàn)表1。

表1 巢湖流域新建城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)主要水污染物排放限值

近年來(lái)，隨著治理與保護(hù)力度加大，巢湖水質(zhì)惡化趨勢(shì)得到有效遏制，主要水域污染濃度明顯降低，水質(zhì)由Ⅴ類(lèi)好轉(zhuǎn)為Ⅳ類(lèi)，但東、西半湖及全湖均呈輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。相關(guān)研究表明，磷是浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子，降低水體總磷(TP)含量可有效抑制藍(lán)藻水華的暴發(fā)[1]?，F(xiàn)行城鎮(zhèn)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中TP的排放限值遠(yuǎn)高于水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的臨界值，集中排放的污水處理廠(chǎng)尾水為影響水生態(tài)的重要固定污染源[2]。經(jīng)計(jì)算，僅合肥市污水廠(chǎng)排入水體的氮、磷負(fù)荷就已相當(dāng)于超過(guò)巢湖Ⅲ類(lèi)水時(shí)環(huán)境容量[3]，加上其他未能完全收集的污水、點(diǎn)源、面源，入湖污染負(fù)荷大大超過(guò)湖體的環(huán)境容量。削減污水廠(chǎng)尾水污染負(fù)荷是流域控源截污的一個(gè)關(guān)鍵措施，如總氮提高至地表水 Ⅲ～Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、總磷達(dá)到0. 01～0. 05 mg/L，才能基本滿(mǎn)足巢湖環(huán)境容量的要求[4]。“十三五”以來(lái)，滇池流域建成28座城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)，處理規(guī)模32萬(wàn)m3/d，實(shí)施污水廠(chǎng)尾水提標(biāo)改造106萬(wàn)m3/d，出水總磷指標(biāo)小于0.05 mg/L，取得了較好的效果。氣浮技術(shù)作為一項(xiàng)高效、快速的固液分離技術(shù)，在藻類(lèi)處理、工業(yè)廢水治理上有比較廣泛的應(yīng)用[5-6]，在滇池流域污水廠(chǎng)總磷提標(biāo)和合肥市朱磚井污水處理廠(chǎng)中試試驗(yàn)中均取得了較好的效果。

本文以合肥市某污水處理廠(chǎng)極限除磷(TP≤0.05 mg/L)提標(biāo)改造設(shè)計(jì)為例，通過(guò)工藝流程、高程、主要工藝參數(shù)設(shè)計(jì)分析，為其他類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和改造提供借鑒。

1 工程概況

1.1 建設(shè)規(guī)模及工藝流程

污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，分三期建設(shè)，其中，一、二期規(guī)模分別為2.5萬(wàn)m3/d，三期規(guī)模5萬(wàn)m3/d。

污水二級(jí)處理采用Carrousel氧化溝工藝，污水深度處理采用反硝化生物濾池+絮凝沉淀+連續(xù)砂過(guò)濾工藝。污泥處理采用機(jī)械深度脫水工藝，出廠(chǎng)污泥含水率≤60%。污水消毒采用紫外線(xiàn)消毒工藝。采用同步沉淀的投藥方式，藥劑采用聚合氯化鋁。

1.2 現(xiàn)狀水量、水質(zhì)及提標(biāo)改造要求

(1)現(xiàn)狀水量、水質(zhì)

隨著城市的發(fā)展，實(shí)際處理污水量不斷增加，已處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，最大進(jìn)水量達(dá)到為12.4萬(wàn)m3/d。

污水處理廠(chǎng)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 污水處理廠(chǎng)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)要求

(2)提標(biāo)改造要求

在現(xiàn)狀排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上將TP提標(biāo)至≤0.05 mg/L。

2 改造方案的確定

2.1 提標(biāo)改造原則

基于污水處理廠(chǎng)現(xiàn)狀處理工藝、出水標(biāo)準(zhǔn)和提標(biāo)改造要求，確定極限除磷提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)原則：①技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，保證TP提標(biāo)的同時(shí)不影響其他出水指標(biāo)；②充分利用現(xiàn)有水頭，盡量不增加中間提升、少新建構(gòu)筑物，減少建設(shè)成本；③加藥量少，用電量小，新增運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低；④與現(xiàn)有工藝有效銜接，便于統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調(diào)度；⑤改造期間不停產(chǎn)或少停產(chǎn)。

2.2 改造思路

目前該廠(chǎng)的出水基本能穩(wěn)定達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本次提標(biāo)改造主要針對(duì)TP一項(xiàng)指標(biāo)，出水由0.3 mg/L提標(biāo)至0.05 mg/L。原設(shè)計(jì)已采用生物除磷+化學(xué)除磷方案，本次TP提標(biāo)應(yīng)充分挖掘現(xiàn)有構(gòu)筑物的處理潛能，根據(jù)極限除磷的指標(biāo)要求和技術(shù)特點(diǎn)，適當(dāng)新增處理構(gòu)筑物，保證TP出水達(dá)標(biāo)的同時(shí)不對(duì)其他污染物的處理效果造成影響。

2.3 極限除磷工藝方案

本次總磷提標(biāo)出水≤0.05 mg/L，同時(shí)SS需不大于10 mg/L。

城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)低濃度磷去除工藝的技術(shù)中通常是生物、化學(xué)與物理除磷的組合工藝，可分為4大類(lèi)：(1)生物除磷+化學(xué)除磷+沉淀過(guò)濾；(2)生物除磷+化學(xué)除磷+兩級(jí)過(guò)濾；(3)生物除磷+化學(xué)除磷+膜分離；(4)生物除磷+化學(xué)除磷+混凝氣浮。除磷工藝綜合對(duì)比如表3所示。

表3 常用除磷工藝綜合對(duì)比表

從去除效果、適用性、占地、對(duì)周邊環(huán)境影響及維護(hù)管理方便角度出發(fā)，推薦選用生物除磷+化學(xué)除磷+混凝氣浮。國(guó)內(nèi)城市污水處理廠(chǎng)極限除磷提標(biāo)改造工程工藝主要為混凝氣浮。采用混凝氣浮工藝去除總磷有：昆明主城第一、三、七、八、九水質(zhì)凈化廠(chǎng)極限除磷提標(biāo)改造工程，合肥市朱磚井污水處理廠(chǎng)極限除磷中試。

2.4 現(xiàn)狀構(gòu)筑物改造方案

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，根據(jù)現(xiàn)狀構(gòu)筑物及管線(xiàn)布置情況，確定在二期工程生反池西側(cè)的廢水池區(qū)域新建氣浮池，現(xiàn)狀濾池出水自流進(jìn)氣浮池，經(jīng)氣浮處理后出水自流進(jìn)入接觸消毒池，并降低接觸消毒池現(xiàn)狀運(yùn)行水位。

現(xiàn)狀接觸消毒池出水水位14.00 m，出水井出水水位12.50 m，受納水體常水位9.15 m，50年一遇洪水位14.26 m。旱季時(shí)尾水通過(guò)附近雨水泵站自排涵排放，汛期時(shí)經(jīng)雨水泵站抽排，泵站最高設(shè)計(jì)啟泵水位9.90 m。經(jīng)復(fù)核本工程接觸消毒池出水水位需降低至13.00 m，出水井出水水位降低至12.10 m，不改變現(xiàn)狀尾水排放方式。為保證接觸消毒時(shí)間，需新增接觸消毒池池容。

3 改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 總平面設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)狀污水處理廠(chǎng)總平面布置分析，廠(chǎng)內(nèi)土地已被充分利用，無(wú)大面積空地，二期生反池西側(cè)的廢水池可拆除，辦公樓南側(cè)、一期二沉池西北角、氧化溝東側(cè)還有少量綠地。

①新建高效氣浮池

拆除現(xiàn)狀廢液池，新建高效氣浮池，將廢液管改造接入廠(chǎng)區(qū)污水管后進(jìn)入進(jìn)水泵房。氣浮池占地面積873.4 m2。

②新建接觸消毒池

為保證接觸消毒時(shí)間，新增接觸消毒池池容，在一期二沉池西北角和氧化溝東側(cè)綠地內(nèi)新建接觸消毒池2座，氣浮池出水進(jìn)入接觸消毒池。接觸消毒池占地面積90.8 m2。

③新建加藥間

在現(xiàn)狀綜合樓南側(cè)新建加藥間1座，投加投混凝劑及助凝劑至氣浮池。加藥間占地面積204.8 m2。

廠(chǎng)區(qū)總平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 極限除磷提標(biāo)改造總平面布置圖

3.2 工藝流程設(shè)計(jì)

在現(xiàn)狀濾池后設(shè)置高效氣浮池，現(xiàn)狀濾池出水自流進(jìn)入高效氣浮池，氣浮池出水自流進(jìn)入接觸消毒池。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 極限除磷提標(biāo)改造工藝流程圖

3.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

①高效氣浮池

地上式一體化設(shè)施，1座6組，平面尺寸41.20 m×21.20 m，設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，單組最大流量903 m3/h，最大表面負(fù)荷 20 m3/m2·h，氣浮設(shè)備6臺(tái)，回流水泵12臺(tái)，螺桿空壓機(jī) 2臺(tái)。經(jīng)過(guò)氣浮產(chǎn)生的污泥排至污泥緩沖池進(jìn)行消泡，再經(jīng)污泥泵輸送至現(xiàn)狀儲(chǔ)泥池。污泥緩沖池設(shè)置攪拌器1臺(tái)，污泥泵 2臺(tái)。

②接觸消毒池

地下式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，2座，設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，平面尺寸9.00 m×8.00 m，有效水深5.50 m。

③加藥間

地上式建筑，1座，設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d，平面尺寸 27.50 m×11.70 m，主要功能為投混凝劑及助凝劑至氣浮池，設(shè)絮凝劑投加計(jì)量泵和助凝劑投加泵。

3.4 運(yùn)行成本分析

本次總磷提標(biāo)新增氣浮池、加藥間和接觸消毒池，利用污水廠(chǎng)富余水頭，不增加中間提升。主要運(yùn)行成本為電費(fèi)和藥劑費(fèi)，經(jīng)測(cè)算，電耗成本為0.028元/m3，藥劑成本為0.082元/m3，直接處理成本為0.110元/ m3。

4 結(jié) 論

(1)污水處理廠(chǎng)除磷提標(biāo)改造設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分調(diào)研現(xiàn)狀處理工藝和構(gòu)筑物特點(diǎn)，結(jié)合提標(biāo)改造要求，盡量挖掘現(xiàn)有構(gòu)筑物的改造潛力，合理新增處理構(gòu)筑物。

(2)采用高效氣浮工藝進(jìn)行極限除磷可保證TP出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，同時(shí)不影響其他污染物處理效果，僅新增氣浮池、加藥間，改造接觸消毒池，建設(shè)和運(yùn)行管理方便。

(3)采用氣浮技術(shù)極限除磷直接處理成本為0.110元/ m3，其中，電耗成本為0.028元/m3，藥劑成本為0.082元/m3。