北方某大型市政污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)踐

麻 倩

(北京恩菲環(huán)保股份有限公司， 北京 100038)

0 前言

北方某污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20×104m3/d，占地面積約16.14 hm2。該工程始建于2013年，采用“AAO+二沉池+混合反應(yīng)沉淀池+V型濾池”工藝，原設(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)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)當(dāng)?shù)厮廴痉乐晤I(lǐng)導(dǎo)小組文件，要求在2020年年底前，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施外排污水的化學(xué)需氧量、氨氮、總磷三項(xiàng)指標(biāo)滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的V類水體標(biāo)準(zhǔn)，其余水質(zhì)指標(biāo)仍執(zhí)行國標(biāo)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。因出水標(biāo)準(zhǔn)提高，原設(shè)計(jì)無法滿足要求，為此對(duì)污水廠進(jìn)行提標(biāo)改造。以該廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)為例，從工藝設(shè)計(jì)、新舊工程結(jié)合、改造后的運(yùn)行效果等幾個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行探討。

1 改造前工程概況

1.1 實(shí)際處理水量及進(jìn)、出水水質(zhì)

該廠原設(shè)計(jì)總規(guī)模20×104m3/d，目前已滿負(fù)荷運(yùn)行。為保證設(shè)計(jì)滿足新出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)改造前實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行了分析，提標(biāo)前、后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及提標(biāo)前實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)情況見表1。

由表1可看出:1)該廠95%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)均已超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，即使是85%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水，其SS、NH3-N、TN、TP指標(biāo)也不同程度超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水。因此結(jié)合近年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，確定了本次提標(biāo)改造工程的設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)；2)雖然實(shí)際進(jìn)水指標(biāo)超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，但就95%覆蓋率實(shí)際出水指標(biāo)而言，原設(shè)計(jì)抗波動(dòng)能力較強(qiáng)；對(duì)比提標(biāo)前、后出水指標(biāo)，NH3-N、TP兩項(xiàng)指標(biāo)需重點(diǎn)關(guān)注。

表1 提標(biāo)前后實(shí)際與設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

1.2 改造前工藝流程

改造前工藝流程如圖1所示。

圖1 改造前污水處理廠工藝流程圖

污水處理主體工藝為“預(yù)處理+AAO+混凝過濾”。AAO總水力停留時(shí)間19.6 h，泥齡20 d，污泥負(fù)荷0.077 kgBOD/kgMLSS?；炷磻?yīng)池水力停留時(shí)間28 min，斜板沉淀清水區(qū)上升流速1.8 mm/s。V型濾池最大流量濾速6.4 m/h，強(qiáng)制濾速6.8 m/h。鼓風(fēng)機(jī)房配套滿足20×104m3/d規(guī)模，風(fēng)機(jī)形式為多級(jí)離心，單臺(tái)風(fēng)量195 m3/min，共6臺(tái)。

2 提標(biāo)改造方案分析

本項(xiàng)目在可利用占地面積有限、實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)、并盡可能減弱改造工程對(duì)污水處理廠正常運(yùn)行造成的影響的情況下，主要面臨出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的問題，同時(shí)還應(yīng)核算因進(jìn)、出水水質(zhì)的變化對(duì)曝氣系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)帶來的影響。

1)經(jīng)對(duì)比實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)與設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，需重點(diǎn)關(guān)注的污染物指標(biāo)為氨氮含量。該廠改造前出水氨氮含量無法滿足新出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。以該廠95%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)、提標(biāo)改造后設(shè)計(jì)出水水質(zhì)核算現(xiàn)有生化池的情況，總池容及各區(qū)水力停留時(shí)間不滿足要求?；诖?，為實(shí)現(xiàn)氨氮的達(dá)標(biāo)排放，可采用的措施主要有：①擴(kuò)建生物池，增加原有生物池有效池容；②新建曝氣生物濾池，將部分氨氮的去除“后置”；③在現(xiàn)有生物池池體內(nèi)投加填料，將原AAO工藝改造為MBBR工藝。

MBBR工藝中的填料具有較大比表面積，為微生物提供了良好的生長繁殖環(huán)境，生長在填料上的微生物泥齡長，不受水力停留時(shí)間的影響，有利于世代時(shí)間較長的硝化菌生長繁殖，增強(qiáng)系統(tǒng)的硝化能力，從而提高氨氮的去除率[1]，故針對(duì)出水的氨氮達(dá)標(biāo)提高，可采用MBBR工藝[2]。此外，前兩個(gè)措施涉及新建土建設(shè)施，具有工期較長、工程投資較高、水力高程相對(duì)復(fù)雜、占用未來可能的再次提標(biāo)用地等缺點(diǎn)，而將原AAO工藝改造為MBBR工藝施可實(shí)現(xiàn)不停水改造[3]。綜上，MBBR工藝對(duì)污水處理廠正常運(yùn)行帶來的影響最小，是反應(yīng)器升級(jí)改造的較優(yōu)選擇[4-5]。

另外，需要進(jìn)一步提高生物系統(tǒng)反硝化脫氮能力，為TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供保障。結(jié)合工程實(shí)際，基于提高原二級(jí)處理系統(tǒng)脫氮除磷能力以及節(jié)約碳源的目的，在核算總水力停留時(shí)間的基礎(chǔ)上，通過對(duì)原有生化系統(tǒng)重新分區(qū)，將其改造為五段式AO工藝，強(qiáng)化生物脫氮效果[6]。

2)基于以上生化池的主體工藝改造思路，經(jīng)核算，原有曝氣系統(tǒng)和回流系統(tǒng)無法滿足要求，故需對(duì)原有曝氣系統(tǒng)、內(nèi)回流系統(tǒng)做相應(yīng)改造。

3)結(jié)合該廠95%覆蓋率實(shí)際出水TP指標(biāo)、原有工藝路線和工藝參數(shù)，TP的達(dá)標(biāo)壓力不大，僅需在實(shí)際運(yùn)行中合理控制加藥量即可，增加的單位成本基本可以忽略[7]。

4)由表1可知，實(shí)際進(jìn)水SS、CODCr、TN、TP等指標(biāo)超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際進(jìn)水統(tǒng)計(jì)調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，重點(diǎn)核算生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

5)改造前該廠污泥脫水系統(tǒng)已超負(fù)荷運(yùn)行，結(jié)合本次新的出水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)核算，原有污泥脫水系統(tǒng)處理能力偏低，無法滿足要求，需對(duì)污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造。

3 改擴(kuò)建工程工藝設(shè)計(jì)

3.1 改擴(kuò)建工程工藝流程

經(jīng)上述方案分析，改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 污水處理廠提標(biāo)改造后工藝流程圖

3.2 主要改造建構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 生物池

本次改造保持原生化池厭氧區(qū)、回流污泥及反硝化區(qū)、缺氧區(qū)的原狀和功能，原好氧區(qū)前3條廊道仍作為好氧區(qū)，將第4條廊道大部分改造為后置缺氧區(qū)，該條廊道剩余部分改造為后置好氧區(qū)。在劃分后的好氧區(qū)前2條廊道內(nèi)投加填料，提高容積負(fù)荷，并于第2條廊道末端設(shè)攔截篩網(wǎng)，于前兩條廊道內(nèi)道間隔墻增開過水洞，增設(shè)曝氣系統(tǒng)與攪拌裝置等輔助流化設(shè)施，保證填料總體處于循環(huán)流態(tài)，提高填料與水流的有效接觸反應(yīng)時(shí)間。改造后碳源可投加于后置缺氧區(qū)，提高碳源利用率。同時(shí)，因功能區(qū)的重新劃分，需對(duì)內(nèi)回流點(diǎn)做出相應(yīng)調(diào)整，將其改至改造后的好氧區(qū)末端。

改造后的生化池預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后置缺氧區(qū)、后置好氧區(qū)的水力停留時(shí)間分別為1.6 h、1.6 h、6.1 h、7.7 h、2.1 h和0.5 h。設(shè)計(jì)氣水比7.8，設(shè)計(jì)污泥濃度4～4.5 g/L(不含填料換算污泥濃度)，設(shè)計(jì)內(nèi)回流比200%，外回流比100%。以好氧區(qū)計(jì)填料投加比為17%，填料有效生物膜面積8.8×106m2，有效比表面積800 m2/m3。新增填料區(qū)專用攪拌器8臺(tái)，單臺(tái)功率5.6 kW，新增后缺氧區(qū)攪拌器16臺(tái)，單臺(tái)功率3.5 kW。新增MBBR工藝配套不銹鋼粗孔曝氣管16套，新增微孔曝氣盤2 800套(單盤通量4 m3/h，Φ268 mm)。新增出水填料攔截裝置4套(b=3 mm，Φ16 mm)，配套自清洗系統(tǒng)。

3.2.2 鼓風(fēng)機(jī)房

原有6臺(tái)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)目前工況良好，本次改造予以保留。因氣水比由原設(shè)計(jì)的6.9增大至7.8，且原有鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)已無空間增加風(fēng)機(jī)，在原鼓風(fēng)機(jī)房旁另新建鼓風(fēng)機(jī)房。新建鼓風(fēng)機(jī)房尺寸為18 m×15 m×8 m，設(shè)3個(gè)機(jī)位，暫新增2臺(tái)空氣懸浮式鼓風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)量225 m3/min，風(fēng)壓H=7.5 mH2O，N=330 kW。改造后共8臺(tái)風(fēng)機(jī)，6用2備。

3.2.3 污泥脫水機(jī)房

因現(xiàn)實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)較原設(shè)計(jì)發(fā)生較大變化(提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)泥量較原設(shè)計(jì)多16tDS/d)，原設(shè)計(jì)污泥脫水系統(tǒng)已滿負(fù)荷運(yùn)行，本次另新建污泥脫水機(jī)房，尺寸為30 m×17.4 m×10 m。另外，考慮到除臭要求及占地緊張等因素，本次脫水機(jī)形式采用離心脫水機(jī)，新建脫水機(jī)房內(nèi)設(shè)3個(gè)機(jī)位，暫新增2臺(tái)離心機(jī)及其配套進(jìn)泥泵、切割機(jī)、加藥設(shè)備等，單臺(tái)離心機(jī)進(jìn)泥量75 m3/h，設(shè)計(jì)污泥含固率2%，主機(jī)功率110 kW，輔機(jī)功率30 kW，轉(zhuǎn)鼓直徑670 mm，長徑比4.0。

4 運(yùn)行效果

經(jīng)改造后1年的滿負(fù)荷運(yùn)行，生化池MBBR填料的流化狀態(tài)和掛膜情況均十分良好，出水水質(zhì)全面、穩(wěn)定達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。該廠近1年實(shí)際出水水質(zhì)見表2。

由表2并結(jié)合表1可看出：1)氨氮去除率由改造前的96.5%提高到99.0%，95%覆蓋率實(shí)際出水的氨氮含量由改造前的3.9 mg/L降低為改造后的1.1 mg/L，達(dá)到了改造目標(biāo)；在冬季，出水氨氮均值由改造前的1.5 mg/L降低為改造后的0.35 mg/L，證明了工藝的抗沖擊性較強(qiáng)；改造前冬季出水的氨氮含量均值與95%覆蓋率出水的氨氮含量相差2.1 mg/L，改造后兩者差值僅為0.75 mg/L，證明了工藝的穩(wěn)定性； MBBR工藝在提升系統(tǒng)氨氮處理能力方面的效果達(dá)到了設(shè)計(jì)目的；2)CODCr、BOD、SS、TP這四項(xiàng)指標(biāo)改造后去除率與改造前去除率相差無幾，一方面是由于這幾項(xiàng)指標(biāo)在改造前基本滿足設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，并非本次改造所重點(diǎn)針對(duì)的指標(biāo)，另外這幾項(xiàng)指標(biāo)是滿足出水達(dá)標(biāo)排放并考慮進(jìn)水中各污染物組分等前提下污水廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的“平衡點(diǎn)”；3)TN去除率雖由改造前的86.6%略降低至改造后的84.3%，但改造后較改造前節(jié)約了碳源投加量約25 mg/L(30%液體乙酸鈉計(jì))，這得益于五段式AO工藝較高的脫氮效率，活性污泥段強(qiáng)化了總氮的去除[8]。

表2 改造前、后實(shí)際出水水質(zhì)對(duì)比

5 工程特點(diǎn)

1)通過提前預(yù)制安裝攔截系統(tǒng)和MBBR填料模塊，創(chuàng)新采用水下設(shè)備安裝及混凝土切割手段，合理安排施工計(jì)劃、采用合理施工措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠不停水改造。本項(xiàng)目主體工程施工周期僅約3個(gè)月，改造期間該廠基本未發(fā)生減產(chǎn)。

2)在不新建二級(jí)處理工藝或深度處理工藝土建設(shè)施的情況下，通過充分挖潛原有生化池并對(duì)其進(jìn)行合理化改造，強(qiáng)化其脫氮除磷能力，減少新增占地，在保證出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，節(jié)省運(yùn)行成本。

3)在原生化池好氧區(qū)投加填料時(shí)，在投加填料的兩條廊道內(nèi)道間隔墻增開過水洞，采用填料區(qū)專用攪拌器，在保證填料優(yōu)化的前提下避免填料和攪拌器互相破壞；采用專用填料攔截篩網(wǎng)并配套清洗設(shè)施，有效避免填料區(qū)填料流失或在篩網(wǎng)區(qū)堆積。

6 結(jié)論

1)針對(duì)本提標(biāo)改造工程，在保證占地面積和處理規(guī)模不變，且不新建構(gòu)筑物的前提下，通過將核心工藝由AAO改造為五段AO-MBBR工藝，實(shí)現(xiàn)了尾水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，本項(xiàng)目所采用工藝的抗沖擊性、穩(wěn)定性均較強(qiáng)；尤其對(duì)于冬季，當(dāng)項(xiàng)目所在地最低平均水溫僅為12.6 ℃時(shí)，五段AO-MBBR工藝有效提高了二級(jí)處理系統(tǒng)的硝化能力。

2)本工程總投資約1.4億元，單位經(jīng)營成本較改造前增加0.36元/m3，改造后碳源投加量較改造前減少了約25 mg/L。

3)本工程設(shè)計(jì)在各方面細(xì)節(jié)之處均進(jìn)行了研究、論證，在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，充分利用或改造現(xiàn)有設(shè)施，節(jié)約了工程投資和占地，突出了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，可為同類提標(biāo)改造工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。