胡成陶，但 力

（泛華建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

由于我國城市化進(jìn)程的加快，城市水體污染的情況愈發(fā)嚴(yán)重，城鎮(zhèn)污水的排放量一直逐年增加，由此對城鎮(zhèn)污水處理廠的處理能力提出了更高的要求。污水處理是水資源保護(hù)的重要部分，現(xiàn)狀大部分現(xiàn)狀污水處理廠按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級B 標(biāo)進(jìn)行設(shè)計并執(zhí)行，推進(jìn)污水處理廠升級改造工程具有重要意義，本文主要圍繞污水處理廠升級改造工程設(shè)計工作展開分析。

1 污水處理廠升級改造要求

隨著水污染環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，國家高度重視，明確了水環(huán)境保護(hù)將作為生態(tài)文明建設(shè)的重要工作內(nèi)容。2015 年，國務(wù)院頒布《水污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2015〕17 號），簡稱水十條，要求現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，要因地制宜進(jìn)行改造，在2020 年底前達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利用要求；而位于敏感區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施須在2018 年年底前達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)；建成區(qū)水體水質(zhì)達(dá)不到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)的城市，新建城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施要執(zhí)行一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。

污水處理廠升級改造的主要目的是將出水水質(zhì)進(jìn)行升級，完工投運后的出水水質(zhì)將執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 標(biāo)，或地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。污水處理廠升級改造過程中，要求根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件及處理工藝運行特點，在保留原有主體生化工藝的基礎(chǔ)上，增加深度處理工藝；盡可能在不（少）停產(chǎn)的情況下，保持廠區(qū)生產(chǎn)正常運行且排水達(dá)標(biāo)，同時實現(xiàn)廠區(qū)建（構(gòu)）筑物、各類管線的新建及綜合改造。本文主要圍繞污水處理廠升級改造工程設(shè)計展開詳細(xì)分析。

2 污水處理廠升級改造思路

2.1 常見處理工藝

如今，我國污水處理廠多數(shù)沿用傳統(tǒng)活性污泥法，或是在活性污泥法基礎(chǔ)上改良開發(fā)的工藝，如SBR 工藝、氧化溝工藝，A-B 工藝、A-O 工藝、A2O 工藝等。上述各類工藝均經(jīng)由長期發(fā)展趨于成熟，處理性能相對穩(wěn)定，且具備同步脫氮除磷的能力，但是此類工藝有機物去除、脫氮除磷效果并非十分顯著。面對《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)中更為嚴(yán)格的各項要求，如BOD：10mg/L、SS：10mg/L、TN：15mg/L、NH3-N：5mg/L、TP：0.5mg/L，僅僅采用上述工藝顯然存在不足，必須做好污水處理廠升級改造工程設(shè)計工作[2]。

2.2 升級改造思路

污水處理廠升級改造思路如下：①調(diào)控優(yōu)化內(nèi)部運行工藝，深入挖掘現(xiàn)有處理單元能力。②進(jìn)行強化處理或深度處理的外部改造。

2.2.1 污水廠生化池改造

生化池發(fā)揮著重要的有機物去除、脫氮除磷作用，是污水處理單元的核心，合理優(yōu)化生化池處理工藝，有效利用進(jìn)水碳源，可在不增加廠區(qū)面積基礎(chǔ)上提高出水水質(zhì)。生化池升級改造，多采用可較好與原工藝轉(zhuǎn)化的工藝，獲得良好的綜合效益[3]。污水處理廠升級改造工程中生化池改造案例如表1 所示。

表1 生化池改造案例

2.2.2 在原工藝末端增加深度處理

污水深度處理主要通過進(jìn)一步去除水中殘留污染物，達(dá)到相應(yīng)的回用水標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前我國污水處理廠升級改造中主要采用增設(shè)反硝化濾池或是高效沉淀池的方法，本質(zhì)主要是強化SS 的去除，SS 中通常含BOD、TN、TP，因此通過此種方式可有效降低出水中其他指標(biāo)。污水處理廠升級改造增設(shè)深度處理工藝的案例如表2所示。

表2 增設(shè)深度處理工藝案例

2.2.3 生化池改造+深度處理

此種改造思路是向上述兩種方法結(jié)合應(yīng)用，在加強同步脫氮除磷能力的同時確保出水SS、BOD 等達(dá)標(biāo)[4]。污水處理廠升級改造中生化池改造+深度處理案例如表3 所示。

表3 生化池改造+深度處理案例

3 實例分析污水處理廠升級改造工程設(shè)計

3.1 項目概況

本項目為2009 年12 月正式投產(chǎn)運行的污水處理廠，一期工程設(shè)計規(guī)模為1 萬m3/d，廠區(qū)占地面積約為9000m2（合計13.50 畝），設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)，工藝流程如下：進(jìn)水→粗格柵及提升泵站→細(xì)格柵及旋流沉砂池→CASS 生化池（一座兩組）→接觸消毒池→達(dá)標(biāo)排放。近年來，隨著居民、企業(yè)數(shù)量的增加，排污管網(wǎng)逐漸完善，污水量逐年遞增，而污水廠現(xiàn)有的處理能力已不能滿足污水量日益增長的要求，因此，考慮在一期建設(shè)的基礎(chǔ)上再擴建1.0 萬m3/d，同時出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高至一級A 標(biāo)。

3.2 升級改造設(shè)計思路

根據(jù)項目的實際要求，提出以下升級改造思路。

（1）將原CASS 池前段改造為單獨的缺氧區(qū)和好氧區(qū)；為充分發(fā)揮生物除磷作用，同時考慮原CASS 池容積有限，于廠區(qū)東側(cè)新建一座厭氧池；為彌補好氧區(qū)容積的不足，在該區(qū)投加填料，將其升級改造為MBBR，保證其硝化能力；輔助配套攔截篩網(wǎng)、內(nèi)回流泵，改造原有曝氣系統(tǒng)。通過重構(gòu)生化池功能分區(qū)，提高系統(tǒng)的整體生物濃度，在強化脫氮除磷效果的同時，最大限度利用和節(jié)省池容。

（2）由于改變了生化系統(tǒng)的構(gòu)造和流態(tài)，所以將原CASS 池后端改造為二沉池，考慮池形限制，二沉池采用矩形周進(jìn)周出式，并配套新建進(jìn)出水渠道、排泥管和刮泥機等。

（3）深度處理工藝主要是用于強化對TP 和SS 的去除，目前污水廠采用的絮凝沉淀和過濾工藝以提標(biāo)至一級A 標(biāo)。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池負(fù)荷更高、占地面積更少、抗沖擊負(fù)荷能力強、運行費用省且能與MBBR 工藝良好契合，考慮本工程用地緊張，不具備建設(shè)濾池的條件，因此，深度處理采用磁混凝沉淀池。鑒于廠區(qū)現(xiàn)狀已無擴建用地，將原接觸消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于廠區(qū)西側(cè)新建紫外消毒渠。

（4）設(shè)計新建污泥泵站一座、貯泥池一座、在線監(jiān)測間一座，同時改造原有預(yù)處理設(shè)施、鼓風(fēng)機房、加藥間等。

（5）不停水施工方案：優(yōu)先建設(shè)紫外消毒渠、厭氧池→拆除接觸消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→將CASS 池單格逐一改造為MBBR 生化池（缺氧區(qū)+好氧區(qū)）+矩形二沉池→配套鼓風(fēng)機房、預(yù)處理等，并配套新建各構(gòu)筑物連接管。

3.3 升級改造方案設(shè)計

3.3.1 改造后工藝流程

結(jié)合現(xiàn)場條件，并綜合考慮處理效果、運行效果等因素，將原CASS 池改造為MBBR+二沉池，提高了生物脫氮除磷能力；考慮用地緊張，深度處理則采用沉淀負(fù)荷高、運行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工藝采用紫外消毒，并在加藥間新增一套次氯酸鈉投加系統(tǒng)、應(yīng)急消毒系統(tǒng)；污泥處理沿用原低溫脫水除濕干化工藝，污泥脫水后含水率為60%。其具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

3.3.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計

（1）生化池改造（MBBR 池）。原CASS 池體總尺寸為89.4m×20.4m×5.5m，有效水深為5.0m，分為獨立的兩格，設(shè)有生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)和主反應(yīng)區(qū)；由于池容限制，在廠區(qū)東南側(cè)新建MBBR 生化池的厭氧區(qū)，總體尺寸為7.0m×20.5m×6.5m，有效水深為6.0m，有效容積為792m3，停留時間0.95h；將原CASS 池改造為缺氧區(qū)、好氧區(qū)及周進(jìn)周出式矩形二沉池，MBBR 缺氧區(qū)由原CASS 池的生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)以及部分好氧區(qū)組成，單格尺寸為22.8m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容積為1144m3，停留時間2.74h；好氧池由原CASS池部分池體組成，單格尺寸為24.1m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容積為1222.0m3，停留時間2.93h，因好氧區(qū)需投加懸浮填料，所以設(shè)置進(jìn)出水?dāng)r截系統(tǒng)及輔助穿孔曝氣系統(tǒng)；生化池總設(shè)計停留時間6.62h，設(shè)計混合液懸浮物固體濃度（MLSS）4g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比為200%，膜面負(fù)荷：0.52gNH4-N/m2·d，污泥負(fù)荷：Fw=0.1194kgBOD5/kgMLSS·d，容積負(fù)荷Fr=0.4779kgBOD5/m3·d，好氧區(qū)有效生物膜面積：8.5137×105m2，填料比表面積：800m2/m3。

（2）生化池后段改造（矩形二沉池）。將原CASS 池后段改造為矩形周進(jìn)周出式二沉池，工程設(shè)計規(guī)模為2萬m3/d，設(shè)置兩組二沉池，單組有效池容41.8m×10m×5.5m（有效水深4.8m），平均流量表面負(fù)荷0.99m3/m2·h，峰值流量表面負(fù)荷1.51m3/（m2·h）。

（3）磁混凝沉淀池。共設(shè)置2 組磁混凝沉淀池，單組設(shè)計水量為1 萬m3/d，變化系數(shù)為1.49，土建尺寸為23.15×7.0m。整個系統(tǒng)主要包括混合池、磁種加載池、絮凝反應(yīng)池、沉淀池、磁種回收及污泥排放等?；炷磻?yīng)區(qū)停留時間1min，磁粉反應(yīng)時間1.36min，絮凝反應(yīng)時間1.37min，沉淀池液面負(fù)荷13.55m3/（m2·h）。

除以上構(gòu)筑物外，本次提質(zhì)擴容工程還新建污泥泵站、水質(zhì)在線監(jiān)測間、貯泥池、紫外消毒池各一座，并對原有鼓風(fēng)機房、加藥間等進(jìn)行改造。

3.4 升級改造后運行效果

此污水廠升級改造完工、調(diào)試后，進(jìn)出水水質(zhì)監(jiān)測分析如下：①改造后，COD 和BOD5的出水均值分別為18.7 mg/L、3.4mg/L，雖然進(jìn)水有機物濃度、進(jìn)水水量波動較大，但出水依然能穩(wěn)定達(dá)到一級A 標(biāo)，說明生化系統(tǒng)的改造對有機物的去除具有良好作用，而且有良好的抗水量、水質(zhì)沖擊的能力。②改造后，TN 和氨氮的出水均值分別為4.7mg/L、2.2mg/L，去除率平均為81.7%、75.2%，均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；由于冬季低溫對TN、氨氮的去除影響較大，當(dāng)冬季生化池水溫為10～12℃時，出水TN、氨氮濃度有所上升，但仍能穩(wěn)定達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)，而改造后的生化系統(tǒng)表現(xiàn)出對低溫的良好適應(yīng)性。③改造后，TP 和SS 的出水均值分別為0.26mg/L、6.25mg/L，系統(tǒng)進(jìn)水TP、SS 波動較大，但出水均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4 結(jié)語

綜上所述，污水處理廠是生活、生產(chǎn)廢水處理的核心場所，其處理效果直接決定區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水資源的再次利用情況，對污水處理廠進(jìn)行升級改造、提高出水水質(zhì)具有必要性。在污水處理廠升級改造設(shè)計中，應(yīng)充分發(fā)揮原有工藝處理單元的能力，根據(jù)實際工藝特點、出水水質(zhì)的情況，因地制宜的選擇效果更好的處理工藝加以改造，獲得良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。