中科成污水處理廠升級改造工程方案與分析

楊飛，張鄧霖

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東　青島　210008）

中科成污水處理廠升級改造工程方案與分析

楊飛，張鄧霖

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東青島210008）

針對污水處理廠進(jìn)水受工業(yè)廢水影響導(dǎo)致CODCr難去除的問題，通過現(xiàn)場中試，提出增加活性砂過濾-臭氧接觸氧化的深度處理工藝，可將出水水質(zhì)由GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)提高到一級A標(biāo)準(zhǔn)。重點(diǎn)介紹了升級改造工程方案設(shè)計(jì)，給出了設(shè)計(jì)參數(shù)及投資運(yùn)行成本。

升級改造；深度處理；海藻生產(chǎn)廢水；活性砂過濾；臭氧接觸氧化

中科成污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為15萬m3/d，占地約為14.65 ha，總投資為1.33億，采用BOT運(yùn)營模式，分3期建設(shè)，處理工藝相同，采用預(yù)處理-A2O-高效沉淀池工藝?，F(xiàn)狀設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)DB 37/676—2007《山東省半島流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求改造后出水水質(zhì)滿足GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

該廠進(jìn)水中工業(yè)廢水的比例為60%～70%，其中海藻生產(chǎn)企業(yè)廢水比例較大，與常規(guī)城鎮(zhèn)污水廠［1］（主要是生活污水）水質(zhì)特性不同。分析現(xiàn)狀，研究這部分工業(yè)廢水的性質(zhì)及影響，在充分利用現(xiàn)狀處理設(shè)施的基礎(chǔ)上，同時新增深度處理單元進(jìn)行升級改造。

1　設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

現(xiàn)狀實(shí)際出水水質(zhì)及本次升級改造出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表1。由表1可見，現(xiàn)狀污水處理效果較好，BOD5、TN和NH3-N指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，只有CODCr、SS和TP需要通過升級改造進(jìn)一步去除。TP超標(biāo)部分可通過在現(xiàn)狀高效沉淀池加藥去除，因此，升級改造工程處理的重點(diǎn)為CODCr和SS的去除。

2　現(xiàn)狀及改造要求

2.1現(xiàn)狀分析

現(xiàn)狀一期、二期和三期工程污水處理工藝相同，處理工藝流程見圖1。

現(xiàn)狀工藝采用的是比較常規(guī)的城市污水處理廠處理工藝，各處理單元的設(shè)計(jì)負(fù)荷比較保守。初沉池停留時間約2.5 h，對SS和有機(jī)物的去除效果較好，可以減輕后續(xù)生物處理段負(fù)荷；A2O生化池停留時間大于23 h，氣水比為10∶1，時間較長，生物反應(yīng)較充分；二沉池表面水力負(fù)荷約為1.3 m3/（m2·h），水深4.5 m；高效沉淀池總反應(yīng)時間約為17min。近2年的實(shí)際進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)中CODCr濃度超設(shè)計(jì)值的概率達(dá)80%，有時SS濃度翻倍，而實(shí)際出水指標(biāo)能夠穩(wěn)定地達(dá)到GB 18918—2002一級B標(biāo)準(zhǔn)。這些都?xì)w功于上述處理單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得其具備了很好的抗沖擊負(fù)荷能力。

表1　實(shí)測進(jìn)、出水水質(zhì)及本設(shè)計(jì)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.1　Dates of measured inf1uent and eff1uent water qua1ity and design eff1uent water qua1ity

圖1　現(xiàn)狀工藝流程Fig.1　Current process f1ow

現(xiàn)有工藝對有機(jī)物、SS及NH3-N的去除效果能夠滿足本次升級改造前端處理的要求，對CODCr的去除率約為93%～97%，基本無改造提升的空間。另外在現(xiàn)場做了A2O-MBBR工藝試驗(yàn)［2-3］，試驗(yàn)出水CODCr平均質(zhì)量濃度約為78mg/L，現(xiàn)狀A(yù)2O-二沉池工藝出水CODCr平均質(zhì)量濃度約為80mg/L，兩者相差僅為2mg/L，效果并不明顯，進(jìn)一步證明現(xiàn)狀生化單元的處理效果很好，因此認(rèn)為現(xiàn)狀一、二級處理工藝是合適的，升級改造工程中不再進(jìn)行改造。

2.2升級改造的難點(diǎn)分析

分析進(jìn)、出水CODCr指標(biāo)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

（1）進(jìn)水中工業(yè)廢水量較大，造成CODCr濃度波動較大，遠(yuǎn)高于常規(guī)城市污水廠。區(qū)域內(nèi)有多家海藻生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)廢水最終都通過市政污水管網(wǎng)收集后進(jìn)入中科成污水廠統(tǒng)一處理。海藻生產(chǎn)廢水中含有大量海藻酸鹽［4］，由于其親水性及膠凝性的特點(diǎn)，需考慮其對CODCr進(jìn)一步去除的影響，因此在升級改造中CODCr的去除將成為難點(diǎn)。

根據(jù)國內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，常規(guī)城市污水廠進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度一般為400～500mg/L，青島市區(qū)內(nèi)城市污水廠進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度一般為700～800mg/L。該廠設(shè)計(jì)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為900mg/L，且實(shí)際進(jìn)水CODCr濃度多數(shù)高于設(shè)計(jì)值（高峰時可達(dá)到2 000～3 600mg/L），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)指標(biāo)，可見進(jìn)水中工業(yè)廢水的影響較大，且成分較復(fù)雜，沒有規(guī)律可循。

（2）出水CODCr濃度波動較小，CODCr去除效果較好，出水CODCr與進(jìn)水CODCr濃度無必然聯(lián)系。實(shí)測數(shù)據(jù)表明，不論進(jìn)水條件好壞，現(xiàn)有工藝能較好地將進(jìn)水CODCr中可生物降解的部分進(jìn)行降解，生物段的處理效果較好。

（3）出水CODCr主要為難生物降解有機(jī)成分，其質(zhì)量濃度為40～56mg/L，而BOD5的質(zhì)量濃度為2.8～5.3mg/L，BOD5與CODCr的質(zhì)量比為0.070～0.095，剩余CODCr為難生物降解有機(jī)物。

2.3存在問題及改造要求

（1）污水廠出水水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不能滿足新的要求，需要進(jìn)行提標(biāo)改造。

（2）實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)高于原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，且受海藻生產(chǎn)廢水的影響，改造難度大。

（3）二期生物池部分曝氣設(shè)備及管道破損，需要進(jìn)行放空檢修。但實(shí)際周邊管井內(nèi)水位降不到原設(shè)計(jì)底板以下，無法實(shí)現(xiàn)二期生物池放空檢修，需對生物池抗浮進(jìn)行改造。

（4）脫水機(jī)房處理能力不足［5］，有時出現(xiàn)跑泥現(xiàn)象，增加深度處理后污泥總量會增加，需增加脫水機(jī)滿足污泥處理需求。

3　試驗(yàn)研究及工藝選擇

城市污水廠升級改造采用的工藝［6］主要有混凝沉淀-過濾工藝、膜過濾、化學(xué)氧化法和活性炭吸附法。統(tǒng)計(jì)表明，目前，大部分新建或改擴(kuò)建污水處理廠在深度處理階段采用混凝沉淀-過濾工藝，該工藝較成熟，且日常維護(hù)管理方便。當(dāng)對出水有特殊要求時，部分污水處理廠采用孔徑為0.1 μm的中空纖維膜，通過膜的過濾作用，使出水部分指標(biāo)優(yōu)于GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，但存在膜污染、膜更換的問題，投資及運(yùn)行成本大?；瘜W(xué)氧化法一般用于難降解的高濃度有機(jī)廢水。活性炭具有吸附性，在吸附過程中色散作用是決定因素，對芳香族化合物效果明顯，因吸附飽和后需要再生或更換，且其吸附效率、再生條件以及材料的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命等方面不理想，所以應(yīng)用價值還待研究。

就上述升級改造采用的工藝而言都能夠滿足本次升級改造的要求，但鑒于該項(xiàng)目規(guī)模（15萬m3/ d）較大，且水質(zhì)比較特殊，國內(nèi)沒有可參考的工程實(shí)例，因此，為確保出水達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時滿足業(yè)主、運(yùn)營方等的相關(guān)要求，現(xiàn)場進(jìn)行了砂濾、膜過濾和臭氧氧化的中試試驗(yàn)。通過試驗(yàn)研究，結(jié)合現(xiàn)狀污水處理情況確定升級改造工藝方案。

3.1試驗(yàn)研究

試驗(yàn)裝置進(jìn)水來自現(xiàn)狀高效沉淀池出水，相關(guān)試驗(yàn)內(nèi)容主要包括砂濾試驗(yàn)、膜過濾試驗(yàn)、臭氧試驗(yàn)。

3.1.1砂濾試驗(yàn)

活性砂濾池中試規(guī)模為100 m3/d。砂濾的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，砂濾對出水中CODCr的去除效果有限，約為4%～5%，且存在不穩(wěn)定現(xiàn)象?？梢娛Ｓ郈ODCr中的有機(jī)物主要是溶解性有機(jī)物，簡單的物化、生化法很難將這部分有機(jī)物去除。

3.1.2膜過濾試驗(yàn)

膜過濾試驗(yàn)分2個階段進(jìn)行，即超濾（0.1 μm）和反滲透。超濾試驗(yàn)表明超濾膜對剩余CODCr的去除效果不明顯，與砂濾效果相當(dāng)。反滲透可以使這部分CODCr去除率達(dá)到89%～98%，效果較明顯。膜過濾試驗(yàn)進(jìn)一步證明了該部分溶解性的CODCr多數(shù)為小分子有機(jī)物［7］，超濾對其基本沒有截留作用，因此單純從截留的角度考慮，要想截留掉這部分CODCr，就需要膜的孔徑足夠小。

3.1.3臭氧試驗(yàn)

氧化塔直徑為600 mm，高度為6 m，流量為3 m3/h，配套100 g/h臭氧發(fā)生器1臺。試驗(yàn)結(jié)果表明，臭氧投加量在20mg/L，停留時間為30min時，出水CODCr平均質(zhì)量濃度在42mg/L左右，CODCr平均去除率達(dá)24.4%；臭氧投加量達(dá)到25mg/L后，部分水樣短時間發(fā)紅，表明臭氧投加過量。另外，停留時間為1 h時，試驗(yàn)結(jié)果反而不好。可見控制好臭氧投加量及接觸時間對于反應(yīng)效果至關(guān)重要。

3.2工藝選擇

本次升級改造工程污水處理的重點(diǎn)為 SS、CODCr的去除，其中CODCr的去除是個難點(diǎn)。針對這個特點(diǎn)，通過現(xiàn)狀分析及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果分析，可以得出：單純的過濾不能滿足CODCr的達(dá)標(biāo)排放要求，但對TP有一定的保障作用，因此認(rèn)為本次升級改造中過濾單元是必要的；在工藝選擇時，除了過濾以外，還需要配套其它工藝處理單元，方能使出水穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場中試試驗(yàn)結(jié)果表明，反滲透和臭氧氧化工藝均可以滿足設(shè)計(jì)要求。因此，本次升級改造工藝路線分2條：路線1，采用砂濾與臭氧氧化相結(jié)合的方案；路線2，采用部分反滲透與現(xiàn)狀出水摻混方案?？紤]到濃水問題及運(yùn)行成本，綜合比較而言，認(rèn)為路線1對進(jìn)水水質(zhì)要求比較寬松，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，能更好地適應(yīng)本工程現(xiàn)狀水質(zhì)的特點(diǎn)以及場地條件，最終確定采用砂濾-臭氧接觸氧化工藝。

4　工藝設(shè)計(jì)

升級改造工程規(guī)模為15萬m3/d，總變化系數(shù)K為1.3?，F(xiàn)狀高密度沉淀池出水經(jīng)提升后進(jìn)入活性砂濾池過濾，再經(jīng)臭氧接觸池、新建出水明渠后通過現(xiàn)有排海管線進(jìn)行深海排放。

（1）二級提升泵房。利用現(xiàn)有排海泵房進(jìn)行改造，平面尺寸為12.8 m×10 m，新設(shè)5臺水泵，4用1備。單泵流量為2 031 m3/h，揚(yáng)程為7 m（調(diào)節(jié)范圍為5.1～7.5 m），采用變頻調(diào)速的潛污泵。

（2）活性砂濾池。新建活性砂濾池1座，粒徑范圍為1.2～2.0 mm，砂床高度為2 m，洗砂廢水排放量小于總進(jìn)水量的8%～10%，配套活性砂過濾器140套，單套過濾面積為6 m2，平均濾速為7.4 m/h。

（3）空壓機(jī)房。利用現(xiàn)有加氯間改造，平面尺寸為12.4 m×10.3 m，新設(shè)3臺空壓機(jī)，2用1備。單臺流量為13.6 m3/min，壓力為0.75 MPa，配套儲氣罐2臺。

（4）臭氧接觸池。新建臭氧接觸池1座，受到廠區(qū)用地的限制，該池同時兼做消毒池，平面尺寸為99.7 m×8.3 m，水深為6.5 m，接觸時間為44min。配套臭氧投加系統(tǒng)1套，臭氧投加量為20mg/L；尾氣破壞器4臺。

（5）臭氧發(fā)生間。新建臭氧發(fā)生間，平面尺寸為25.2 m×11.4 m，新設(shè)4臺臭氧發(fā)生器，3用1備。單臺發(fā)生能力為40kg/h。

（6）脫水機(jī)房。升級改造后產(chǎn)生的泥量較現(xiàn)狀增加0.8%，考慮到整個污泥系統(tǒng)及脫水機(jī)的穩(wěn)定性，本次改造增加1臺脫水機(jī)，處理能力為40～60 m3/h。

（7）二期生物池改造。二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為4萬m3/d，生物池原設(shè)計(jì)平面尺寸為104.0 m×74.0 m，有效水深為6.0 m，停留時間約為27 h。為了解決在放空情況下的抗浮問題，在池底采用混凝土壓重，預(yù)制帶有吊鉤的C20混凝土壓重塊，塊體尺寸為1.2 m×1.2 m×0.6 m，池底擺滿預(yù)制塊后，抽空池水，在預(yù)制塊頂層澆筑10 cm厚C30混凝土，安裝新的盤式曝氣器。改造后停留時間變?yōu)?4 h，可以滿足工藝要求。

5　結(jié)語

（1）針對有特殊工業(yè)廢水混入的城市污水處理廠，其處理工藝的選擇應(yīng)慎重，前期需要有充分的調(diào)研分析，并借鑒類似的工程實(shí)例，必要時進(jìn)行試驗(yàn)研究確定處理方案。

（2）中科成污水廠升級改造深度處理采用活性砂濾池-臭氧接觸氧化工藝，對污水中難降解的、溶解性的小分子有機(jī)物有較好的去除效果。

（3）臭氧接觸氧化工藝耗電量較大，結(jié)合實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)變化規(guī)律，設(shè)計(jì)時在砂濾前、后均設(shè)置了超越管線，通過閥門控制實(shí)現(xiàn)砂濾和臭氧接觸池有機(jī)組合，合理調(diào)整臭氧投加量，減少藥耗、電耗，降低成本。

［1］張自杰，林榮忱，金儒霖，等.排水工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

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Scheme and analysis of upgrading reconstruction project of Zhongkecheng wastewater treatment plant

YANG Fei，ZHANG Deng-1in
（Qingdao Municipal Engineering Design Research Institute Co.，Ltd.，Qingdao 210008，China）

In view of the prob1em that as affected by industria1 wastewater，CODCrin the inf1uent water of wastewater treatment p1ant was hard to be removed，a site pi1ot sca1e test was carried out.It was pointed out that，adding activated carbon fi1tration-ozone cata1ytic oxidation advanced treatment techno1ogy cou1d improve the eff1uent water qua1ity and then upgrade the sewage discharge standard of the p1ant from the grade 1 1eve1 B to the grade 1 1eve1 A of GB 18918—2002 Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant. The scheme design of the said upgrading reconstruction project was introduced emphatica11y with the design parameters and investment operating costs provided at the same time.

upgrading reconstruction；advanced treatment；seaweed production wastewater；activated sand fi1tration；ozone cata1ytic oxidation

X505；X703.1

B

1009-2455（2016）03-0066-04

楊飛（1982-），女，山東日照人，工程師，碩士研究生，主要從事排水工程設(shè)計(jì)，（電子信箱）yangfei4321@163.com。

2016-03-14（修回稿）