山西省某污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)踐

李和林， 陳凡陣

(天津市華博水務(wù)有限公司， 天津 300040)

作為水資源較為匱乏的省份，山西省近年來(lái)持續(xù)加強(qiáng)水污染防治工作，保護(hù)和改善水生態(tài)環(huán)境。2018年5月24日，山西省人民政府發(fā)布《山西省水污染防治2018年行動(dòng)計(jì)劃》，要求加強(qiáng)城鎮(zhèn)生活污水處理廠污染治理，其中汾河、桑干河流域現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠需提高CODCr、NH3-N、TP這3項(xiàng)主要污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步明確新的污染物排放要求，發(fā)布了《山西省污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 14/1928—2019)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)新地標(biāo))。新地標(biāo)要求生活污水排入Ⅱ～Ⅴ類(lèi)水環(huán)境功能區(qū)時(shí)，CODCr、NH3-N、TP應(yīng)達(dá)到生活污水水污染物排放限值要求。山西省某污水處理廠位于汾河流域中游，在提標(biāo)改造要求范圍內(nèi)。

此外，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，很多污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)、水量也較設(shè)計(jì)之初有了較大變化，原有工藝已不能適應(yīng)新的處理要求，開(kāi)展有針對(duì)性的提標(biāo)改造已成為區(qū)域內(nèi)污水處理廠的必然選擇。筆者以該污水處理廠提標(biāo)改造工程為例，介紹了其工藝選擇和實(shí)施情況，并對(duì)運(yùn)行效果進(jìn)行了分析與總結(jié)。

1 原工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行狀況

1.1 進(jìn)出水水質(zhì)

該污水處理廠分兩期建設(shè)，于2010年8月全部建成投產(chǎn)。

污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3/d，處理對(duì)象為區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)污水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Designed quality of influent

設(shè)計(jì)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 原工藝流程

污水處理廠原設(shè)計(jì)主體流程采用“預(yù)處理+調(diào)節(jié)池+CASS生化反應(yīng)池+二次提升+混凝沉淀+砂濾+消毒”工藝，污泥處理采用“濃縮+帶式脫水”工藝。提標(biāo)改造前的工藝流程如圖1所示。

圖1 提標(biāo)改造前的工藝流程Fig.1 Flow chart before upgrading

1.3 實(shí)際運(yùn)行狀況

該污水處理廠的水量、水質(zhì)較投入運(yùn)行初期已有較大的變化。水量方面，受當(dāng)?shù)厣盍?xí)慣影響，用水時(shí)間集中，集水區(qū)域西高東低且坡度較大，管網(wǎng)水量調(diào)節(jié)能力不足，導(dǎo)致污水量晝夜變化較大，對(duì)CASS工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性造成較大沖擊。水質(zhì)方面，實(shí)際進(jìn)水的多項(xiàng)指標(biāo)高于原設(shè)計(jì)值，且波動(dòng)較大。在水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，其現(xiàn)有工藝能將進(jìn)水處理至滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但工藝的抗沖擊負(fù)荷能力較弱，面臨較大的水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力。

2 提標(biāo)改造工程實(shí)施方案

2.1 提標(biāo)改造要求

2.1.1 提標(biāo)改造規(guī)模

該污水處理廠設(shè)計(jì)提標(biāo)改造后的處理規(guī)模仍為3×104m3/d。

2.1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)狀況，并與當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)充分溝通，確定提標(biāo)改造的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)計(jì)出水中CODCr、NH3-N、TP指標(biāo)按新排放要求執(zhí)行，即執(zhí)行新地標(biāo)的相關(guān)要求，其余指標(biāo)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)的主要進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.2 Design quality of influent and effluent after upgrading

2.2 提標(biāo)改造基本條件

2.2.1 提標(biāo)改造用地

提標(biāo)改造不新增建設(shè)用地，通過(guò)使用廠內(nèi)少量剩余空地以及拆除原有建構(gòu)筑物來(lái)實(shí)施，施工用地緊張，作業(yè)面狹小。

2.2.2 提標(biāo)過(guò)程中不能停運(yùn)

根據(jù)要求，項(xiàng)目在提標(biāo)改造期間仍需保證進(jìn)廠污水的處理。因此，改造時(shí)必須選擇分批實(shí)施改造，避免生產(chǎn)運(yùn)行中斷。尤其是生化反應(yīng)池的改造，只能每次選擇2組CASS池，分批次完成提標(biāo)改造。分批改造雖可保障設(shè)施對(duì)進(jìn)水的處理，但也給提標(biāo)改造的施工組織和生產(chǎn)調(diào)度帶來(lái)了極大困難。

2.2.3 有效施工期短

提標(biāo)改造項(xiàng)目于2018年6月啟動(dòng)，2018年10月完成前期各項(xiàng)工作。提標(biāo)改造施工要求在2019年8月底前完成，期間還包括冬季因素影響施工作業(yè)，因此工程的有效施工期短。

2.2.4 利用現(xiàn)有建構(gòu)筑物

污水處理廠原有工藝設(shè)施較為完整，提標(biāo)改造主要針對(duì)CODCr、NH3-N、TP。因此，需充分研究改造方案，盡可能保留利用原有建、構(gòu)筑物，減少新建或改造工程量，在水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放的前提下，合理降低工程造價(jià)，壓縮提標(biāo)改造時(shí)間。

2.3 工藝方案選擇原則

① 工藝應(yīng)滿足提標(biāo)改造進(jìn)、出水水質(zhì)的要求，且適應(yīng)污水量變化和水質(zhì)沖擊負(fù)荷的影響。

② 具有較高的自動(dòng)控制水平，安全性能高。

③ 投資少、耗能低、運(yùn)行成本低，流程緊湊、占地少。

④ 便于管理、運(yùn)行，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

⑤ 盡量利用現(xiàn)有設(shè)施，減少拆改。

⑥ 施工期間除臨時(shí)管線切改外，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.4 工藝實(shí)施方案

通過(guò)詳細(xì)復(fù)核各處理單元，結(jié)合提標(biāo)要求和項(xiàng)目現(xiàn)狀，確定提標(biāo)改造方案如下：

① 由于外管網(wǎng)的改造，現(xiàn)有的粗格柵泵站不能滿足新要求。拆除原粗格柵和泵站后新建，并新增1座調(diào)節(jié)池。

② 將8組CASS池改造為4組生化池，采用改良Bardenpho工藝。

③ 增加碳源溶藥投加系統(tǒng)。

④ 加高中間提升泵站，增加緩沖容量。

⑤ 新建二次沉淀池。

⑥ 結(jié)合工藝改造需求，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行改造。

⑦ 當(dāng)?shù)靥盥褚笪勰嗪蔬_(dá)到60%，對(duì)污泥脫水車(chē)間進(jìn)行相應(yīng)改造。

提標(biāo)改造工藝流程見(jiàn)圖2。

2.4.1 預(yù)處理單元

因城市管網(wǎng)改造使進(jìn)水管道埋深增加，提標(biāo)改造對(duì)原粗格柵、提升泵站進(jìn)行了拆除和改建。為減少進(jìn)水量晝夜變化大對(duì)工藝運(yùn)行的沖擊，新增調(diào)節(jié)池1座，以均衡處理水量。調(diào)節(jié)池尺寸為50.0 m×20.4 m×4.8 m，有效水深為4.2 m，設(shè)置于提升泵站后，在池底鋪設(shè)穿孔管，采用壓縮空氣攪拌。細(xì)格柵和旋流沉砂池不做調(diào)整。

圖2 提標(biāo)改造工藝流程Fig.2 Flow chart of the upgrading process

2.4.2 生化池改造

Bardenpho工藝具有較高的脫氮除磷效果，可高效利用進(jìn)水有機(jī)物和外加碳源，完成反硝化脫氮，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于城市污水處理廠提標(biāo)改造中[1-2]。為了使除磷效果更為理想，在傳統(tǒng)Bardenpho工藝缺氧段前增設(shè)厭氧池，將污泥回流至厭氧池以保證磷的釋放，構(gòu)成改良型Bardenpho工藝[3]。經(jīng)綜合分析對(duì)比，生化池改造主體采用改良型Bardenpho工藝，并在進(jìn)水方式、功能區(qū)設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化。

現(xiàn)有的8組CASS池分2期建設(shè)，池體尺寸略有差別，1期4組CASS池每組尺寸為40.0 m×15.0 m×6.0 m，2期4組CASS池每組尺寸為44.0 m×15.0 m×6.0 m。具體措施如下：

① 拆除原CASS池選擇區(qū)、缺氧區(qū)隔墻和潷水器等設(shè)施。原CASS池內(nèi)的曝氣設(shè)施可適當(dāng)保留，將改造后的好氧區(qū)布置于原曝氣區(qū)，并通過(guò)重新設(shè)置分隔墻，對(duì)原CASS池進(jìn)行布置和連通，滿足改良型Bardenpho工藝各反應(yīng)區(qū)的功能要求。在2個(gè)缺氧池后端設(shè)置過(guò)渡段，過(guò)渡段內(nèi)設(shè)置曝氣設(shè)施和攪拌器，可根據(jù)水質(zhì)或運(yùn)行情況調(diào)整缺氧/好氧的停留時(shí)間。

② 為了提高脫氮效率和碳源利用效率，在好氧池末端設(shè)置脫氣區(qū)，并在厭氧池前端分隔出預(yù)缺氧池。在脫氣區(qū)設(shè)置回流泵，將少量混合液回流至預(yù)缺氧區(qū)，實(shí)現(xiàn)缺氧區(qū)池容和進(jìn)水碳源的最大化利用[4]。

③ 分段進(jìn)水生物脫氮工藝可以強(qiáng)化硝酸鹽氮反硝化，提高對(duì)氮的去除率[5]。工藝中設(shè)置多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)位，并采用分段進(jìn)水方式，將進(jìn)水以6 ∶3 ∶1的比例分別進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)、預(yù)缺氧區(qū)、脫氣區(qū)。

④ 在前好氧區(qū)末端設(shè)置回流泵，將混合液回流至前缺氧區(qū)。同時(shí)，在前缺氧區(qū)、后缺氧區(qū)分別設(shè)置碳源投加點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)TN的有效去除。

⑤ 提標(biāo)改造后，原1期4組CASS池改造為2座改良Bardenpho生化池，每座尺寸為40.0 m×30.0 m×6.0 m；2期4組CASS池改造為2座改良Bardenpho生化池，每座尺寸為44.0 m×30.0 m×6.0 m。

⑥ 對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)房，經(jīng)核算若將原鼓風(fēng)系統(tǒng)直接用于新的工藝系統(tǒng)，能耗效益較差。提標(biāo)改造中更換為3臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，2用1備。

生化池提標(biāo)改造前后對(duì)比如圖3所示。

圖3 生化池提標(biāo)改造前后對(duì)比Fig.3 Comparison before and after upgrading of biochemical tank

2.4.3 新建平流式二沉池

CASS工藝未單獨(dú)設(shè)置固液分離設(shè)施，在改造生化池時(shí)，需新建二沉池以實(shí)現(xiàn)生化池所排出的泥水混合液的分離，完成上清液排放、污泥回流和剩余污泥排出。

拆除原廠內(nèi)倉(cāng)庫(kù)并利用廠區(qū)空地，建設(shè)2座半地下式鋼筋混凝土平流式二沉池，每座設(shè)2池。單座尺寸為44.4 m×19.5 m×4.2 m，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為1.0 m3/(m2·h)，每池設(shè)置1套非金屬鏈條刮泥機(jī)。

2.4.4 加藥設(shè)施

采用液體混凝除磷藥劑，新建2個(gè)體積為30 m3的儲(chǔ)藥罐，藥劑用罐車(chē)運(yùn)送。藥劑加入儲(chǔ)藥罐后，通過(guò)計(jì)量泵向混合池投加。將原加藥間改造為碳源配制、投加車(chē)間，為生化池提供外加乙酸鈉碳源。

2.4.5 中間提升泵站

原構(gòu)筑物為地下式鋼筋混凝土水池，用以實(shí)現(xiàn)二次提升，緩沖調(diào)節(jié)深度處理車(chē)間的進(jìn)水流量。由于受原CASS工藝潷水器排水高程限制，中間提升泵站有效水深為3.0 m，調(diào)節(jié)能力較小。在原有中間提升泵站基礎(chǔ)上進(jìn)行2.0 m增高施工，改造后的尺寸為15.0 m×10.0 m×7.0 m，設(shè)置4臺(tái)潛水提升泵，3用1備。提標(biāo)改造不僅有助于增加緩沖調(diào)節(jié)容積，還可降低二次提升高程，減少能耗。

2.4.6 污泥脫水車(chē)間

為實(shí)現(xiàn)剩余污泥、沉淀化學(xué)污泥脫水，且含水率達(dá)到60%以下，更換原有的污泥脫水車(chē)間帶式壓濾脫水設(shè)備。采用2臺(tái)液壓隔膜壓濾脫水機(jī)，并對(duì)配套加藥、進(jìn)泥設(shè)施進(jìn)行改造。

3 工程實(shí)施效果

該污水處理廠提標(biāo)改造工程于2018年10月開(kāi)工，2019年8月工程竣工并進(jìn)入試運(yùn)行階段。隨后投入正式運(yùn)行，提標(biāo)改造后的污水處理廠其出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到新地標(biāo)排放要求，如表3所示。

表3 提標(biāo)改造后的出水水質(zhì)Tab.3 Quality of effluent after upgrading and renovation mg·L-1

實(shí)踐表明，CASS工藝可有效改造為改良Bardenpho工藝，在充分利用原有構(gòu)筑物的情況下，通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)和布置，既可節(jié)省工程建設(shè)占地和投資，又能實(shí)現(xiàn)改造后設(shè)施處理能力的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)CODCr、NH3-N、TN等污染物的高效去除，滿足提標(biāo)改造要求。

4 結(jié)論

① 提標(biāo)改造項(xiàng)目實(shí)施后的運(yùn)行效果表明，選用的工藝流程可行，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP等均達(dá)到了處理要求。

② 提標(biāo)改造盡可能保留與利用了原有構(gòu)建筑物，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)，從而在污水處理不中斷的前提下，加快施工建設(shè)進(jìn)度，減少工程建設(shè)總投資。

③ 改良型Bardenpho工藝對(duì)NH3-N、TN的去除效果良好，采用多點(diǎn)進(jìn)水、預(yù)缺氧區(qū)、脫氣區(qū)等設(shè)計(jì)也有助于提高碳源的利用效率，降低運(yùn)行藥劑成本。

④ 從總體上看，提標(biāo)改造工程從工藝技術(shù)方案、工程實(shí)施到系統(tǒng)達(dá)標(biāo)運(yùn)行等多方面，都達(dá)到了提標(biāo)改造的預(yù)期目標(biāo)。