某污水處理廠應急改造應用

郭金玲， 陳凡陣， 李 誠

(天津市華博水務有限公司，天津300040)

為了貫徹實施“水十條”，天津市于2015年9月25日發(fā)布實施了嚴格的污水處理廠地方排放標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(DB12/599-2015)(以下簡稱新地標)，要求區(qū)域內(nèi)各污水處理廠從2018年1月1日起執(zhí)行相關標準。近幾年由于城市的快速擴張，城市規(guī)劃進行了大幅調(diào)整，很多現(xiàn)有的污水處理廠需要拆除或搬遷。為了滿足發(fā)展規(guī)劃、環(huán)保治理要求，在實際操作過程中出現(xiàn)了一批應急提標工程，用于過程銜接。

1 項目現(xiàn)狀

項目位于天津市某區(qū)，建成于2012年，其處理對象為區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)污水。

1.1 設計概況

1.1.1 設計規(guī)模

設計處理規(guī)模為6×104m3/d，其中一期工程為3×104m3/d。

1.1.2 進出水水質(zhì)

設計進水水質(zhì)見表1。

表1 污水處理廠原設計進水水質(zhì)Tab.1 Design quality of the wastewater treatment plant influent

設計出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準。

1.1.3 工藝流程

污水處理廠原有工藝為“粗格柵+提升泵+細格柵+旋流沉砂池+初沉池+A2/O生化池+平流二沉池+二次提升泵池+高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+紫外消毒”。其中預處理部分的粗格柵、進水泵房、細格柵及旋流沉砂池均按6×104m3/d設計，后續(xù)的高效沉淀池也按遠期設計。

污泥處理工藝：濃縮+脫水。

1.2 實際運行狀況

1.2.1 實際處理水量

目前該污水處理廠基本處于滿負荷運行狀況，日處理水量在(2.5～3)×104m3/d。

1.2.2 實際進水水質(zhì)

提標前該污水處理廠2016年1月至2017年6月的實際進水水質(zhì)見表2。

表2 實際進水水質(zhì)Tab.2 Actual quality of influent mg·L-1

1.2.3 實際出水水質(zhì)

根據(jù)建設方提供的運行資料，該污水處理廠出水水質(zhì)可基本達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，部分指標可達到新地標A標準。

2 提標基本條件與要求

2.1 該提標項目為短期應急項目

根據(jù)天津市排水規(guī)劃，該污水處理廠污水與收水范圍內(nèi)其他污水將納入已經(jīng)建成的津沽污水處理廠處理。津沽污水處理廠目前已滿負荷運行，擴建項目尚在論證期。為滿足天津市排水管理要求，該污水處理廠在2018年1月1日前完成提標工程。

2.2 提標過程中不能停運

該項目在提標改造過程中不能間斷處理，最長停水時間不能超過1 d。

2.3 實施時間短

項目啟動時間為2017年6月，要求在2017年12月31日前完成提標工程，由于時間緊迫，最終決定采用EPCO的模式進行操作。

2.4 運行效果較好

改造前污水處理廠運行穩(wěn)定，已有很多指標可以穩(wěn)定達到新地標A標準。NH3-N、COD、BOD達標良好，小試結(jié)果表明投加碳源可以滿足TN的達標要求。

2.5 提標改造廠址

提標改造應在現(xiàn)有廠區(qū)范圍內(nèi)解決，不再另行征地。

3 實施提標方案

3.1 提標基本情況

3.1.1 提標工程規(guī)模

提標工程規(guī)模為3×104m3/d，總變化系數(shù)設計為Kz=1.45。

3.1.2 設計進出水水質(zhì)

設計進水水質(zhì)依據(jù)實際數(shù)據(jù)，并按照滿足90%保證率的條件設計。設計出水執(zhí)行新地標A標準，如表3所示。

表3 提標設計進出水水質(zhì)Tab.3 Designed quality of influent and effluent

3.2 提標工藝方案

3.2.1 工藝選擇原則

① 研究、分析現(xiàn)有污水處理廠的工程設計選型、設計參數(shù)及實際運行情況，盡可能降低對提標工程的影響，選擇技術可行、經(jīng)濟節(jié)約的工藝。

② 提標方案應能保證在規(guī)定期限內(nèi)實施完成，同時兼顧提標工程的時效性與生命周期。

③ 方案選擇應協(xié)調(diào)運行與改造的矛盾，以不嚴重影響生產(chǎn)為原則，并考慮運行管理的便捷性、運行費用的節(jié)約性。

④ 選擇方案時應盡可能減少土建工程量，以設備方式為主。

⑤ 在滿足工藝要求的前提下，優(yōu)先考慮選用國產(chǎn)化設備及技術，但要考慮設備選型的節(jié)能性。

3.2.2 方案確定

① 針對NH3-N，原設計好氧停留時間為10 h，現(xiàn)有的生化工藝出水NH3-N可穩(wěn)定在1 mg/L以下，只是曝氣器運行時間較長，需要更換。綜合考慮采用不停水懸掛式曝氣技術，分區(qū)分段更換，原曝氣系統(tǒng)廢棄不用。

② 對于TN的進一步去除，考慮采用從3個方面加強：第一，將停運的初沉池改造為前缺氧池，利用2個系列形成1座環(huán)形水流，加設推進器；第二，在好氧池增加填料，采用漂浮式安裝，強化系統(tǒng)脫氮；第三，增加碳源補充系統(tǒng)，設計采用乙酸鈉。

③ 增加剩余污泥回流至利用原初沉池改造而成的前缺氧池，增加1座回流泵房。

④ 原高效沉淀池設計規(guī)模為6×104m3/d(規(guī)劃調(diào)整后本期污水調(diào)往津沽污水廠，二期取消)，一期安裝運行一系?？紤]啟用另一系列高效沉淀池，降低負荷，從而在保證TP去除效果的前提下進一步降低沉淀池出水SS。

⑤ 為保證SS穩(wěn)定達標，改造現(xiàn)有的2組纖維轉(zhuǎn)盤濾池，將濾布改為新型精細濾布，再增加1組濾布濾池，降低過濾負荷。

⑥ 將現(xiàn)有的紫外消毒工藝改為次氯酸鈉消毒，投加點設置在高效沉淀池出口，以增加反應時間，并避免濾布上粘附微生物。

⑦ 為保證COD的穩(wěn)定達標，設計投加粉末活性炭作為輔助措施，投加點設置在高效沉淀池進口。

⑧ 由于污水廠平流二沉池回流污泥采用靜壓同水位排泥后再泵提回流的方式，造成回流不均，提標中改為回流泵直接回流。

⑨ 污泥處理系統(tǒng)能夠滿足運行需要，只對部分設備進行更換即可。

3.2.3 提標工藝流程

綜合考慮建設與使用時間、占地、運行現(xiàn)狀、設計進出水水質(zhì)等因素，最終采用如圖1所示的提標改造工藝流程。

圖1 提標工程設計工藝流程Fig.1 Flow chart of design of the upgrading project

3.3 提標工藝設計

3.3.1 缺氧池

改造前設計流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.46；原有效尺寸：35.00 m×16.00 m，有效水深3.0 m，1座分2系。

改造中，拆除原鏈板刮泥機、集渣管、集水槽等，保留主要池體，在2系初沉池中間隔墻上開過孔洞。

新增4臺潛水推進器φ1.5 m，N=4 kW，4臺，手動控制。

3.3.2 改造生化池

Q=1 250 m3/h，混合液回流比r=200%。生化池分2系，單系工藝尺寸如下：厭氧段，10.60 m×9.50 m，有效水深為8.20 m，反算出平均停留時間為1.32 h；缺氧段，60.00 m×10.60 m，有效水深為8.20 m，反算平均停留時間為8.30 h；缺氧/好氧過渡段，10.50 m×9.50 m，有效水深為8.20 m，反算平均停留時間為1.32 h；好氧段，79.60 m×9.20 m，有效水深為8.20 m，反算出平均停留時間為9.60 h。

針對冬季脫氮問題，設計中考慮增加辮式脫氮填料，由于曝氣器問題較多，考慮采用不停水換曝氣方案，采用懸掛式曝氣方式。

改造后，懸浮安裝固定填料：比表面積不小于240 m2/m3，辮式脫氮型，單系1 200 m3，2系共2 400 m3。

懸掛微孔曝氣器：單組服務面積9.00 m×3.00 m，單系24套，2系48套。

預缺氧池污泥回流泵：Q=625 m3/h，H=3.50 m，N=11 kW，2臺，1用1備。

生化系統(tǒng)回流泵：Q=400 m3/h，H=3.50 m，N=7.5 kW，5臺，4用1備。

3.3.3 高效沉淀池

設計流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.45。單系按改造前3×104m3/d計，混凝反應時間為12 min，沉淀池上升流速v=2.41 mm/s。啟用另一系后，混凝時間變?yōu)?4 min，上升流速變?yōu)?.2 mm/s。

對原運行一系中存在的部分問題進行改進。增加的主要設備包括絮凝攪拌機：N=7.5 kW，φ2.5 m，槳葉式，1臺；刮泥機：適用φ11.7 m圓池，N=0.75 kW，中心傳動，1臺；污泥回流泵：Q=13～50 m3/h，H=20 m，N=15 kW，1臺；排泥泵：Q=13～50 m3/h，H=20 m，N=15 kW，1臺；不銹鋼集水槽：B×H=0.35 m×0.35 m，L=5.0 m，12套；斜管：L=1.0 m，∠60°，φ80 mm，80 m2。

3.3.4 纖維轉(zhuǎn)盤濾池

設計流量：Q=1 250 m3/h，Kz=1.45。原設計濾速為v=8 m/h，采用常規(guī)濾布。提標時考慮將原濾布改為精細濾布，再增加1臺轉(zhuǎn)盤濾池，使濾池濾速控制在v=5 m/h以下。

增加濾池采用鋼制成套設備，濾布采用新一代精細濾布，孔徑可達到1 μm以下。

3.3.5 消毒改造

設計流量：Q=1 250 m3/h。不再建設消毒池，在進入濾布濾池前投加次氯酸鈉，投加量為10 mg/L(有效氯)。

增加儲罐：V=5 m3，PE材質(zhì)，2套；膜計量泵：Q=150 L/h，H=20 m，N=0.55 kW，2臺，1用1備。

3.3.6 加藥間

原加藥間留有空間，不再建加藥間。

主要設備包括碳源儲罐：V=10 m3，PE材質(zhì)，2套。隔膜計量泵：Q=300 l/h，H=20m，N=0.55 kW，2臺，1用1備。

3.3.7 粉炭投加間

為應對突發(fā)情況，設計增加應急粉炭投加系統(tǒng)。投加間尺寸為12.00 m×7.00 m，高4.5 m，1座，輕鋼結(jié)構。系統(tǒng)投加能力：Q=2.5 kg/h。

主要設備包括粉炭儲罐：V=20 m3，1座；輸送螺旋：φ110 mm，L=5 m，N=1.1 kW，1臺；配套增壓泵：N=7.5 kW，2臺，1用1備。

4 施工調(diào)試與運行效果

4.1 施工

施工前，進行了較為詳細的施工方案評審，要求關鍵環(huán)節(jié)必須有應急預案。為保證如期完成，在方案中要求多點平行施工。提標工程中最為關鍵的是管線切改，加之冬季施工，難度較大，對此做了關鍵部署。

在施工時，管線切改前，首先降低管網(wǎng)內(nèi)的水位，并提前協(xié)調(diào)排水部門進行臨時調(diào)水，保證在管線切改時，污水得到有效處理。原初沉池有超越，可以離線施工；回流泵房、碳源投加、增加的纖維轉(zhuǎn)盤濾池、另一系高效沉淀池均可離線施工；更換原纖維轉(zhuǎn)盤濾布是在新增加濾布濾池啟用后進行，采用單系更換方式；其余工程均按照預定施工方案進行，較為順利，最后施工如期完成。在施工期間，由于措施得當，改造過程中系統(tǒng)出水基本未受影響，出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

各項施工完成后，按照設備調(diào)試方案進行了設備調(diào)試。

4.2 系統(tǒng)調(diào)試

4.2.1 預缺氧池

預缺氧池調(diào)試采用進部分原水，30%回流污泥進入本池的方式進行，利用生化系統(tǒng)污泥的活性，啟動較為容易。

4.2.2 生化系統(tǒng)調(diào)試

更換曝氣設備工程是在不停水、不停曝氣情況下進行，另用原有豎管布局，采用分段更換，基本未影響生化系統(tǒng)運行，因而生化系統(tǒng)無需再行調(diào)試。在增加填料與更換曝氣器后，向缺氧池進口投加碳源，歷時4 d即完成TN小于10 mg/L的目標；生物填料5 d后即出現(xiàn)明顯掛膜現(xiàn)象。

4.2.3 高效沉淀調(diào)試

高效沉淀池按照正常調(diào)試程序進行，很快完成；由于系統(tǒng)負荷較低，在實際使用中本單元回流污泥泵未開啟，且未投加助凝劑PAM，但出水仍可保證TP低于0.3 mg/L、SS低于10 mg/L。

4.2.4 纖維轉(zhuǎn)盤濾池

新增纖維轉(zhuǎn)盤濾池的調(diào)試非常順利，原濾池更換濾布后未出現(xiàn)異常，其出水SS可穩(wěn)定達到5 mg/L以下。

項目于2017年12月20日調(diào)試完成，出水所有指標均能達到新地標A標準。

4.3 運行效果

4.3.1 實際處理水量

改造完成后，系統(tǒng)處理水量基本穩(wěn)定在(2.5～3.3)×104m3/d之間。

4.3.2 實際進出水水質(zhì)

提標改造完成后至今，進水水質(zhì)未發(fā)生明顯變化。

提標工程出水水質(zhì)如下：CODCr：15.8～26.8 mg/L；BOD：3.5～5.5 mg/L；NH3-N：0.1～1.1 mg/L；TP：0.08～0.28 mg/L；TN：4.86～9.68 mg/L；SS：2.5～4.6mg/L。

4.3.3 運行成本的變化

提標后增加的主要藥劑是碳源，采用固體乙酸鈉(有效含量58%以上)，投加量基本在1t/d以下，折合噸水成本小于0.1元/m3。

系統(tǒng)增加實際運行功率約70 kW，折合噸水電耗增加0.056 kW·h。

4.3.4 問題與解決對策

① 懸掛填料啟用后系統(tǒng)DO偏低

投放懸掛填料后，對系統(tǒng)DO的影響較大，主要原因是生化池有效水深為8.2 m，而選用的鼓風機風壓僅為9.0 m，偏小。多啟動1臺風機會造成風機喘振問題，因而在后期采用減少部分填料的方法。

② 懸掛曝氣豎管爆管問題

系統(tǒng)運行約3個月后，懸掛曝氣豎管出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，查找原因發(fā)現(xiàn)豎管采用橡膠管，管道隨曝氣擺動造成材料疲勞而脆化。后期對接口方式進行改進，將曝氣豎管更換具有抗拉伸的加筋涂塑管，擺動得到了有效控制。

5 總結(jié)

① 工程方案的選擇充分結(jié)合了污水廠特點，并利用了現(xiàn)有的設施，降低了工程造價。

② 采用了一種新型懸掛式曝氣方式，可以在不停水情況下更換曝氣器。

③ 高效沉淀池采用較低負荷運行，結(jié)合精細纖維濾布可以使出水SS達到5 mg/L以下，為工程提標改造提供了一種新的設計思路。

④ 將初沉池改為預缺氧池，可以在一定程度上提升原水對碳源的利用率。