生物濾池在某污水處理廠提標(biāo)改造工程的應(yīng)用

欒敬帥，黃申斌，張 欣,*

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院〈集團(tuán)〉有限公司，上海 200092；2.上海嘉定新城污水處理有限公司，上海 201800)

為響應(yīng)國(guó)家、上海市和嘉定區(qū)的要求，該污水處理廠開展提標(biāo)改造工作。該廠位于上海市嘉定區(qū)西北部，服務(wù)范圍內(nèi)有部分工業(yè)企業(yè)，即進(jìn)入該廠的市政污水含有一定比例的工業(yè)廢水。該污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，原出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，主體工藝采用“AAO+混凝沉淀+過濾”工藝，于2016年投入運(yùn)行。

1 提標(biāo)改造工藝路線

1.1 進(jìn)水水質(zhì)分析

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)Tab.1 Designed Water Quality of the Influent

1.2 出水水質(zhì)分析

對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，各項(xiàng)指標(biāo)均可完全達(dá)標(biāo)。對(duì)照上海市地方排放標(biāo)準(zhǔn)要求，除了COD之外，其余各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)率均較低，分析結(jié)果如表2所示。

表2 出水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.2 Water Quality of the Effluent

注：括號(hào)內(nèi)為<12 ℃時(shí)的排放值

1.3 工程難點(diǎn)

對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和建設(shè)條件分析，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施主要有以下幾個(gè)工程難點(diǎn)：(1)進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大，出水水質(zhì)要求高；(2)廠區(qū)周邊已無征地條件，工程用地緊張；(3)工程實(shí)施期間需保證污水處理廠正常運(yùn)行，不減量，不降質(zhì)。

1.4 工藝方案確定

綜合考慮設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)率，由于進(jìn)水水質(zhì)濃度較高且不穩(wěn)定，出水水質(zhì)要求較高，需對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的去除進(jìn)行強(qiáng)化。對(duì)現(xiàn)狀廠內(nèi)已有設(shè)施進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，二級(jí)處理AAO生物反應(yīng)池HRT=16.1 h，SRT=17.8 d，有機(jī)物去除和脫氮除磷能力仍存在不足，因此，需再增加深度處理設(shè)施。

圖1 生物濾池工藝流程簡(jiǎn)圖 (a)曝氣生物濾池； (b)反硝化深床濾池。Fig.1 Process Flow Diagram of Biofilter (a)BAF； (b)Denitrification Deep Bed Biofilter

TP在常規(guī)二級(jí)生化處理過程中去除率有限，深度處理化學(xué)除磷是對(duì)出水達(dá)標(biāo)排放的保障，且本次提標(biāo)要求更為嚴(yán)格。因此，考慮在現(xiàn)狀高效沉淀池內(nèi)增加粉末活性炭投加措施，以增強(qiáng)無機(jī)磷的反應(yīng)速率和有機(jī)磷的吸附去除率。同時(shí)，粉末活性炭進(jìn)一步吸附去除污水中難降解有機(jī)物的濃度，通過后續(xù)反硝化深床濾池的過濾作用，可以保障出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。提標(biāo)改造工程工藝流程如圖2所示。

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

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 曝氣生物濾池設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)場(chǎng)用地限制，曝氣生物濾池采用組合集約化布置，將超細(xì)格柵、曝氣生物濾池、反沖洗廢水池、清水池及出水提升泵房和反沖洗風(fēng)機(jī)房組合建設(shè)。

曝氣生物濾池進(jìn)水前設(shè)置2臺(tái)孔徑1 mm的內(nèi)進(jìn)流式網(wǎng)板格柵，防止污水中的纖維雜質(zhì)進(jìn)入濾池內(nèi)部，減少濾池內(nèi)部的過濾阻力，減少反沖洗次數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用。從后期運(yùn)行效果來看，盡管曝氣生物濾池的進(jìn)水為二級(jí)處理二沉池的出水，但水中的纖維雜質(zhì)量仍不容小覷，因此，曝氣生物濾池前端超細(xì)格柵的設(shè)置很有必要。

濾池底部通過濾板和濾頭進(jìn)行布水布?xì)?，單格濾池的進(jìn)水管供常規(guī)進(jìn)水和反沖洗進(jìn)水公用，氣管供常規(guī)曝氣和反沖洗供氣公用，通過閥門切換管路。濾池的曝氣風(fēng)機(jī)采用一對(duì)一形式，以增強(qiáng)每格濾池運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和可控性，風(fēng)機(jī)氣量為26 m3/min，風(fēng)壓為0.08 MPa，8用2備。反沖洗為逐格進(jìn)行，因此，反沖洗系統(tǒng)風(fēng)機(jī)公用，單臺(tái)風(fēng)機(jī)氣量為75 m3/min，風(fēng)壓為0.085 MPa，2用1備。

反沖洗廢水池主要作用為容納生物濾池反沖洗廢水，減少該部分廢水對(duì)廠整體的水量沖擊，廢水池池容根據(jù)設(shè)計(jì)反沖洗強(qiáng)度和反沖洗時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，并取一定富余系數(shù)。廢水池內(nèi)設(shè)置攪拌器2臺(tái)，防止廢水中雜質(zhì)沉積；設(shè)置排水泵3臺(tái)，單臺(tái)流量為500 m3/h，2用1備，運(yùn)行中于每天污水處理廠進(jìn)水低峰時(shí)排至進(jìn)水端。清水池主要作用為反沖洗泵和出水提升泵的前池，保證水泵正常運(yùn)行。反沖洗泵參數(shù)根據(jù)反沖洗強(qiáng)度計(jì)算，單臺(tái)流量為500 m3/h，揚(yáng)程為12 m，2用1備。

曝氣生物濾池整體布置在滿足上述各個(gè)功能的基礎(chǔ)上，充分利用整體空間，8格濾池分為兩排對(duì)稱布置，中部空間上部設(shè)計(jì)為配水、廢水渠道，下部設(shè)計(jì)為管廊；濾池右側(cè)設(shè)置廢水池和清水池，均為地下結(jié)構(gòu)，上部設(shè)置為設(shè)備間和設(shè)備平臺(tái)，總體布置如圖3所示。

圖3 曝氣生物濾池平面布置圖Fig.3 Layout of the BAF

2.2 深床濾池設(shè)計(jì)

用于系統(tǒng)反硝化深度處理的生物濾池為對(duì)已建的深床濾池進(jìn)行改造，依然采用下向流，單池面積為92.27 m2，共8池，原僅考慮過濾作用使用。本次改造增加進(jìn)水碳源投加系統(tǒng)，對(duì)濾料進(jìn)行掛膜，使深床濾池兼具過濾和反硝化功能。

深床濾池采用石英砂濾料，粒徑為1.7～3.35 mm，濾料厚度為1.83 m?？沾矠V速為5.64 m/h，高峰濾速為7.34 m/h，強(qiáng)制濾速為8.39 m/h。

2.3 高效沉淀池設(shè)計(jì)

高效沉淀池為已建，1池2組，絮凝區(qū)停留時(shí)間為16.2 min，沉淀區(qū)表面負(fù)荷為13.5 m3/(m2·h)。為強(qiáng)化絮體形成和有機(jī)磷去除，于絮凝區(qū)增加粉末活性炭投加點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)初期相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)粉末活性炭最大投加量為80 mg/L。粉末活性炭采用料倉(cāng)儲(chǔ)存，經(jīng)攪拌溶解后由計(jì)量泵精確控制投加。

2.4 不停產(chǎn)施工設(shè)計(jì)

本工程主要新建污水處理構(gòu)筑物為曝氣生物濾池，管道切改涉及進(jìn)水和出水兩處。為實(shí)現(xiàn)施工期間污水處理廠正常運(yùn)行，待新建構(gòu)筑物和新建管道完成后，短時(shí)停水于切改點(diǎn)處快速完成管道連通。同時(shí)，合理設(shè)置進(jìn)出水閘門，實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)配。

3 調(diào)試運(yùn)行

3.1 單系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

圖4 曝氣生物濾池(a)和反硝化深床濾池(b)調(diào)試結(jié)果Fig.4 Test Results of BAF (a) and Denitrification Deep Bed Biofilter (b)

反硝化深床濾池于2018年4月初進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，氣溫為11～20 ℃，調(diào)試結(jié)果如下。調(diào)試第1 d基本未表現(xiàn)出反硝化效果，主要是因?yàn)槲赐都犹荚?，微生物均為新掛生物膜，?nèi)碳源的利用速率極低。以后幾天投加碳源，在保證出水COD維持在30～40 mg/L的前提下，深床濾池逐步表現(xiàn)出反硝化能力，在進(jìn)水TN≤17.0 mg/L時(shí)，均能保證出水TN在10 mg/L左右。

3.2 全廠運(yùn)行結(jié)果

采用該污水處理廠調(diào)試4個(gè)月的進(jìn)出水運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)如圖5、表3所示。由圖5、表3可知，進(jìn)水水質(zhì)較2016年有所改善，但各項(xiàng)指標(biāo)仍明顯高于典型市政污水處理廠的進(jìn)水濃度。提標(biāo)改造工程逐步調(diào)試投運(yùn)后，全廠出水水質(zhì)能夠滿足設(shè)計(jì)出水水質(zhì)，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖5 進(jìn)出水水質(zhì)分析Fig.5 Water Quality Analysis of Influent and Effluent

表3 進(jìn)水實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(2018.02—2018.06)Tab.3 Water Quality of the Influent (2018.02—2018.06)

4 經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資21 130.59萬(wàn)元，其中，第一部分投資為17 507.13萬(wàn)元。經(jīng)測(cè)算，本項(xiàng)目污水處理提標(biāo)改造增加單位處理成本為0.50元/(m3污水)，其中，單位處理可變成本為0.22元/(m3污水)。

5 結(jié)論

該污水處理廠提標(biāo)改造工程在常規(guī)二級(jí)生化處理基礎(chǔ)上采用后續(xù)“曝氣生物濾池+高效沉淀池+深床濾池”的組合深度處理工藝，輔以投加粉末活性炭，同步強(qiáng)化生物處理及化學(xué)除磷，保證了出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到上海市地方排放標(biāo)準(zhǔn)(上海市環(huán)保局133號(hào)文)。設(shè)計(jì)中統(tǒng)籌考慮集約化布置，僅增加用地約2 700 m2，并實(shí)現(xiàn)工程實(shí)施過程中污水處理廠的正常運(yùn)行。在全國(guó)污水處理廠廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)、提標(biāo)改造，出水要求達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量準(zhǔn)IV類的趨勢(shì)下，本工程的成功實(shí)施具有一定的借鑒意義和參考價(jià)值。