上海某污水處理廠提標(biāo)改造工程案例

牟晉銘

(上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院〈集團(tuán)〉有限公司，上海 200125)

根據(jù)國(guó)家《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和《上海市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》的要求，上海市需實(shí)施30多座污水處理廠的新建、擴(kuò)建及提標(biāo)改造工作。由于上海市水環(huán)境污染中NH3-N、TP問(wèn)題突出，為確保實(shí)現(xiàn)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》下達(dá)的水環(huán)境治理目標(biāo)，要求新建及改擴(kuò)建污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)不低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中，NH3-N和TP執(zhí)行地表水Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，即NH3-N為1.5 mg/L(水溫>12 ℃)和3.0 mg/L(水溫≤12 ℃)，TP為0.3 mg/L。

上海市某污水處理廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為為3.0萬(wàn)m3/d，該污水廠分兩期建設(shè)，一期工程處理規(guī)模為1.5萬(wàn)m3/d，二期工程建設(shè)規(guī)模為1.5萬(wàn)m3/d，現(xiàn)狀污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。由于污水廠屬太湖流域，為環(huán)境敏感區(qū)域，為改善太湖流域流域水質(zhì)，滿(mǎn)足上海市環(huán)保部門(mén)相關(guān)要求，污水廠處理規(guī)模及尾水出水標(biāo)準(zhǔn)亟需提高。

1 污水處理廠現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀概況

污水處理廠現(xiàn)狀總規(guī)模為3萬(wàn)m3/d，采用卡魯塞爾AAC氧化溝工藝，后續(xù)對(duì)污水廠進(jìn)行升級(jí)改造，增加高效纖維濾池深度處理單元，出水執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 現(xiàn)狀進(jìn)、出水水質(zhì)

污水廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示，污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為典型的城鎮(zhèn)生活污水，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，目前污水廠進(jìn)水水質(zhì)(表2)低于設(shè)計(jì)值，年平均值約為設(shè)計(jì)值的1/2，85%頻率水質(zhì)為設(shè)計(jì)值70%～90%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表1 現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Existing Water Quality of Influent and Effluent

表2 現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析Tab.2 Statistical Analysis of Influent Water Quality

1.3 現(xiàn)狀處理工藝

圖1 現(xiàn)狀污水處理工藝圖Fig.1 Existing Process Flow Chart of WWTP

污水廠現(xiàn)狀采用脫氮除磷的氧化溝工藝，污水消毒采用紫外線(xiàn)消毒法，污泥處理采用機(jī)械濃縮脫水一體機(jī)，污水處理工藝流程如圖1所示。污水處理廠進(jìn)水量高峰時(shí)已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)模，出水水質(zhì)能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，一期和二期已建工程工藝流程和設(shè)計(jì)參數(shù)能夠較好的適合實(shí)際情況，出水能穩(wěn)定滿(mǎn)足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)并達(dá)標(biāo)排放，但與NH3-N及TP需要達(dá)到的Ⅳ類(lèi)水的新標(biāo)準(zhǔn)相比，出水NH3-N達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)1.5 mg/L的合格率只有60%，出水TP達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)0.3 mg/L合格率的50%。為滿(mǎn)足新的排放標(biāo)準(zhǔn)，污水廠現(xiàn)狀處理工藝亟需改造。

2 工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)污水廠現(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)的分析，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合與污水廠運(yùn)營(yíng)情況，污水廠已建工程主要存在以下問(wèn)題。

2.1 現(xiàn)狀設(shè)備老化、運(yùn)行效果不佳

粗格柵及進(jìn)水泵房為一期工程建設(shè)，已使用十幾年，設(shè)備老化、維修頻繁、效率低。細(xì)格柵沉砂池也為一期工程建設(shè)，采用多爾沉砂池工藝。沉砂池現(xiàn)狀沉砂設(shè)備效率低，螺旋輸砂機(jī)很難將沉砂提升，導(dǎo)致分離出來(lái)的沉砂無(wú)法去除，沉砂池現(xiàn)狀效果較差。一期氧化溝厭缺氧區(qū)污泥攪拌不均勻，存在積泥現(xiàn)象，曝氣采用2臺(tái)倒傘型表面曝氣機(jī)，無(wú)變頻裝置，調(diào)節(jié)不便，溶解氧難以控制，維護(hù)不便，能耗高。

2.2 進(jìn)水水質(zhì)偏淡、管網(wǎng)滲漏嚴(yán)重

目前，進(jìn)廠污水水質(zhì)較設(shè)計(jì)值低，年平均值約為設(shè)計(jì)值的1/2，85%頻率水質(zhì)為設(shè)計(jì)值為70%～90%。污水廠服務(wù)范圍部分老街建設(shè)年代久遠(yuǎn)且道路較窄，現(xiàn)狀多為雨污水合流制，雨污水分流改造困難。同時(shí)，服務(wù)區(qū)水系分布較廣，有污水截流井30余座，但部分截流井及污水管道年久失修，導(dǎo)致地下水及河水滲漏嚴(yán)重，對(duì)污水廠進(jìn)水水質(zhì)濃度產(chǎn)生較大影響。

2.3 現(xiàn)狀工藝受限，無(wú)法應(yīng)對(duì)提標(biāo)

常規(guī)生物活性污泥法只能滿(mǎn)足常規(guī)CODCr、BOD5、SS的去除率，但對(duì)城市污水中氮、磷的去除有一定限度，僅從剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮約為10%～25%，磷約為12%～19%，氮和磷的去除無(wú)法達(dá)到新的出水水質(zhì)要求。因此，本工程必須采用具有生物脫氮除磷功能的污水處理工藝，才能夠大幅度削減CODCr、BOD5、SS以及TN、NH3-N、TP等污染物濃度，然后再進(jìn)行過(guò)濾及尾水消毒等后續(xù)處理方可達(dá)標(biāo)排放。處理程度為具有除磷和脫氮功能的城市污水二級(jí)處理工藝+深度處理工藝。

3 提標(biāo)改造工藝設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

上海市近年逐步實(shí)施市政雨污混接改造，污水管道將進(jìn)一步完善，地下水滲入量和河水倒灌量將會(huì)顯著減少，污水濃度逐步上升，綜合考慮污水廠水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)狀運(yùn)行水質(zhì)情況，本提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)同現(xiàn)狀設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。出水按環(huán)評(píng)要求采用一級(jí)A+標(biāo)準(zhǔn)(NH3-N和TP執(zhí)行地表Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn))。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.3 Design of Influent and Effluent Water Quality

注：括號(hào)內(nèi)為水溫≤12 ℃時(shí)NH3-N濃度限值

3.2 污水處理工藝流程

本次提標(biāo)改造工程工藝流程如圖2所示。

圖2 提標(biāo)改造工藝流程Fig.2 Process Flow Chart of Upgrading and Reconstruction Project

(1)預(yù)處理工藝段

由于現(xiàn)狀粗格柵及沉砂池為一期工程建設(shè)，建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，主要設(shè)備老化嚴(yán)重，沉砂池處理效果較差。結(jié)合污水廠用地布局，并考慮近遠(yuǎn)期結(jié)合，原現(xiàn)狀預(yù)處理單元廢除，新建粗格柵進(jìn)水泵房及細(xì)格柵沉砂池，沉砂池采用沉砂效果穩(wěn)定的曝氣沉砂池，預(yù)處理單元土建規(guī)模按遠(yuǎn)期9.0萬(wàn)m3/d建設(shè)，設(shè)備按近期6.0萬(wàn)m3/d配置。

(2)二級(jí)生物處理工藝段

現(xiàn)狀氧化溝改造：根據(jù)現(xiàn)狀運(yùn)行情況，現(xiàn)狀氧化溝運(yùn)行效果較為穩(wěn)定。但由于部分設(shè)備老化，節(jié)約氧化溝曝氣能耗，需對(duì)現(xiàn)狀氧化溝進(jìn)行改造?，F(xiàn)狀總水力停留時(shí)間為18.2 h，其中厭氧區(qū)停留時(shí)間為1.5 h，缺氧區(qū)停留時(shí)間為3.1 h，好氧區(qū)水力停留時(shí)間為13.6 h。分別在一期及二期氧化溝內(nèi)增設(shè)4臺(tái)潛水推流器，通過(guò)增設(shè)板式曝氣設(shè)備將氧化溝表面曝氣調(diào)整為底部爆氣，提高曝氣設(shè)備效率，同時(shí)更換厭氧區(qū)及缺氧區(qū)攪拌器，增設(shè)內(nèi)回流泵等設(shè)備，內(nèi)回流比為300%。

(3)深度處理工藝段

根據(jù)污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行情況，污水廠出水可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但NH3-N及TP需達(dá)到Ⅳ類(lèi)水的新標(biāo)準(zhǔn)。出水NH3-N達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)1.5 mg/L的合格率只有60%，出水TP達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)0.3 mg/L合格率僅為50%，故深度處理單元重點(diǎn)考慮TP去除，并確保后續(xù)SS出水達(dá)標(biāo)。

考慮到近期污水廠進(jìn)水水質(zhì)偏淡，深度處理單元近期采用“磁混凝沉淀池+精密過(guò)濾器”，并預(yù)留遠(yuǎn)期反硝化深床濾池用地。遠(yuǎn)期隨著污水廠進(jìn)水水質(zhì)提升及污水出水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，采用“磁混凝沉淀池+反硝化深床濾池”工藝[4]。

磁混凝沉淀池：磁混凝沉淀工藝是在污泥循環(huán)的基礎(chǔ)上投加磁粉，微細(xì)的磁粉顆粒作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒更容易碰撞脫穩(wěn)而形成絮體，大大提高懸浮物的去除效率[5]。磁混凝澄清池是水沉淀技術(shù)的一種創(chuàng)新，具有沉淀效率高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。磁混凝沉淀池分為兩組，每組分6格絮凝池、1座沉淀池，沉淀池平均負(fù)荷為19.53 m3/(m2·h)。

精密過(guò)濾器：為強(qiáng)化出水SS去除效果，在絮凝沉淀池后增加過(guò)濾工藝。結(jié)合污水廠總體布局、現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)偏淡及出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用占地面積較小的精密過(guò)濾器作為過(guò)濾單元強(qiáng)化SS去除。土建按遠(yuǎn)期9.0萬(wàn)m3/d配置，分為3組，每組處理規(guī)模為3.0萬(wàn)m3/d，近期安裝2臺(tái)精密過(guò)濾器。進(jìn)水SS≤30 mg/L，出水SS≤10 mg/L，濾網(wǎng)孔徑為20 μm，過(guò)濾速度≥200 m3/(m2·h)，每套精密過(guò)濾器配備1臺(tái)反沖洗水泵。同時(shí)，為應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)期出水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提升，本提標(biāo)改造工程總圖布置預(yù)留反硝化深床濾池用地。

(4)尾水消毒工藝段

污水廠處理尾水至周邊河道排放，考慮到污水消毒的適應(yīng)性、安全性及可靠性，接觸消毒池采用次氯酸鈉消毒。消毒接觸時(shí)間為30 min，次氯酸鈉投加量為8 mg/L，以滿(mǎn)足出水大腸菌群數(shù)小于103個(gè)/L。

3.3 污泥處理工藝流程

污水廠現(xiàn)狀污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機(jī)。經(jīng)過(guò)調(diào)查，現(xiàn)狀污泥脫水設(shè)備污泥濃縮效果不理想，現(xiàn)狀在貯泥池增加撇渣管以降低濃度段負(fù)荷，且藥耗較高。本次提標(biāo)改造工程考慮采用設(shè)置污泥濃縮池+離心脫水機(jī)的方式進(jìn)行污泥處理，濃縮脫水后的污泥提升至污泥料倉(cāng)。污泥經(jīng)離心脫水后含水率降至80%以下，脫水后的污泥外運(yùn)集中堆肥處理。

設(shè)計(jì)新建污泥濃縮池2座，直徑Φ=16 m，有效水深為4.5 m，污泥濃縮時(shí)間為19.30 h。污泥脫水機(jī)房采用3臺(tái)離心脫水機(jī)(2用1備)，單臺(tái)處理能力Q=37～75 m3/h，近遠(yuǎn)期通過(guò)調(diào)整工作時(shí)間滿(mǎn)足污泥處理要求。

3.4 除臭系統(tǒng)

本工程除臭設(shè)計(jì)范圍是污水處理廠粗格柵進(jìn)水泵房、細(xì)格柵沉砂池、生物池、污泥脫水機(jī)房、氧化溝、污泥濃縮池的廢氣處理。為滿(mǎn)足上海市《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/982—2016)標(biāo)準(zhǔn)要求，采用離子氧+活性炭吸附的二級(jí)處理工藝，即先通過(guò)排風(fēng)機(jī)將除臭區(qū)域內(nèi)的廢氣送入特制的廢氣集中處理箱內(nèi)，與同時(shí)進(jìn)入的經(jīng)過(guò)離子發(fā)生器的高能量的離子氣體在箱體內(nèi)瞬間混合、反應(yīng)、分解，后進(jìn)入后續(xù)活性炭反應(yīng)箱內(nèi)二次處理，處理達(dá)標(biāo)后的廢氣通過(guò)排氣筒排出。

4 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本工程深度處理單元于2018年底完成，現(xiàn)已調(diào)試運(yùn)行，污水廠主要出水CODCr≤30 mg/L，BOD5≤10 mg/L，TN≤10 mg/L，NH3-N≤1.5 mg/L，SS≤10 mg/L，TP≤0.3 mg/L，污水廠出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具體出水水質(zhì)如圖3所示。

圖3 提標(biāo)改造后污水廠出水水質(zhì)Fig.3 Effluent Quality after Upgrading and Reconstruction

其中，TN、NH3-N及TP去除效果顯著，NH3-N和TP可穩(wěn)定達(dá)到地表Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足污水廠提標(biāo)出水水質(zhì)要求。

提標(biāo)改造工程總投資為28 369.57萬(wàn)元，其中建安費(fèi)為22 309.36萬(wàn)元，污水廠工程運(yùn)行費(fèi)用主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、水費(fèi)及人工費(fèi)，經(jīng)計(jì)算分析提標(biāo)改造后污水廠單位處理成本為2.513元/m3，單位經(jīng)營(yíng)成本為1.811元/m3。

5 結(jié)論

該污水廠提標(biāo)改造工程充分發(fā)掘現(xiàn)狀構(gòu)筑物處理能力，保留處理效果較好的現(xiàn)狀氧化溝并進(jìn)行適當(dāng)工藝改造，新建生物池采用適應(yīng)性良好的Bardenpho工藝，該工藝抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)，工藝靈活可調(diào)，出水效果好。從深度處理單元結(jié)合現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)情況分為近遠(yuǎn)期兩階段實(shí)施，近期“高效沉淀池+精密過(guò)濾器”工藝，可確保出水水質(zhì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的一級(jí)A+標(biāo)準(zhǔn)。該污水廠選用的提標(biāo)改造設(shè)計(jì)工藝先進(jìn)、技術(shù)成熟，運(yùn)行效果良好，可為南方城市污水廠提標(biāo)改造工程提供參考。