馮仕訓(xùn)，張萬里，蔣嵐嵐

(無錫市政設(shè)計研究院有限公司，江蘇無錫 214072)

隨著《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)新標(biāo)準(zhǔn)的頒布，對污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，勢必要求污水處理進(jìn)行提標(biāo)改造以滿足新標(biāo)準(zhǔn)。而對氮、磷指標(biāo)的進(jìn)一步去除，給污水處理廠的提標(biāo)改造帶來了更大的挑戰(zhàn)[1-2]。江蘇省太湖流域某SBR污水處理廠位于太湖流域一、二級保護(hù)區(qū)之外，按照《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB 32/1072提標(biāo)技術(shù)指引》(2018版)要求對污水處理廠進(jìn)行升級改造。主要提升的指標(biāo)為氮、磷，對氮、磷指標(biāo)的提升宜先進(jìn)行生物強(qiáng)化，后進(jìn)行物化輔助，而常規(guī)的生物強(qiáng)化手段主要為AAO、Bardenpho、Phoredox、UCT、VIP工藝等其他AAO工藝的變形，這些工藝較難同時兼顧生物脫氮和除磷。根據(jù)《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB 32/1072提標(biāo)技術(shù)指引》(2018版)推薦的生物處理主要由預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、消氧區(qū)、后缺氧區(qū)、后好氧區(qū)組成，系統(tǒng)具有獨(dú)立的空間功能分區(qū)，脫氮除磷效果優(yōu)，運(yùn)行模式可調(diào)控。

1 污水處理廠現(xiàn)狀

污水處理廠一期工程設(shè)計規(guī)模為2.0萬m3/d，進(jìn)水中以生活污水為主(70%)，工業(yè)廢水類型主要以機(jī)械加工、電子行業(yè)為主，主體工藝為SBR，出水執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，尾水排入雙涇河，污泥處理采用機(jī)械濃縮,脫水至含水率≤80%后外運(yùn)至專業(yè)公司處置，污水處理廠現(xiàn)狀工藝流程如圖1所示。

圖1 廠區(qū)一期工程現(xiàn)狀工藝流程

污水處理廠現(xiàn)狀主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)如下：水解酸化池采用升流式污泥床型，停留時間為8.1 h；SBR池設(shè)1座，分4組，生物選擇區(qū)停留時間為1.8 h、主反應(yīng)區(qū)停留時間為17.8 h，每天運(yùn)行4個周期，進(jìn)水1.5 h、反應(yīng)2.5 h、沉淀1.0 h、潷水1.0 h；曝氣生物濾池(BAF)設(shè)1座，分4格，表面水力負(fù)荷為4.9 m/h，中間水池有效容積為800 m3，均衡SBR出水并設(shè)3臺潛污泵進(jìn)行提升，提供后續(xù)處理構(gòu)筑物所需水頭。

以污水處理廠近3年實際進(jìn)水中各項指標(biāo)90%涵蓋率為基準(zhǔn)確定進(jìn)水水質(zhì)，污水處理廠現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 現(xiàn)狀污水處理廠近3年的進(jìn)出水水質(zhì)

污水處理廠目前的出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，對比提標(biāo)后的出水標(biāo)準(zhǔn)，CODCr、BOD5、SS、TP這4個指標(biāo)沒有進(jìn)一步提高標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足提標(biāo)后的出水要求，氨氮、TN的達(dá)標(biāo)率分別為97.81%和84.90%，本次提標(biāo)改造主要針對氨氮、TN這兩個指標(biāo)采取相應(yīng)的措施，同時完善廠區(qū)一些設(shè)備設(shè)施。

2 提標(biāo)改造技術(shù)路線

2.1 污水處理廠現(xiàn)狀基本情況

(1)預(yù)處理效果一般，不能為后續(xù)工藝段正常運(yùn)行提供保障

粗格柵進(jìn)水泵房采用傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)式多耙粗格柵，每排耙齒的間距較大，除渣效果較差；細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵，截污效果一般，對廠區(qū)后續(xù)工藝段的正常運(yùn)行帶來一定影響；水解酸化池底泥沉積較嚴(yán)重，排泥不暢，未充分發(fā)揮水解酸化功能。

(2)生化段生物脫氮除磷效果一般

主體工藝SBR池沒有獨(dú)立的厭、缺氧區(qū)，依靠每一格的間歇運(yùn)行在時序上形成厭、缺氧區(qū)，生物脫氮除磷效果一般[3]。在主反應(yīng)投加化學(xué)除磷藥劑聚合氯化鋁(PAC，10%溶液)，藥劑消耗量較大，每天投加量約為2.5 m3。

(3)缺乏有效的深度處理工藝段

深度處理段設(shè)施為BAF工藝，該工藝段處理效果一般，且受前置的生化池出水SS的影響較大，很容易造成濾池配水濾頭堵塞，運(yùn)行不穩(wěn)定，且不能進(jìn)一步進(jìn)行生物脫氮和化學(xué)除磷。

2.2 提標(biāo)改造工作重難點

2.2.1 新標(biāo)準(zhǔn)下各指標(biāo)達(dá)標(biāo)分析

(1)氨氮指標(biāo)目前出水的達(dá)標(biāo)率為97.81%，平均質(zhì)量濃度為2.40 mg/L，處于較低的水平，后期主要通過增大好氧區(qū)活性污泥濃度、提高生物系統(tǒng)的好氧泥齡、提高溶解氧濃度、提高好氧區(qū)水力停留時間等措施來提高系統(tǒng)硝化能力，保證氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)[4]。

(2)TN指標(biāo)目前出水的達(dá)標(biāo)率為84.90%，平均質(zhì)量濃度為12.1 mg/L，距離目標(biāo)水質(zhì)有一定的距離，是本次提標(biāo)改造工作的重點。

(3)TP指標(biāo)目前已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但主要依靠化學(xué)除磷，藥劑投加量較高，結(jié)合本工程生化段和深度處理段的改造，在深度處理段新建高效沉淀池，生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合，降低除磷藥劑的消耗。

(4)優(yōu)化完善廠區(qū)的一些處理設(shè)備，更換粗細(xì)格柵及沉砂設(shè)備，加強(qiáng)現(xiàn)狀水解池排泥并增設(shè)超越管，根據(jù)進(jìn)水CODCr濃度的實際情況決定是否超越水解酸化池，為后續(xù)生化段的高效運(yùn)行創(chuàng)造良好條件?，F(xiàn)狀紫外線消毒效果容易受出水SS及燈管清洗效果的影響，消毒效果不穩(wěn)定，提標(biāo)改造工程將紫外線消毒更換為次氯酸鈉接觸消毒，新建1座接觸消毒池。

(5)根據(jù)廠區(qū)運(yùn)營需求，在工藝流程中增加一些過程儀表為廠區(qū)運(yùn)營提供依據(jù)。

2.2.2 提標(biāo)改造工作重點難點

根據(jù)上述分析，本工程主要的工作重點難點為TN指標(biāo)的有效控制以及深度處理工藝段的加強(qiáng)。

2.3 提標(biāo)改造技術(shù)路線

2.3.1 TN指標(biāo)的去除

(1)進(jìn)一步挖掘現(xiàn)有生物池的處理能力，將現(xiàn)狀一期工程SBR改造為有較強(qiáng)硝化反硝化作用的多級AO池，充分發(fā)揮生化池脫氮除磷作用。

(2)在缺氧區(qū)、后置缺氧區(qū)設(shè)置碳源投加點，當(dāng)進(jìn)水碳源不足時投加外部碳源。

(3)現(xiàn)狀深度處理段的BAF濾料板結(jié)嚴(yán)重，配水配氣不均勻，無法正常運(yùn)行。結(jié)合該實際情況，同時考慮遠(yuǎn)期TN指標(biāo)進(jìn)一步提標(biāo)的可能性，將BAF拆除后新建反硝化深床濾池，生化段出水TN指標(biāo)達(dá)標(biāo)時作為普通濾池運(yùn)行，保障SS提標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，生化段出水TN指標(biāo)不達(dá)標(biāo)時在深床反硝化濾池段投加碳源進(jìn)行深度脫氮。

2.3.2 深度處理的加強(qiáng)

結(jié)合對氮、磷指標(biāo)的進(jìn)一步保障和現(xiàn)狀深度處理設(shè)施的實際運(yùn)行狀況，在二沉池后新建反硝化深床濾池和高效沉淀池深度處理設(shè)施。

2.4 提標(biāo)改造后的工藝流程

提標(biāo)改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 提標(biāo)改造工程工藝流程

3 提標(biāo)改造設(shè)計

3.1 預(yù)處理段

將現(xiàn)狀粗格柵進(jìn)水泵房中傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)式多耙粗格柵更換為新型回轉(zhuǎn)式粗格柵，數(shù)量為2臺,柵寬為1 100 mm,間隙為10 mm;將現(xiàn)狀細(xì)格柵更換為3 mm孔徑的內(nèi)進(jìn)流細(xì)格柵，數(shù)量為2臺,網(wǎng)板寬度為1 200 mm,網(wǎng)孔直徑為3 mm，配套相應(yīng)的反沖洗設(shè)施。

污水處理廠進(jìn)水中有一部分工業(yè)廢水(約占25%)，因此，提標(biāo)改造時恢復(fù)水解酸化池功能。主要改造措施為：池內(nèi)淤泥清淤、更換穿孔排泥管及管路上閥門、更換池內(nèi)填料、在重力排泥管路上增加管道泵提高排泥效果、增加該構(gòu)筑物的超越管路及閥門。為充分利用進(jìn)水中碳源，避免碳源在水解酸化池內(nèi)浪費(fèi)，超越管路根據(jù)進(jìn)水實際B/C的情況使用(大于0.3時可考慮部分或者全部超越水解酸化池)。

3.2 SBR池改造

現(xiàn)狀SBR池1座分4格，單格分為生物選擇區(qū)、反應(yīng)區(qū)、出水區(qū)，單格平面尺寸為82.5 m×39.6 m×5.0 m，平面布置如圖3所示，設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 現(xiàn)狀一期工程SBR池設(shè)計參數(shù)

圖3 現(xiàn)狀一期工程SBR池平面布置

本次提標(biāo)改造工程將現(xiàn)狀SBR池的2格改造成1組多級AO生化池，最終形成2組平行的多級AO生化池。在其中1格池體內(nèi)新建隔墻，形成預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、后缺氧區(qū)、后好氧區(qū)，停留時間分別為1.2、1.5、4.9、1.7、0.5 h，另一格作為主體好氧區(qū)，停留時間為9.8 h。同時，在現(xiàn)狀墻體上新建進(jìn)水分配渠，渠道上設(shè)進(jìn)水分配堰門，使進(jìn)水能同時進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)，根據(jù)生物除磷和脫氮的需求調(diào)配各段的進(jìn)水量，新建硝化液回流管，將主體好氧區(qū)末端硝化液回流至缺氧區(qū)前端。在缺氧區(qū)和后缺氧區(qū)設(shè)置碳源投加點。該工藝中，回流污泥全部進(jìn)入生物池前端預(yù)缺氧區(qū)，污水分多段多點分別進(jìn)入生物池預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)，在生物池內(nèi)形成由高到低的污泥濃度梯度。且生物池內(nèi)各級有機(jī)物分布均勻，處于低碳源狀態(tài)，可最大限度地利用原污水中的碳源進(jìn)行脫氮除磷。好氧區(qū)硝化液直接進(jìn)入后段缺氧區(qū)，減少了內(nèi)回流設(shè)施和動力費(fèi)用，同時全流量的好氧缺氧交替反應(yīng)可合理利用水中碳源和堿度，整體上提高了系統(tǒng)脫氮效率，缺氧好氧交替環(huán)境的存在，有利于菌膠團(tuán)細(xì)菌的生長，抑制絲狀菌的過度生長繁殖，減少污泥膨脹[5]。

由圖4可知，本次SBR改造涉及在現(xiàn)狀池體內(nèi)新建隔墻和渠道，整個池體需要清空后方能實施，需要停產(chǎn)。為了給改造創(chuàng)造實施條件，一部分進(jìn)廠污水在上游泵站進(jìn)行流量分配,將0.5萬m3/d的流量，轉(zhuǎn)輸至其他污水處理廠，根據(jù)污水規(guī)劃，該污水處理廠近期需要擴(kuò)建1.5萬m3/d(已預(yù)留土建)，因此，提標(biāo)改造前完成擴(kuò)建計劃，將1.5萬m3/d的污水轉(zhuǎn)至擴(kuò)建工程。

圖4 SBR池改造后平面布置

3.3 新建配水井、污泥回流泵房及二沉池

為保證生化池出水均勻進(jìn)入后續(xù)2座二沉池及滿足生化系統(tǒng)污泥回流和排放的需求，新建配水井及污泥回流泵房1座、二沉池2座，兩個功能區(qū)組合為一個構(gòu)筑物，污泥回流比為50%～100%，采用周進(jìn)周出式二沉池，單座二沉池直徑為25.0 m，最大時表面負(fù)荷為1.17 m3/(m2·h)。

3.4 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分2組，絮凝劑采用PAC，助凝劑采用聚丙烯酰胺(PAM)，單組集反應(yīng)、澄清、濃縮及污泥回流為一體，分為混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)、沉淀/濃縮區(qū)[6]。通過回流污泥并進(jìn)行加藥，使水中的懸浮物形成大的絮凝體，增大了絮凝體的密度和半徑，增加沉淀速度，沉淀區(qū)上升流速為9.6 m/h，混合時間為50 s，絮凝時間為12 min，污泥回流比為4%～6%。

3.5 反硝化深床濾池

反硝化濾池是集生物脫氮及過濾功能的處理單元,是脫氮及過濾并舉的處理工藝，可按兩種模式運(yùn)行：(1)僅作濾池使用；(2)用作反硝化濾池使用。根據(jù)二沉池出水水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果選擇不同的運(yùn)行模式。提標(biāo)改造工程新建反硝化深床濾池1座，將設(shè)備間、反沖洗廢水池、反沖洗風(fēng)機(jī)房組合成1座構(gòu)筑物，濾池分4格，總過濾面積為156.8 m2，濾速為5.30 m/h，強(qiáng)制濾速為7.07 m/h，水反沖強(qiáng)度為15.0 m/h，空氣反沖強(qiáng)度為92.0 m/h，濾料厚度(不包括承托層)為1.83 m。

3.6 接觸消毒池

新建接觸消毒池1座，有效水深為3.5 m，接觸時間為45 min，采用投加成品次氯酸鈉溶液消毒方式。

3.7 儀表控制

為便于污水處理廠后期全面準(zhǔn)確了解各工藝段運(yùn)行效果，除設(shè)置常規(guī)監(jiān)測儀表外，本次提標(biāo)改造工程在二沉池出水段設(shè)置氨氮、TN、TP、SS、CODCr監(jiān)測儀表，為運(yùn)營單位了解生化段運(yùn)行效果、調(diào)控深度處理的運(yùn)行方式提供依據(jù)。

4 運(yùn)行評價

4.1 提標(biāo)后出水水質(zhì)分析

污水處理廠提標(biāo)改造完成后已有14個月，對近一年的二沉池出水水質(zhì)及污水處理廠總出水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，如表3所示，其中反硝化深床濾池僅在2020年12月1日—2021年3月12日投加碳源作為反硝化深床濾池的模式運(yùn)行，其余時間段僅作為深床濾池模式運(yùn)行。

由表3 可知，污水處理廠目前最終出水穩(wěn)定達(dá)到提標(biāo)后的出水要求，由二沉池出水水質(zhì)可知，氨氮指標(biāo)已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，TN指標(biāo)的平均值、最小值均能達(dá)到提標(biāo)后的要求，僅在少部分時間段不能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，需要依靠后續(xù)的反硝化深床濾池深度脫氮后達(dá)標(biāo)，對比表1現(xiàn)狀污水處理廠出水水質(zhì)TN、氨氮指標(biāo)有明顯下降，說明生化系統(tǒng)生物脫氮和硝化能力較好。二沉池出水CODCr、BOD5在大部分時間段能達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)，但是最終出水想穩(wěn)定達(dá)標(biāo)需要進(jìn)一步的混凝沉淀過濾。二沉池出水SS、TP指標(biāo)距離目標(biāo)水質(zhì)有一定距離，生物除磷效果一般，需要進(jìn)一步的化學(xué)除磷才能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，SS需要進(jìn)一步的混凝沉淀過濾才能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

表3 污水處理廠提標(biāo)改造后出水水質(zhì)

4.2 工程投資及效益分析

工程總投資為5 056.04萬元，工程直接費(fèi)用為4 021.53萬元，單位處理費(fèi)用由1.03元/m3增加至1.48元/m3,增加總處理費(fèi)用為0.45元/m3。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)改造后二沉池出水與改造前污水處理廠出水水質(zhì)氨氮、TN指標(biāo)的對比分析，SBR工藝改造為多級AO工藝，生化系統(tǒng)生物脫氮硝化功能明顯增強(qiáng)。

(2)對主體工藝進(jìn)行改造時，大部分情況下會影響廠區(qū)的正常生產(chǎn)，因此，提標(biāo)改造工程的實施需要與區(qū)域污水調(diào)配或者與廠區(qū)的擴(kuò)建相配合，為提標(biāo)改造工程的實施創(chuàng)造條件。

(3)太湖流域內(nèi)某污水處理廠將SBR工藝改造為多級AO工藝，深度處理工藝為高效沉淀池+反硝化濾池+接觸消毒池，出水實際運(yùn)行結(jié)果表明，處理出水滿足《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。