某污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

于弢， 肖國(guó)仕， 陳愛(ài)寧， 劉永杰

（北控水務(wù)（中國(guó)）投資有限公司， 北京 100124）

四川省新地方排放標(biāo)準(zhǔn)DB 51／2311—2016《四川省岷江、 沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠自2020 年1 月1 日起， 出水指標(biāo)須執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)， 其主要控制指標(biāo)（COD、 BOD、氨氮、 總氮、 總磷、 SS）除總氮外均相當(dāng)于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。 新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)四川岷江、 沱江流域的城鎮(zhèn)污水處理廠出水提出了較高標(biāo)準(zhǔn)要求， 現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造勢(shì)在必行［1］。

1 工程概況

成都某污水處理廠分一、 二期建設(shè)， 處理規(guī)模各2 萬(wàn)t／d， 總處理規(guī)模為4 萬(wàn)t／d， 主要處理成都經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的生產(chǎn)和生活污水， 其中工業(yè)廢水占比不足30%。 原主工藝采用改良AAO 工藝， 提標(biāo)前設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)DB 51／2311—2016 要求， 需在2020 年前完成提標(biāo)改造， 處理出水達(dá)到DB 51／2311—2016 中城鎮(zhèn)污水處理廠排放限值。

2 提標(biāo)改造方案

2.1 改造前工藝存在的問(wèn)題

成都經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)是以汽車(chē)整車(chē)及關(guān)鍵零部件為主導(dǎo)的現(xiàn)代制造業(yè)基地［2］。 生產(chǎn)廢水包括除油、軟化、 熱處理、 表面處理、 去除重金屬等汽車(chē)制造生產(chǎn)過(guò)程排出的廢水， 這部分廢水占比不足30%，其余為開(kāi)發(fā)區(qū)及周邊區(qū)域的生活污水。 污水處理廠實(shí)際平均進(jìn)水量約為3.6 萬(wàn)t／d， 接近滿負(fù)荷， 改造前工藝流程為： 粗格柵及進(jìn)水提升泵房→細(xì)格柵及曝氣沉砂池→配水井及初沉池→改良AAO 生化池→矩形二沉池→高效沉淀池→接觸消毒池→巴氏計(jì)量槽。 與最初的設(shè)計(jì)相比， 污水處理廠進(jìn)水中COD、 BOD5、 SS、 氨氮、 pH 值等指標(biāo)波動(dòng)較大， 特別是SS 指標(biāo)， 波動(dòng)范圍為70 ～600 mg／L，pH 值偶爾出現(xiàn)低于6.0 的情況， 此外， 總砷、 總鐵、 二甲苯等毒性物質(zhì)偶爾超標(biāo)， 對(duì)系統(tǒng)造成較大的沖擊［3］， 影響其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.2 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

進(jìn)水水質(zhì)主要指標(biāo)參考污水處理廠近2 年進(jìn)水水質(zhì)（95% 覆蓋率）， 因污水處理廠接納了一部分工業(yè)廢水， 其他指標(biāo)如有毒有害物質(zhì)應(yīng)符合CJ 343—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)主要水質(zhì)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2.3 提標(biāo)改造方案

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況， 本提標(biāo)改造工程有諸多限制條件： ①提標(biāo)改造工程無(wú)更多征地可用， 只能利用現(xiàn)有池容； ②根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)， 水量不定期出現(xiàn)20% 超負(fù)荷情況， 但仍要保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，因此在選擇主體處理工藝時(shí)， 要兼顧節(jié)省占地、 抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、 運(yùn)行高效等因素。 常規(guī)處理工藝如生物處理-深度處理（混凝、 沉淀、 過(guò)濾）， 工藝流程繁瑣， 占地面積大［4］， 不適合用地緊張的提標(biāo)改造項(xiàng)目。 MBR 工藝采用超濾或微濾膜替代了傳統(tǒng)生物處理的二沉池和深度處理中的混凝、 沉淀和砂濾， 其出水水質(zhì)好［5］， 反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高， 耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)， 有效地減少了生物池容積［6］， 特別適合提標(biāo)改造工程， 因此本項(xiàng)目選擇改良AAO-MBR 工藝作為提標(biāo)改造主工藝。

本項(xiàng)目一、 二期工程生化池設(shè)計(jì)停留時(shí)間分別為12.5、 10.9 h， 兩生化系統(tǒng)停留時(shí)間不一樣， 因此根據(jù)一、 二期工程構(gòu)筑物池容大小、 構(gòu)筑物池型等將一、 二期工程處理水量重新分配， 以匹配已有池體尺寸， 確定一、 二期工程生化池處理能力分別為2.2 萬(wàn)m3／d 和1.8 萬(wàn)m3／d， 通過(guò)在一、 二期增加調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量分配。

在一、 二期生化池前端分別增加膜格柵處理單元， 防止污水中的纖維狀、 毛發(fā)類(lèi)物質(zhì)纏繞膜絲而造成損壞或膜污染， 以保護(hù)膜系統(tǒng)。 將一、 二期生化池及二沉池改造為AAO-MBR 膜池工藝。 原高效沉淀池保留， 一般情況下超越運(yùn)行， 總磷不達(dá)標(biāo)時(shí)啟用， 以確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

提標(biāo)改造后工藝流程如圖1 所示， 其中實(shí)線框內(nèi)為改造成新建構(gòu)筑物， 虛線框內(nèi)為利舊構(gòu)筑物。

3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 利舊構(gòu)筑物

圖1 提標(biāo)改造后工藝流程Fig. 1 Process flow after upgrading and reconstruciton

（1） 粗格柵及提升泵站。 設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0 萬(wàn)m3／d， 變化系數(shù)為1.41。 粗格柵渠平面尺寸為10.00 m×3.20 m， 渠深10.45 m， 1 座2 組， 柵前最大水深為1.0 m， 最大過(guò)柵流速為1 m／s， 配套回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)2 套， 柵寬為1.2 m， 柵間隙為15 mm。 提升泵站尺寸為5.50 m×10.50 m × 12.70 m， 配套潛污泵4臺(tái)， 3 用1 備， 3 臺(tái)大泵設(shè)計(jì)流量為790 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 其中2 臺(tái)變頻； 1 臺(tái)小泵設(shè)計(jì)流量為500 m3／h， 揚(yáng)程為15 m。

（2） 細(xì)格柵及曝氣沉砂池。 設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0 萬(wàn)m3／d， 變化系數(shù)為1.41。 細(xì)格柵渠尺寸為14.75 m×3.50 m × 4.00 m， 1 座2 組， 柵前 最大水深為1.0 m， 最大過(guò)柵流速為0.8 m／s， 配套回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)2 套， 柵寬為1.5 m， 柵間隙為5 mm。 曝氣沉砂池尺寸為19.50 m×6.80 m×5.00 m， 1 座2 組， 水平流速為0.06 m／s， 水力停留時(shí)間為5.5 min， 配套橋式吸砂機(jī)1 套， 功率為0.55 kW； 羅茨鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量為3.9 m3／min， 1 用1 備； 砂水分離器1臺(tái)， 功率為0.37 kW。

（3） 配水井及初沉池。 設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0 萬(wàn)m3／d，變化系數(shù)為1.41。 初沉池尺寸為36.00 m×18.00 m×4.50 m， 1 座2 組， 平均流量時(shí)表面負(fù)荷為2.52 m3／（m2·h）， 最大流量時(shí)表面負(fù)荷為3.55 m3／（m2·h）。 提標(biāo)改造后最大污水處理量為4.8 萬(wàn)m3／d， 經(jīng)核算，峰值流量時(shí)表面負(fù)荷為3.02 m3／（m2·h）， 滿足設(shè)計(jì)要求。

（4） 高效沉淀池。 設(shè)計(jì)規(guī)模為4 萬(wàn)m3／d， 尺寸為23.50 m×19.80 m×6.50 m， 1 座2 組， 混合池時(shí)間為2.93 min， 絮凝池時(shí)間為13.50 min， 斜板沉淀池表面負(fù)荷為8.33 m3／（m2·h）。 按峰值流量進(jìn)入高效沉淀池核算， 混合池時(shí)間為2.44 min， 絮凝池時(shí)間為11.25 min， 斜板沉淀池表面負(fù)荷為10.00 m3／（m2·h）。 能夠滿足高效沉淀池運(yùn)行要求。 改造后， PAC 最大投加量為5.8 mg／L， PAM 最大投加量為0.83 mg／L。

（5） 接觸消毒池。 池容為1 208 m3， 有效水深為4.0 m， 接觸時(shí)間為43.5 min。 提標(biāo)改造后最大污水處理量為4.8 萬(wàn)m3／d， 接觸時(shí)間核算為36.2 min， 滿足要求。 接觸消毒池設(shè)備間內(nèi)安裝有2 臺(tái)10 kg／h 的二氧化氯發(fā)生器， 原為1 用1 備， 按照最大污水處理量及6 mg／L 有效氯的投加量， 核算最大二氧化氯消耗量為12 kg／h（按有效氯計(jì)算），現(xiàn)有設(shè)備改為2 用。

（6） 污泥脫水機(jī)房。 安裝有4 臺(tái)帶寬為2.0 m的帶式污泥濃縮脫水機(jī)， 設(shè)計(jì)污泥處理量為8.0 t［DS］／d。 4 臺(tái)帶式濃縮機(jī)3 用1 備， 每日運(yùn)行時(shí)間為12 h。

3.2 改造構(gòu)筑物

（1） 一期生化池及膜池。 將原一體化生化池厭氧區(qū)池容作為厭氧池， 容積為1 159 m3， 停留時(shí)間為1.24 h； 將缺氧池和好氧池前2 條廊道改造為缺氧池， 容積為4 999 m3， 停留時(shí)間為5.33 h； 剩余的原好氧池和部分二沉池改造為好氧池， 總?cè)莘e為4 257 m3， 停留時(shí)間為4.54 h； 其余二沉池改造為膜池及膜設(shè)備間。 污泥濃度： 厭氧區(qū)3 000 ～4 000 mg／L， 缺氧區(qū)5 000 ～6 000 mg／L， 好氧區(qū)6 000 ～7 000 mg／L； 好氧區(qū)污泥負(fù)荷為0.092 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）； 好氧區(qū)氣水比為7.2 ∶1； 好氧池至缺氧池回流比為200%～300%， 缺氧池至厭氧池回流比為100% ～200%。 生化池主要配套設(shè)備： 厭氧、 缺氧區(qū)潛水推流器， 功率為5 kW， 4 臺(tái)； 好氧池至缺氧池穿墻回流泵， 流量為1 375 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)， 2 用1 備； 缺氧池至厭氧池穿墻回流泵， 流量為917 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)， 2用1 備； 空氣懸浮風(fēng)機(jī)， 流量為55 m3／min， 風(fēng)壓為0.68 MPa， 3 臺(tái)， 2 用1 備。

一期膜池平面尺寸為40.00 m×18.00 m， 分5 條廊道， 每條可單獨(dú)運(yùn)行， 膜池池深為4.9 m， 有效水深為4.0 m， 水力停留時(shí)間為1.5 h。 采用PVDF 簾式膜， 45 組膜箱， 每組膜面積為1 480 m2， 平均膜通量為14 L／（m2·h）， 膜池污泥濃度為8 000 ～10 000 mg／L， 膜池至好氧池回流比為300% ～400%， 膜擦洗氣水比為8.2 ∶1。 膜設(shè)備間尺寸為40.00 m ×8.00 m×10.50 m。 膜系統(tǒng)主要配套設(shè)備： 產(chǎn)水泵，流量為320 m3／h， 揚(yáng)程為8 m， 6 臺(tái)， 5 用1 冷備；膜擦洗風(fēng)懸浮風(fēng)機(jī)， 流量為65 m3／min， 風(fēng)壓為0.5 MPa， 3 臺(tái)， 2 用1 備； 膜池至好氧池穿墻回流泵，流量為1 835 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)， 2 用1 備；反洗水泵， 流量為320 m3／h， 揚(yáng)程為11 m， 2 臺(tái)， 1用1 備； 剩余污泥泵， 流量為150 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 2 臺(tái)， 1 用1 備； 檸檬酸清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為2 m3， 加藥泵流量為3.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m，2 臺(tái)； 次氯酸鈉清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為2 m3，加藥泵流量為3.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 2 臺(tái)； NaOH清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為4 m3， 加藥泵流量為3.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 2 臺(tái)。

（2） 二期生化池及膜池。 將原二期生化池預(yù)缺氧區(qū)及厭氧區(qū)整體作為厭氧區(qū)運(yùn)行， 容積為1 060 m3， 停留時(shí)間為1.41 h； 沿用缺氧區(qū)， 缺氧區(qū)容積為3 450 m3， 停留時(shí)間為4.6 h； 將原好氧區(qū)改造為好氧區(qū)及膜池， 好氧區(qū)容積為3 060 m3， 停留時(shí)間為4.1 h； 膜池容積為1 510 m3， 停留時(shí)間為1.6 h。 污泥濃度： 厭氧區(qū)3 000 ～4 000 mg／L， 缺氧區(qū)5 000 ～6 000 mg／L， 好氧區(qū)6 000 ～7 000 mg／L； 好氧區(qū)污泥負(fù)荷為0.104 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）； 好氧區(qū)氣水比為7.0 ∶1； 好氧池至缺氧池回流比為200%～300%， 缺氧池與厭氧池回流比為100% ～200%。生化池主要配套設(shè)備： 好氧池至缺氧池穿墻回流泵， 流量為1 125 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)， 2 用1 備； 缺氧池至厭氧池穿墻回流泵， 流量為750 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)， 2 用1 備； 空氣懸浮風(fēng)機(jī)， 流量為90 m3／min， 風(fēng)壓為0.68 MPa， 2 臺(tái)， 1用1 備。

二期膜池平面尺寸為27.30 m×14.00 m， 分4個(gè)廊道， 每廊道可單獨(dú)運(yùn)行， 膜池池深為4.0 m，有效水深為3.5 m， 水力停留時(shí)間為1.6 h。 采用PVDF 簾式膜， 36 組膜箱， 每組膜面積為1 480 m2， 平均膜通量為14 L／（m2·h）， 膜池污泥濃度不超過(guò)10 000 mg／L， 膜池至好氧池回流比為300%～400%， 膜擦洗氣水比為8.2 ∶1。 膜設(shè)備間尺寸為46.00 m × 5.80 m × 8.58 m。 膜系統(tǒng)主要配套設(shè)備：產(chǎn)水泵， 流量為316 m3／h， 揚(yáng)程為8 m， 5 臺(tái)， 4 用1 冷備； 膜擦洗風(fēng)懸浮風(fēng)機(jī)， 流量為65 m3／min， 風(fēng)壓為0.5 MPa， 3 臺(tái)， 2 用1 備； 膜池至好氧池穿墻回流泵， 流量為1 500 m3／h， 揚(yáng)程為0.8 m， 3 臺(tái)；反洗水泵， 流量為411 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 2 臺(tái)， 1用1 備； 剩余污泥泵， 流量為50 m3／h， 揚(yáng)程為20 m， 2 臺(tái)， 1 用1 備； 檸檬酸清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為2 m3， 加藥泵流量為3.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 2臺(tái)； 次氯酸鈉清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為5 m3， 加藥泵流量為5.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 2 臺(tái)； NaOH 清洗裝置1 套， 儲(chǔ)罐容積為5 m3， 加藥泵流量為5.0 m3／h， 揚(yáng)程為12 m， 2 臺(tái)。

3.3 新建構(gòu)筑物

一、 二期膜格柵渠。 分別在一期一體化生化池進(jìn)水端外側(cè)和二期生化池與鼓風(fēng)機(jī)房之間新建1 座膜格柵渠， 格柵系統(tǒng)以90° 垂直的形式安裝在渠道里， 每座渠道內(nèi)安裝2 臺(tái)內(nèi)進(jìn)流式膜格柵。 設(shè)計(jì)渠深為3.5 m， 渠寬為1.6 m， 網(wǎng)板寬度為2.0 m， 穿孔孔徑為1 mm， 穿孔形式為直圓柱形。 柵前水位（高峰流量時(shí)）2.7 m， 柵后水位（高峰流量時(shí)）為2.2 m， 水頭損失（堵塞率60%時(shí)）為0.5 m。

4 工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1） 通過(guò)對(duì)原系統(tǒng)的分析， 提標(biāo)改造方案充分利用了90% 以上的現(xiàn)有工程， 最大限度地節(jié)約了占地， 并且還能備出一定預(yù)留面積。

（2） 裝備化的膜組件縮短了施工周期， 提標(biāo)改造工程僅6 個(gè)月即通水完成。

（3） 高污泥濃度帶來(lái)微生物的多樣性， 為生物池內(nèi)多種反應(yīng)機(jī)制創(chuàng)造了條件， 運(yùn)行后的出水水質(zhì)已較大幅度優(yōu)于達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 工程運(yùn)行效果

本工程于2018 年12 月建成， 2019 年1 月進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行階段， 平均處理水量為3.6 萬(wàn)t／d。 經(jīng)過(guò)半年的調(diào)試運(yùn)營(yíng)， 處理出水達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 運(yùn)行期間， MBR 工藝對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)， 生化池污泥濃度可高達(dá)10 g／L， 膜池污泥濃度可高達(dá)12 g／L，整個(gè)生物處理部分的污泥濃度有較大的調(diào)節(jié)范圍，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)， 通過(guò)調(diào)節(jié)回流比調(diào)整生物處理系統(tǒng)的污泥濃度， 以達(dá)到很好的處理效果。

調(diào)試運(yùn)行期間實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 2 Actual influent and effluent water quality

6 投資及運(yùn)行成本

項(xiàng)目總投資約6 800 萬(wàn)元， 一類(lèi)工程費(fèi)為5 400萬(wàn)， 折算噸水投資為1 330 元； 其中， 一、 二期生化池改造投資估算為3 600 萬(wàn)元， 折算噸水投資為890 元。

運(yùn)行成本中增加了電耗、 藥劑消耗、 定員數(shù)量、 膜折舊費(fèi)等。 提標(biāo)工程噸水直接運(yùn)行成本合計(jì)0.48 元。

7 結(jié)語(yǔ)

（1） 根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)有設(shè)施情況并結(jié)合運(yùn)行管理水平， 選擇改良AAO-MBR 工藝作為主體工藝進(jìn)行提標(biāo)改造， 具有很好的處理效果， 出水可穩(wěn)定達(dá)到DB 51／2311—2016 中城鎮(zhèn)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2） MBR 工藝在本工程中可適應(yīng)進(jìn)水量超處理規(guī)模20%的情況， 具有較強(qiáng)的抗沖擊能力， 并且完全利用了現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行改造， 無(wú)任何新征用地， 實(shí)現(xiàn)原位提標(biāo)。 本項(xiàng)目的建設(shè)投資和出水保證度均具較大優(yōu)勢(shì)， 在同類(lèi)項(xiàng)目中可以借鑒參考。 后期會(huì)對(duì)本項(xiàng)目膜產(chǎn)品清洗周期及使用壽命做進(jìn)一步跟蹤。