李云歷 張永泉

（云南省設(shè)計院集團有限公司，云南 昆明 650000）

1 概述

為深入實施《水污染防治計劃》（簡稱“水十條”），落實云南省生態(tài)文明建設(shè)排頭兵的定位要求，因此，云南省各地污水廠紛紛啟動一級A 標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造工作。本案例污水出水最終進入長江流域，對其盡快實施提標(biāo)改造勢在必行。

目前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠主要存在TN 去除難、TP生物處理效果差等問題[1]，提標(biāo)改造工程案例也很多。本文通過分析現(xiàn)狀污水廠進出水水質(zhì)情況、原處理工藝特點，識別提標(biāo)改造過程中的關(guān)鍵因素，充分挖掘生化段工藝潛力，在占地情況有限的條件下，通過方案比選，確定了運營成本低、處理效果穩(wěn)定的工藝路線。項目于2022 年2 月啟動試運行，出水水質(zhì)穩(wěn)定且達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文針對該項目的研究能夠為類似污水處理廠提標(biāo)改造工程的順利實施提供參考和借鑒。

2 項目概述

2.1 污水處理廠現(xiàn)狀

污水廠分兩期建設(shè),建成規(guī)模6 萬m3/d。采用“粗格柵+細格柵+旋流沉砂池+CAST 池+紫外消毒”的處理工藝，出水按照一級B 標(biāo)進行控制。該污水廠現(xiàn)狀總體布置如圖1 所示。

圖1 污水廠總平面布置圖

2.2 污水廠水質(zhì)水量分析

2.2.1 進水量分析。分析2018-2019 年進水量數(shù)據(jù)：污水廠一期污水處理量較穩(wěn)定，兩年日均處理水量約2.3 萬m3/d，進水旱季少雨季多，尚未達到滿負荷運行，旱季平均負荷約為70%，雨季平均負荷為85%。由于二期配套管網(wǎng)處于新建或在建中，二期污水現(xiàn)狀進水量較少，且波動較大，兩年日均水量約0.8 萬m3/d，運行負荷率較低。（圖2）

圖2 一期（左）、二期（右）工程進水水量圖

2.2.2 水質(zhì)分析。根據(jù)2018 年數(shù)據(jù)：一期進水呈現(xiàn)旱季高雨季低的趨勢，由于服務(wù)范圍內(nèi)有少量工業(yè)企業(yè)，COD 年均值超過設(shè)計進水水質(zhì)，其余指標(biāo)旱季高于設(shè)計值，雨季低于設(shè)計值。出水指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（二級標(biāo)準(zhǔn)），能夠穩(wěn)定達到一級B 標(biāo)準(zhǔn)，總氮在個別情況下出水高于15mg/L，總氮不能穩(wěn)定達到一級A 標(biāo)。（表1）

表1 一期工程實際進出水水質(zhì)表（2018 年）

二期進水水質(zhì)指標(biāo)旱季高雨季低，旱季高于設(shè)計值，雨季低于設(shè)計值。由于現(xiàn)狀進水量較少，生化池處理負荷低，出水指標(biāo)不僅能穩(wěn)定達到一級B 標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)情況下能達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)。（表2）

表2 二期工程實際進出水水質(zhì)表（2018 年）

2.3 污水廠主要處理構(gòu)筑物能力復(fù)核

根據(jù)設(shè)計進水水質(zhì)及現(xiàn)狀生化池的尺寸對生化池進行復(fù)核，一、二期參數(shù)復(fù)核如表3 所示。

表3 生化池參數(shù)復(fù)核表

按照3 萬m3/d 的設(shè)計處理規(guī)模進行復(fù)核，一期生化池充水比為0.33，超過規(guī)范值。根據(jù)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50014-2021），當(dāng)充水比高于0.3 或低于0.15 時將對脫氮造成影響?，F(xiàn)狀一期進水水量尚未達到滿負荷，生化池運行狀況良好，但是隨著進水量的增加，TN的達標(biāo)排放存在風(fēng)險。二期生化池充水比為0.25，可滿足設(shè)計要求。

3 提標(biāo)改造對策研究

3.1 重難點分析

3.1.1 TN 達標(biāo)排放

通過水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)：污水處理廠現(xiàn)狀主要風(fēng)險因子為TN。出水總氮不能穩(wěn)定達到一級A 標(biāo)，旱季尤為明顯，同時現(xiàn)狀進水水量尚未達到滿負荷運行，待污水處理量達到設(shè)計水量的情況下，總氮不達標(biāo)率也將隨之升高。有研究表明，TN不達標(biāo)的主要原因是由于反硝化過程中碳源不足[2]，分析本項目現(xiàn)狀進水水質(zhì)，BOD5/TN 和BOD5/TP 比值均為規(guī)范下限值，可見現(xiàn)狀生化處理系統(tǒng)存在碳源不足的情況，生物脫氮除磷效果差。

3.1.2 占地面積小，無新增用地

現(xiàn)狀污水處理廠一二期工程已建成，僅有少量預(yù)留空地，且無擴建空間，因此可用于本次提標(biāo)改造工程的面積有限，且分布零散。

3.2 策略研究

根據(jù)重難點分析，提出以下提標(biāo)改造策略：

3.2.1 工藝路線選擇：應(yīng)首先強化系統(tǒng)的脫氮能力，再通過物理化學(xué)的深度處理進行處理，最后進行消毒后出水。針對進水水質(zhì)碳源不足，新增碳源投加系統(tǒng)作為備用。

3.2.2 處理構(gòu)筑物選擇：需具備較好的脫氮除磷作用，且占地面積小。

3.2.3 總圖設(shè)計：需兼顧一、二期工程與提標(biāo)改造工程的銜接，盡可能做到工藝流程順暢；同時控制施工過程對廠區(qū)附屬設(shè)施的影響最小。

4 提標(biāo)改造工藝選擇

4.1 提標(biāo)改造工藝比選

如前所述，本項目提標(biāo)關(guān)鍵因素主要是TN 的去除。為保證污水處理廠總氮達標(biāo)排放，一些污水處理廠采用高效沉淀池+反硝化深床濾池的工藝流程，此工藝路線出水效果好，但后期運行維護費用相對偏高[3-5]。也有研究表明，對于低濃度污水或生活污水占比大的污水，要達到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，總氮等污染物的去除可以通過優(yōu)化生化段的方式實現(xiàn)[6]?；诒卷椖楷F(xiàn)狀二級出水水質(zhì)較好，二期生化池滿足設(shè)計條件，考慮提出2 種方案進行比選，以確定最佳工藝。

4.1.1 方案一：挖掘二級生化處理脫氮除磷的作用，新增一座AAO 生化池（配套二沉池），設(shè)計規(guī)模為1.0 萬m3/d，后續(xù)設(shè)置6.0 萬m3/d 處理規(guī)模的高效沉淀池實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標(biāo)，該方案直接工程費為5768.99 萬元。

4.1.2 方案二：充分利用深度處理實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標(biāo)。新增一座高效沉淀池、反硝化深床濾池，設(shè)計規(guī)模為6.0 萬m3/d，該方案直接工程費為5484.80 萬元。（表4）

表4 方案比選表

4.2 提標(biāo)改造工藝的確定

由表4 可知，方案一重點在二級處理段，方案二重點在深度處理段，2 種方案工程投資差別不大，運行效果均有保障。雖然方案一在污水進廠后需進行再次分配，但通過智能調(diào)流閥的安裝，運行維護工作量得到極大的降低。同時AAO 工藝屬于傳統(tǒng)工藝，對污水廠運營人員的要求不高，因此在保證出水達標(biāo)的前提下，優(yōu)先選擇能耗低、運行維護簡單的方案，即采用方案一：新增一座AAO 生化池（配套二沉池），后續(xù)設(shè)置高效沉淀池實現(xiàn)出水穩(wěn)定達標(biāo)。

4.3 提標(biāo)改造工藝流程

提標(biāo)改造工程主要生產(chǎn)建（構(gòu)）筑物包括：AAO 生化池及污泥回流泵房、二沉池、調(diào)節(jié)池及二次提升泵房、高效沉淀池、接觸消毒池及出水渠、污泥脫水機房、儲泥池、調(diào)理池、鼓風(fēng)機房及碳源投加間、加氯間等。

圖3 提標(biāo)改造工藝流程圖

4.4 提標(biāo)改造總圖設(shè)計

現(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)一、二期工程相對獨立，各建（構(gòu)）筑物布置分散，現(xiàn)狀除一塊預(yù)留用地外，無深度處理設(shè)施的預(yù)留用地，且周邊無新增占地的空間。為保證提標(biāo)改造工程建成后廠內(nèi)污水、污泥處理工藝布局合理，生產(chǎn)管理方便，提出以下總圖設(shè)計內(nèi)容：

4.4.1 拆除部分：拆除利用率不高的機修間及倉庫用于布置高效沉淀池。

4.4.2 充分利用零星空地：利用一期生化池南側(cè)不規(guī)則空地設(shè)置接觸消毒池和出水渠，利用一期生化池西側(cè)綠化帶設(shè)置二次提升泵房，利用二期生化池西側(cè)綠化帶布置AAO 生化池和二沉池。

4.4.3 集中使用預(yù)留用地：于原有廠區(qū)預(yù)留用地建設(shè)新的污泥脫水機房，處理后污泥含水率降低至60%。原有2 座污泥脫水機房被改造為碳源投加間、鼓風(fēng)機房和加氯間，泥棚可作為機修使用。

5 工程實際運行效果

提標(biāo)改造工程于2022 年2 月啟動試運行，實際處理水量為3.3 萬m3/d，工藝運行基本穩(wěn)定，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。從2022 年3 月運行數(shù)據(jù)來看，實際運行出水效果優(yōu)于改造前出水，在未投加碳源的情況下，TP 和SS 水質(zhì)改善最為明顯，水質(zhì)提升比例達40%以上。

圖4 提標(biāo)改造工程出水指標(biāo)變化曲線圖

6 結(jié)論

本案例充分挖掘二級生化段工藝潛力，采用新增AAO 生化池+二沉池+高效沉淀池的工藝組合，工程試運行出水穩(wěn)定達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)，可為類似項目提供參考。項目的建成能夠降低受納水體入河污染物，有效保護了受納水體水質(zhì)，助力長江流域總體水質(zhì)改善。還能為當(dāng)?shù)靥峁┛稍偕玫奈鬯Y源，是解決水資源短缺的有效途徑，有利于節(jié)能減排。