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（1.天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300392；2.天津市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市 300392）

0 引言

為響應(yīng)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32/1072—2018）標(biāo)準(zhǔn)，江蘇省某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠啟動(dòng)提標(biāo)工作，該污水廠目前的出水標(biāo)準(zhǔn)為《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)，此次提標(biāo)要求TN 和NH3-N 達(dá)到地標(biāo)的太湖地區(qū)其他地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。而且該鄉(xiāng)鎮(zhèn)正在提升污水接管率，處理量會(huì)增加，因此擴(kuò)建和提標(biāo)同時(shí)進(jìn)行。

1 工程概況

江蘇某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模為20000 m3/d，現(xiàn)狀處理規(guī)模為5000 m3/d，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）一級A 標(biāo)準(zhǔn)。主體采用“厭氧池+新型三槽式氧化溝+活性砂濾池+紫外線消毒”工藝，污泥采用“污泥濃縮+帶式濃縮脫水+污泥外運(yùn)”工藝。

1.1 污水處理廠現(xiàn)狀

粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池、污泥脫水機(jī)房的土建均按2 萬m3/d 規(guī)模建成，設(shè)備安裝1 萬m3/d 規(guī)模；已建三槽式氧化溝處理能力為5000 m3/d，正常運(yùn)行；活性砂濾池堵塞嚴(yán)重，運(yùn)行效果不佳；出水主要污染物指標(biāo)除SS 外，COD、TN、TP和NH3-N 等基本滿足一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 提標(biāo)擴(kuò)建面臨的難點(diǎn)

土地制約：工程要求在規(guī)劃紅線內(nèi)進(jìn)行，處理能力達(dá)到目前的4 倍，該污水處理廠占地面積約2.79 hm2，而預(yù)留用地面積緊張，僅約9500 m2。如何解決用地緊張與擴(kuò)容之間的矛盾是面對的首要問題，必須考慮現(xiàn)有設(shè)施的擴(kuò)容。

現(xiàn)有設(shè)施的利用：要充分考慮現(xiàn)有設(shè)施的處理特點(diǎn)和利用價(jià)值，挖掘處理潛力，盡量使新老設(shè)施形成良性有機(jī)整體[1]。

水量分配：在污水處理廠改擴(kuò)建過程中，根據(jù)不同工藝流程和系列進(jìn)行準(zhǔn)確合理配水十分重要。本項(xiàng)目為節(jié)省投資，預(yù)處理單元不進(jìn)行改造，總圖管線盡量利用現(xiàn)狀，而新建設(shè)施和現(xiàn)有設(shè)施無法實(shí)現(xiàn)對稱布置，導(dǎo)致兩個(gè)系列的各單體之間水頭損失不一致。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體情況選取管道配水、閘門配水、堰配水或者水泵配水等[2]。

工藝選擇：綜合分析現(xiàn)狀運(yùn)行出現(xiàn)的問題，結(jié)合提標(biāo)擴(kuò)建目標(biāo)，保障生化處理段的脫氮能力，強(qiáng)化深度處理段的除磷、除SS。因此提標(biāo)工藝的選取要在統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有設(shè)施處理潛力的基礎(chǔ)上，選擇土地利用率高、運(yùn)行穩(wěn)定、處理效果好，管理簡單、減少工程投資及運(yùn)行成本的工藝。

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水廠現(xiàn)狀進(jìn)水全部為生活污水，預(yù)測遠(yuǎn)期工業(yè)廢水量約占16%。生活污水水質(zhì)參照近年實(shí)際水質(zhì)數(shù)據(jù)，工業(yè)廢水須經(jīng)企業(yè)預(yù)處理達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）才能排放；設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)采用加權(quán)平均方法確定。

出水水質(zhì)同時(shí)執(zhí)行《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)和《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32/1072—2018）中的表2 標(biāo)準(zhǔn)。本工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)單位：mg/L

表2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)單位：mg/L

進(jìn)水BOD5/CODcr=0.5，屬于易生物降解污水；進(jìn)水BOD5/TN=3.75，針對DB32/1072—2018 太湖地區(qū)其他區(qū)域排放限值，出水TN 存在一定的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行外部碳源投加；進(jìn)水BOD5/TP=27.3，只采用生物除磷工藝不能夠確保出水TP≤0.5 mg/L，需要增加化學(xué)除磷。

3 技術(shù)路線

3.1 生化段工藝選擇

現(xiàn)狀生化采用三槽式氧化溝，平面尺寸84 m×40 m，占地3360 m2，有效水深3.5 m，有效容積9810 m3，處理能力5000 m3/d。三槽式氧化溝雖然具有抗沖擊能力強(qiáng)，不需要另加沉淀池和污泥回流系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，但是占地面積大，池容利用率不高等缺點(diǎn)不容忽視。本項(xiàng)目預(yù)留用地有限，不適宜采用氧化溝工藝。結(jié)合提標(biāo)重點(diǎn)為TN 和NH3-N，需要加強(qiáng)脫氮。在多模式A2O 工藝中，微生物由回流污泥提供，硝態(tài)氮由回流污泥和混合液內(nèi)回流提供，碳源由原污水提供，厭缺氧條件由運(yùn)行工況提供，獨(dú)立的功能分區(qū)能實(shí)現(xiàn)污染物的強(qiáng)化去除，具有運(yùn)行穩(wěn)定、靈活和可靠的保障[3]。

綜合分析已建三槽式氧化溝，具有池容大的特點(diǎn)，為擴(kuò)容提供了條件，考慮到節(jié)省投資、挖掘潛能，可以將氧化溝改造為A2O 工藝，處理能力能提高到1 萬m3/d 以上，同時(shí)新建一座處理規(guī)模1 萬m3/d 的A2O 生化池。改造和新建規(guī)模相同，便于配水均勻及相互檢修。

3.2 深度處理工藝選擇

深度處理段要加強(qiáng)除磷和SS，決定采用混合+絮凝+ 沉淀+ 過濾工藝。機(jī)械攪拌快速混合的效果好，調(diào)速電機(jī)可隨水量變化而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?？紤]到常年運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別污水廠運(yùn)行管理部門的維修能力，本工程水力絮凝池采用波形板絮凝池。沉淀段采用側(cè)向流斜板沉淀池，首端配水，末端出水，很容易實(shí)現(xiàn)均勻配水和均勻出水；水在池中水平流動(dòng)，完成沉淀過程之前不改變水流方向；絮凝體顆粒隨水流水平移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行垂直沉降，沉淀過程不受擾動(dòng)，水力條件比較理想，出水水質(zhì)容易得到保證。過濾段采用占地省、水頭損失少、出水水質(zhì)較好、處理成本低的纖維轉(zhuǎn)盤濾池，作為出水前的最后一道保障措施。

3.3 工藝流程

提標(biāo)擴(kuò)建工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

4 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)規(guī)模2.0 萬m3/d，總變化系數(shù)1.49，設(shè)計(jì)為兩個(gè)系列。預(yù)處理和污泥處理系統(tǒng)土建規(guī)模已經(jīng)建成，需要增加設(shè)備即可。

4.1 生化處理系統(tǒng)

現(xiàn)狀預(yù)處理總出水管道DN700，現(xiàn)狀生化系統(tǒng)進(jìn)水管道DN600，設(shè)有閥門井，預(yù)留DN600 管頭。結(jié)合現(xiàn)狀，新建和改造生化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模相同，分別在總管和新建生化池進(jìn)水管上設(shè)置流量計(jì)指導(dǎo)水量分配。

（1）新建生物反應(yīng)池

新建一座AAO 生物池，設(shè)計(jì)流量1.0 萬m3/d，變化系數(shù)1.2，L×B×H=47.1 m×29.1 m×7 m，有效水深6 m，設(shè)計(jì)水溫12℃，污泥產(chǎn)率系數(shù)1.02 kgSS/kgBOD，污泥負(fù)荷0.065 kgBOD/kgMLSS.d，污泥濃度MLSS=3.5 g/L，污泥齡16.5 d，總停留時(shí)間HRT=17.1 h；預(yù)缺氧區(qū)停留時(shí)間0.88 h，有效容積369 m3；厭氧區(qū)停留時(shí)間1.5 h，有效容積626 m3；缺氧區(qū)停留時(shí)間5.00 h，有效容積2088 m3；兼氧區(qū)停留時(shí)間0.77 h，有效容積300 m3；好氧區(qū)停留時(shí)間8.9 h，有效容積3800 m3。最大內(nèi)回流比300%，最大污泥回流比100%，剩余污泥量1450 kgSS/d。曝氣設(shè)備氧利用率20%，最大氣水比6∶1。進(jìn)水點(diǎn)設(shè)置在預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)和缺氧區(qū)，外回流污泥回流至預(yù)缺氧區(qū)，硝化液回流點(diǎn)設(shè)置在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)。在根據(jù)不同進(jìn)水水質(zhì)，不同季節(jié)情況下，生物脫氮和生物除磷所需碳源的變化，調(diào)節(jié)分配至缺氧段和厭氧段的進(jìn)水比例，反硝化作用能夠得到有效保證。

（2）改造生物反應(yīng)池

本次改造現(xiàn)狀三槽式氧化溝，改為缺氧池和好氧池，與現(xiàn)狀厭氧池組成AAO 工藝。缺氧區(qū)保留原來完全混合式的池型，好氧區(qū)為推流式。由于氧化溝的池深較淺，采用轉(zhuǎn)刷曝氣會(huì)快速降低水溫，不利于冬季脫氮，所以曝氣形式宜改為底部曝氣。增加混合液內(nèi)回流。

設(shè)計(jì)流量1.0 萬m3/d，變化系數(shù)1.2，L×B×H=81.35 m×38.45 m×4.0 m，有效水深3.5 m，設(shè)計(jì)水溫12℃，污泥產(chǎn)率系數(shù)1.01 kgSS/kgBOD，污泥負(fù)荷0.058 kgBOD/kgMLSS.d，污泥濃度MLSS=3.0 g/L，污泥齡18.5 d，總停留時(shí)間HRT=22.9 h。缺氧區(qū)停留時(shí)間6.1 h，有效容積2575 m3；兼氧區(qū)停留時(shí)間3.4 h，有效容積1420 m3；好氧區(qū)停留時(shí)間13.4 h，有效容積5580 m3。最大內(nèi)回流比300%，最大污泥回流比100%，剩余污泥量1550 kgSS/d，曝氣設(shè)備氧利用率15%，最大氣水比：7.9∶1。

生化池碳源不足時(shí)，考慮投加乙酸鈉補(bǔ)充，需要外加碳源去除的TN 最高為5 mg/L。

（3）二沉池

采用圓形周進(jìn)周出二沉池，它的主要特點(diǎn)是克服了中心進(jìn)水周邊出水沉淀池由于異重流造成短路的弊病，池容的利用率顯著提高，處理相同水量需池容較小，從而節(jié)省占地和工程造價(jià)。

設(shè)計(jì)流量2.0 萬m3/d，變化系數(shù)1.49，2 座，可單獨(dú)運(yùn)行。單座內(nèi)徑28 m，池邊水深4.25 m，高日高時(shí)表面負(fù)荷1.01 m3/m2·h，均日表面負(fù)荷0.68 m3/m2·h。

（4）二沉池配水井和污泥泵房

考慮到兩座二沉池配水均勻且可相互檢修，設(shè)置二沉池配水井，該構(gòu)筑物外壁內(nèi)直徑11.0 m，H=5.9 m。可通過操作二沉池配水井中的2 套手動(dòng)可調(diào)堰來調(diào)整各二沉池的進(jìn)水量。

從二沉池排出的污泥進(jìn)入污泥泵池，一部分污泥回流至AAO 反應(yīng)池，污泥回流比50%～100%，另一部分污泥作為剩余污泥排至污泥勻質(zhì)池?；亓魑勰嗖捎梅茄蜎]堰配水分別回流至新建和改造生化池。

（5）鼓風(fēng)機(jī)房

原改進(jìn)型三槽式氧化溝采用轉(zhuǎn)刷曝氣，沒有鼓風(fēng)機(jī)房。故本次新建鼓風(fēng)機(jī)房一座，土建及設(shè)備按2.0 萬m3/d 規(guī)模，分別為改造的生物反應(yīng)池和新建的生物反應(yīng)池供氧氣。改造生物反應(yīng)池：選用3 臺(tái)空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，2 用1 備，Q=30 Nm3/min，P=45 kPa，N=38 kW，變頻。新建生物反應(yīng)池：選用2 臺(tái)空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，1 用1 備，Q=50 Nm3/min，P=70 kPa，N=75 kW。

4.2 深度處理系統(tǒng)

（1）混合反應(yīng)沉淀池

設(shè)計(jì)流量2.0 萬m3/d，變化系數(shù)1.49，中間提升泵房與混合反應(yīng)沉淀池合建，提升泵選用大泵和小泵組合方式，大泵1 用1 備，小泵2 用，變頻，適應(yīng)水量逐漸增加。大泵參數(shù)Q=620 m3/h，H=5.0 m，N=22 kW，小泵Q=310 m3/h，H=5.0 m，N=11 kW。

混合反應(yīng)沉淀池1 座，分2 格，可單獨(dú)運(yùn)行；L×B×H=44.35 m×16.7 m×6.25 m。混合池1 座，有效池容22.16 m3，停留時(shí)間64.2 s。絮凝池總停留時(shí)間24 min，一級波形板絮凝池有效池容44.1 m3，停留時(shí)間4.26 min，波形板波高50 mm，波長500 mm，波峰間距30 mm，波谷間距230 mm；二級波形板絮凝池有效池容77.4 m3，停留時(shí)間7.58 min，波形板波高50 mm，波長500 mm，波峰間距40 mm，波谷間距240 mm；三級波形板絮凝池有效池容126.2 m3，停留時(shí)間12.2 min，波形板波高50 mm，波長500 mm，波峰間距60 mm，波谷間距260 mm；絮凝區(qū)底部設(shè)穿孔排泥管。斜板沉淀池表面負(fù)荷8.62 m3/（m2·h），沉淀池波形斜板箱4 組，每組長度6 m，垂直高度3.3 m，斜板傾角60°，斜板間距70 mm，沉淀區(qū)設(shè)鋼絲繩牽引刮泥機(jī)；沉淀區(qū)進(jìn)水出水均設(shè)置配水花墻，出水通過集水槽和出水堰版收集。PAC 投加量30 mg/L，PAM 投加量0～1 mg/L

（2）纖維轉(zhuǎn)盤濾池

拆除現(xiàn)狀活性砂濾池，改建纖維轉(zhuǎn)盤濾池。設(shè)計(jì)流量2.0 萬m3/d，變化系數(shù)1.49；1 座，分2 格，可單獨(dú)運(yùn)行。濾池尺寸L×B×H=12.8 m×8.6 m×4.7 m，平均設(shè)計(jì)濾速5.51 m3/（m2·h），高日高時(shí)設(shè)計(jì)濾速8.21 m3/（m2·h），濾盤直徑3 m，濾盤數(shù)量12 個(gè)，過濾網(wǎng)孔孔徑不大于5 μm，平面過濾介質(zhì)抗拉強(qiáng)度不小于600 N/cm2，單盤有效過濾面積12.6 m2，總有效過濾面積151.2 m2，反沖洗水量1%～3%。

（3）次氯酸鈉消毒池

新建次氯酸鈉消毒池，取代現(xiàn)狀紫外消毒池，對出水進(jìn)行加氯消毒，保證出水糞大腸桿菌菌群達(dá)標(biāo)。1 座，分兩格，可單獨(dú)運(yùn)行，L × B × H=23.8 m×12.8 m×4.5 m，有效水深3.8 m，高日高時(shí)接觸消毒時(shí)間37.38 min，平均日接觸消毒時(shí)間55.7 min，有效氯投加量10 mg/L。

5 運(yùn)行效果

工程建成后2021 年的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，進(jìn)水指標(biāo)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，出水指標(biāo)均達(dá)到了《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)準(zhǔn)和《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》（DB32/1072—2018）太湖地區(qū)其他地區(qū)限值，其中TN 和NH3-N 出水值明顯優(yōu)于設(shè)計(jì)值，總體運(yùn)行情況良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

6 結(jié)語

針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別污水處理廠的提標(biāo)擴(kuò)建，本工程克服用地緊張的不利條件，采用多模式AAO 的生化工藝加強(qiáng)脫氮，深度處理段采用混合/波形板絮凝/側(cè)向流斜板沉淀/ 纖維轉(zhuǎn)盤過濾保證TP 和SS 的去除，出水采用次氯酸鈉消毒。整個(gè)工藝流程土地利用率高、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行成本低、適合鄉(xiāng)鎮(zhèn)級管理維護(hù)，可供類似項(xiàng)目參考。