汪啟光

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

曝氣生物濾池是將生物接觸氧化與過濾原理相結(jié)合的污水處理工藝[1]，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜作為處理介質(zhì)[2]，在同一個反應器內(nèi)實現(xiàn)生物氧化與固液分離功能[3]。該工藝具備優(yōu)良的過濾吸附作用，以占地面積少、流程簡單、處理效率高著稱[4]。在國內(nèi)已建的數(shù)十座曝氣生物濾池工藝污水處理廠中，沈陽仙女河污水處理廠在處理規(guī)模上首屈一指，達到40 萬m3/d[5]。由于建設時間較早，該廠出水水質(zhì)已無法滿足國家現(xiàn)行標準，亟待提標改造；同時本工程還存在用地緊張、需要不停產(chǎn)施工等難點。

本文通過對沈陽仙女河污水處理廠提標改造工程的介紹，旨在為類似污水處理廠的設計提供借鑒。

1 工程概況

1.1 污水處理廠現(xiàn)況

仙女河污水處理廠位于沈陽市于洪區(qū)，現(xiàn)狀總處理規(guī)模為40 萬m3/d，服務范圍總面積為44 km2，服務人口近80 萬。該廠分2 期建設，1 期規(guī)模20 萬m3/d，于2003 年底建成投產(chǎn)；2 期規(guī)模20 萬m3/d，于2005 年底建成投產(chǎn)。該廠現(xiàn)狀生物處理工藝采用曝氣生物濾池工藝，處理后的達標尾水排入細河。

仙女河污水處理廠提標改造前的實際進出水水質(zhì)見表1。表1 中：CODcr為化學需氧量；BOD5為5日生物需氧量；SS 為懸浮物含量；NH3-N 為氨氮含量；TN 為總氮含量；TP 為總磷含量。由表1 可見，該廠出水水質(zhì)已達到原設計要求，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的二級標準。根據(jù)遼寧省政府保護渾河流域生態(tài)環(huán)境的戰(zhàn)略目標，該廠出水標準須提高至一級A 標準。顯然，該廠實際出水水質(zhì)的各項指標均與一級A 標準有一定差距。

表1 仙女河污水處理廠提標改造前實際進出水水質(zhì) 單位：mg/L

1.2 工程難點

（1）建設用地極為緊張。仙女河污水處理廠地處沈陽市中心區(qū)域，現(xiàn)狀廠區(qū)占地面積約6.59 hm2，加上廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地0.62 hm2，合計為7.21 hm2?，F(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)部用地基本飽和，本工程的建設除利用新劃撥用地外，還需要通過拆除廠前區(qū)現(xiàn)狀建筑進行用地挖潛，為新建構(gòu)筑物提供用地。

（2）不停產(chǎn)施工的要求。仙女河污水處理廠不具備將現(xiàn)狀處理污水量全部轉(zhuǎn)輸至其他廠的條件，為避免環(huán)境風險，環(huán)保部門要求本工程在提標改造過程中不得出現(xiàn)長時間的停產(chǎn)、減產(chǎn)。為此，在對廠內(nèi)原有處理構(gòu)筑物實施改造，并新增處理構(gòu)筑物的同時，需要建設應急處理系統(tǒng)，在總體工藝改造期間對進水進行達標處理。

2 工藝方案

2.1 總體工藝改造方案

仙女河污水處理廠處理對象為以生活污水為主的典型城市污水，現(xiàn)狀運行基本正常，但出水水質(zhì)各項指標均與一級A 標準有一定差距，需要通過進一步處理以滿足提標要求。此外，由于原設計執(zhí)行的二級標準對總氮（TN）指標無要求，現(xiàn)狀廠內(nèi)采用的二級曝氣生物濾池工藝不具備反硝化功能，如何通過反硝化生物脫氮來實現(xiàn)TN 達標，是本次提標改造的重點。

總體工藝改造思路為：進一步提高生物處理系統(tǒng)對有機物及氨氮的處理效果；對現(xiàn)狀生物處理系統(tǒng)進行改造使其具備反硝化功能；通過新增深度處理系統(tǒng)來加強對懸浮物和總磷的去除。

總體工藝改造方案由預處理、生物處理、深度處理系統(tǒng)組成。

2.1.1 預處理系統(tǒng)

對1 期、2 期預處理構(gòu)筑物進行改造利用，包括粗格柵、進水泵房、細格柵、高密度沉淀池。

2.1.2 生物處理系統(tǒng)

為強化反硝化生物脫氮，將現(xiàn)狀二級曝氣生物濾池改造為帶反硝化功能的三級生物濾池，即“前置反硝化生物濾池+ 曝氣生物濾池+ 后置反硝化生物濾池”。

前置反硝化生物濾池：將1 期、2 期第一級曝氣生物濾池改造為前置反硝化生物濾池，1 期、2 期前置反硝化生物濾池處理水量分別按18 萬m3/d、22 萬m3/d（不含回流硝化液）進行分配，使2 組濾池水力負荷（濾速）基本一致。

曝氣生物濾池：在保留利用1 期、2 期第二級曝氣生物濾池的基礎上，新建1 組曝氣生物濾池以保證好氧段對有機物、氨氮的有效處理；1 期、2 期、新建曝氣生物濾池處理水量分別按11 萬m3/d、12 萬m3/d、17 萬m3/d（不含回流硝化液）進行分配，使3 組濾池水力負荷（濾速）基本一致。

后置反硝化生物濾池：新建后置反硝化生物濾池，對曝氣生物濾池出水進行進一步脫氮處理。

2.1.3 深度處理系統(tǒng)

三級生物濾池出水需要進一步去除總磷及懸浮物，本工程深度處理工藝采用了投加介質(zhì)的改良型高效沉淀池——加砂沉淀池，在保證處理效果的前提下提高表面負荷以節(jié)約用地。出水經(jīng)紫外線消毒，達到一級A 標準后排放。

總體工藝改造流程見圖1。

圖1 總體工藝改造流程

2.2 應急處理工藝方案

本工程應急處理系統(tǒng)建設用地為廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地，由于用地面積僅0.62 hm2，不具備生物處理工藝的用地條件，應急處理工藝原則上采用一級強化物化法工藝。本工程應急處理采用了與深度處理相同的加砂沉淀池工藝，兼顧處理效果和節(jié)約用地兩方面的要求，同時也便于生產(chǎn)管理。

應急處理工藝流程見圖2。

圖2 應急處理工藝流程

在污水處理廠總體工藝改造期間，進水經(jīng)過應急處理系統(tǒng)所包含的粗格柵、進水泵房、細格柵、曝氣沉砂池、加砂沉淀池，出水達到目前執(zhí)行的二級標準后排放。

2.3 用地布局方案

1 期改造片區(qū)、2 期改造片區(qū)位于現(xiàn)狀廠區(qū)中部，包含1 期、2 期保留利用的預處理及生物處理構(gòu)筑物。

新建片區(qū)由現(xiàn)狀廠區(qū)南部的廠前區(qū)和北部的污泥處理區(qū)組成：拆除現(xiàn)狀廠前區(qū)的變電所、鍋爐房、綜合樓、宿舍樓、消毒池，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污水處理構(gòu)筑物以及廠區(qū)生產(chǎn)管理建筑，主要包括曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池、加砂沉淀池、紫外線消毒渠、巴氏計量槽及回用水泵池、反沖洗鼓風機房及除臭間、加藥間及換熱站、1#綜合樓、2# 綜合樓、變電所；污泥處理區(qū)拆除現(xiàn)狀污泥堆棚、污泥轉(zhuǎn)運棚，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污泥脫水間、污泥料倉間。

應急片區(qū)為現(xiàn)狀廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地，布置應急處理系統(tǒng)所包含的預處理構(gòu)筑物、加砂沉淀池、加藥間、巴氏計量槽及提升泵池。

提標改造工程平面布置見圖3。

圖3 提標改造工程平面布置

3 主要構(gòu)筑物工藝設計

3.1 1 期生物濾池改造

已建1 期生物濾池共2 座，每座含12 格一級濾池、12 格二級濾池。通過運行模式的調(diào)整，將第一級曝氣生物濾池調(diào)整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設計規(guī)模為18 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為36 萬m3/d；部分分流至新建區(qū)后，曝氣生物濾池設計規(guī)模為11 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為22 萬m3/d。

為滿足提標要求，濾料及濾池內(nèi)的濾梁、濾板、承托層需進行更換，并對現(xiàn)有曝氣風機、反沖洗風機、反沖洗水泵、反沖洗排水泵進行更換。

3.2 2 期生物濾池改造

已建2 期生物濾池1 座，含16 格一級濾池、16格二級濾池。通過運行模式的調(diào)整，將第一級曝氣生物濾池調(diào)整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設計規(guī)模為22 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為44 萬m3/d；部分分流至新建區(qū)后，曝氣生物濾池設計規(guī)模為12 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為24 萬m3/d。

土建及設備改造內(nèi)容與1 期濾池類似。

3.3 新建曝氣生物濾池

新建的曝氣生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構(gòu)筑物。上層為濾池，分為24 格，設計規(guī)模為17 萬m3/d，考慮硝化液回流后的實際進水量為34 萬m3/d；下層為中途提升泵、硝化液回流泵、反沖洗泵共用的調(diào)蓄池，上層濾池處理后的出水直接進入調(diào)蓄池，由承擔不同功能的泵組轉(zhuǎn)輸。

3.4 新建后置反硝化生物濾池

新建的后置反硝化生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構(gòu)筑物。上層為濾池，分為14 格，設計規(guī)模為40 萬m3/d；下層為反沖洗廢水池，用于接納新建曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池反沖洗廢水，經(jīng)反沖洗排水泵轉(zhuǎn)輸至應急區(qū)預處理構(gòu)筑物。

現(xiàn)狀濾池改造、新建濾池設計工藝參數(shù)見表2。

表2 濾池設計工藝參數(shù)

3.5 加砂沉淀池

新建片區(qū)與應急片區(qū)各建設加砂沉淀池1 座，布置形式和設計參數(shù)基本相同。加砂沉淀池設計規(guī)模為40 萬m3/d，分為4 組，每組由快混池、絮凝池、斜管沉淀池組成，沉淀池表面負荷為27.1 m3/（m2·h）。附屬機器間內(nèi)設有微砂循環(huán)泵，沉淀池底混合微砂的污泥經(jīng)微砂循環(huán)泵提升后，由水力旋流器分離，微砂回流至絮凝池，剩余污泥排至污泥處理系統(tǒng)。

4 提標改造效果

項目總投資為人民幣64727.29 萬元。提標改造完成后，全廠單位處理耗電量為0.80（kW·h）/t，單位處理成本為1.64 元/ t，單位經(jīng)營成本為1.23 元/t。

本工程于2018 年4 月開工建設，于2018 年12月通水試運行。通過合理組織分階段實施方案，提標改造建設過程實現(xiàn)了不停產(chǎn)施工、不降低排放標準的預期目標。完成調(diào)試和試運行階段后，項目于2021 年6 月正式驗收。項目驗收運行至今，其實際進出水水質(zhì)如表3 所示。由表3 可見，提標改造后，該廠出水水質(zhì)達到了一級A 標準，環(huán)境效益顯著。

表3 提標改造完成后的實際出水水質(zhì) 單位：mg/L

提標改造完成后，整套處理工藝自動化程度高，可靠性好，運行管理便捷。此外，本項目建設的應急處理系統(tǒng)在完成改造期處理任務后，繼續(xù)保留利用，承擔全廠改造、新建生物濾池反沖洗廢水的旁路處理，解決了大水量、高濃度反沖洗廢水的沖擊問題，使全廠的運行條件得到了極大改善。

5 結(jié)語

在沈陽仙女河污水處理廠的提標改造工程中，在全廠用地僅有7.21 hm2的條件下，將現(xiàn)狀二級曝氣生物濾池改造成了帶反硝化功能的三級生物濾池，并采用加砂沉淀池作為深度處理單元，使其出水水質(zhì)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的二級標準提高至一級A 標準；同時通過建設應急處理系統(tǒng)，合理組織分階段實施方案，實現(xiàn)了提標改造工程不停產(chǎn)施工、不降低排放標準的預期目標。