某改良AAO工藝污水處理廠不停產(chǎn)提標(biāo)擴(kuò)容工程設(shè)計案例

吳桂菊，張 強，韓 超，李金印

(中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司四川分院，四川成都 610000)

為進(jìn)一步改善岷江、沱江流域水環(huán)境質(zhì)量，四川省環(huán)境保護(hù)廳、四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布了四川省強制性地方標(biāo)準(zhǔn)《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 51/2311—2016)。規(guī)范規(guī)定，重點控制區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放濃度限值執(zhí)行規(guī)范中表1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)于一級A，接近地表IV類。

某改良AAO污水處理廠原有規(guī)模為5×104m3/d，出水水質(zhì)為一級A。根據(jù)上位規(guī)劃和實際進(jìn)水量，急需擴(kuò)容，擴(kuò)建規(guī)模為2×104m3/d，擴(kuò)容后總規(guī)模達(dá)到7×104m3/d。出水執(zhí)行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

1 進(jìn)出水及存在問題

1.1 進(jìn)出水分析

根據(jù)近年數(shù)據(jù)，2015年、2016年第三季度進(jìn)水水量分別為5.30萬t/d和5.33萬t/d，超過設(shè)計規(guī)模5萬t/d，污水處理廠存在超負(fù)荷運行的情況；2017年三季度和四季度水量分別為5.50萬t/d和5.26萬t/d，超負(fù)荷運行狀態(tài)較前兩年加重。污水處理廠2015年—2017年進(jìn)水水量如表1所示。

表1 實際進(jìn)水水量Tab.1 Practical Influent Quantity

污水進(jìn)水顏色異常，呈墨綠色，含動植物油，生化池好氧區(qū)有大量泡沫，厭氧缺氧區(qū)活性污泥成片上浮，圖1為現(xiàn)場進(jìn)水情況。

圖1 現(xiàn)場進(jìn)水情況Fig.1 Diagram of Water Inflow

2015年、2016年污水處理廠進(jìn)水COD均明顯高于2017年，2017年進(jìn)水COD減小，可能是環(huán)保督查較嚴(yán)使企業(yè)偷排減少。污水處理廠2015年—2017年實際進(jìn)出水水質(zhì)(年均值)如表2所示。

表2 實際進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Practical Influent and Effluent Quality

1.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

原污水處理廠出水基本能滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)后出水需執(zhí)行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Designed Influent and Effluent Quality

注：括號內(nèi)為溫度≤12 ℃時的排放限值

1.3 存在問題

現(xiàn)狀污水處理廠以改良AAO工藝為主，工藝流程為“粗格柵間及提升泵房+細(xì)格柵間及曝氣沉砂池+改良AAO生化池+網(wǎng)格絮凝池及斜管沉淀池+接觸消毒池”。目前，該污水處理廠主要存在以下問題。

(1)污水處理廠經(jīng)常超負(fù)荷運行，現(xiàn)狀設(shè)施處理能力不足，急需擴(kuò)建污水處理廠規(guī)模，盡可能實現(xiàn)不停產(chǎn)改造。

(3)原生化池缺氧段停留時間為3.1 h，不能充分反硝化；原混合液回流比為100%～200%，脫氮效率不夠高；原鼓風(fēng)機曝氣量較小，氣水比約為5∶1，硝化反應(yīng)不充分。

2 工藝設(shè)計

2.1 工藝流程

(1)一級處理增設(shè)平流初沉池

針對因工業(yè)污水偷排導(dǎo)致污染物增加，構(gòu)筑物負(fù)荷波動過大的情況，設(shè)置平流初沉池。

(2)減產(chǎn)提標(biāo)、強化二級處理

為滿足新的出水要求，對原生物池提出減產(chǎn)提標(biāo)的思路，通過減少原生物池的處理水量，降低污染物負(fù)荷，從而提升出水水質(zhì)。將減少的處理能力納入到新建生物處理池中，使總規(guī)模達(dá)到7×104m3/d。

提標(biāo)后，原生化池部分設(shè)計參數(shù)已不能滿足新的水質(zhì)要求。需調(diào)節(jié)以下設(shè)計參數(shù)：①降低生化池進(jìn)水量，從5萬t/d降至4萬t/d，增加水力停留時間，保證缺氧段停留時間大于4 h；②將內(nèi)回流比從100%～200%增加至300%～400%，提高脫氮效率；③增大好氧池曝氣量，將氣水比從5∶1提高至7∶1，使硝化反應(yīng)更充分。

(3)增加后續(xù)處理單元

同時，增設(shè)深度處理設(shè)施，進(jìn)一步去除TP和SS。

根據(jù)改造思路，本次提出3個方案進(jìn)行技術(shù)比選。①硝化生物濾池+高密度沉淀池+回轉(zhuǎn)式精密過濾；②MBR膜池；③后置好氧生物膜池+高密度沉淀池+回轉(zhuǎn)式精密過濾。方案比選如表4所示。

由表4可知，方案③具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行費用低、維護(hù)管理方便、抗沖擊能力好和設(shè)備利用率高的優(yōu)點。因此，推薦采用“后置好氧生物膜池+高密度沉淀池+回轉(zhuǎn)式精密過濾”工藝。

綜上，本項目采用“平流初沉池+改良AAO生化反應(yīng)池+后置好氧生物膜池+高效沉淀池+精密過濾”工藝。工藝流程如圖2所示，水質(zhì)削減如表5所示。

表4 方案比較Tab.4 Comparison of Schemes

圖2 工藝流程圖Fig.2 Flow Chart of the Project

表5 水質(zhì)削減表Tab.5 Reduction Scheme of Water Quality

注：括號內(nèi)為溫度≤12 ℃時的排放限值

2.2 主要工程內(nèi)容

項目主要工程內(nèi)容如表6所示。主要構(gòu)筑物包括細(xì)格柵及曝氣沉砂池、平流初沉池、改良AAO生化池、二沉池、中途提升泵站、后置好氧生物膜池、高效沉淀池、精密過濾池等。

(1)粗格柵井及污水提升泵房

經(jīng)復(fù)核，原土建滿足提標(biāo)擴(kuò)容需要，設(shè)備不滿足備用需求。污水提升泵房需增加1臺潛水泵作為備用。

表6 主要設(shè)計參數(shù)Tab.6 Main Design Parameters

潛水泵Q=480 m3/h，揚程H=19 m，水泵功率N=45 kW。

(2)細(xì)格柵及曝氣沉砂池(新建1組)

原有1座細(xì)格柵曝氣沉砂池，再增加1組細(xì)格柵曝氣沉砂池。尺寸為30.6 m×8.2 m×7.33 m，半地下式，深度為3.38 m。

細(xì)格柵過柵流速Vmax=0.62 m/s；曝氣沉砂池水平流速為0.1 m/s，有效沉淀區(qū)HRT=6.46 min，砂斗HRT=2 d，曝氣量為0.2 m3空氣/(m3污水)。

(3)平流初沉池(新建)

新建1座平流初沉池，分4組。尺寸為44.2 m×40.7 m×6.5 m，半地下式，平均水深為4.78 m，地下為2.63 m。初沉池可去除污水中的可沉物和漂浮物。初沉池進(jìn)水槽設(shè)置網(wǎng)版格柵可進(jìn)一步去除污水中懸浮雜質(zhì)。初沉池內(nèi)附設(shè)二次提升泵池，內(nèi)設(shè)潛污泵4臺(3用1備)，單臺泵Q=1 000 m3/h，H=4.5 m，N=18.5 kW；

表面負(fù)荷為3.0 m3/(m2·h)；沉淀時間為1.9 h；有效水深為3.0 m；4 h排泥一次。

(4)改良AAO生化池(改建+新建)

改建原生化池，降低原生化池進(jìn)水量，2組生化池總規(guī)模從5萬t/d降至4萬t/d，提高水力停留時間；更換好氧池硝化液回流泵，并回流至缺氧池前端，加大硝化液回流比；加大好氧段曝氣量。

改造后設(shè)計參數(shù)如下。

一階段設(shè)計規(guī)模由2萬m3/d降低到1.8萬m3/d?；旌弦簼舛葹? 500 mg/L；污泥齡為19.1 d；總HRT為14.6 h；選擇區(qū)為480.3 m3、0.64 h；厭氧區(qū)為1 212.7 m3、1.62 h；缺氧區(qū)為3 282.3 m3、4.38 h；好氧區(qū)為5 961.6 m3、7.95 h。剩余污泥排放量為2 880 kg/d；剩余污泥排放濃度為9 000 mg/L；污泥回流比為100%；混合液回流比為300%～400%。

二階段設(shè)計規(guī)模由3萬m3/d降低到2.2萬m3/d。混合液濃度為4 500 mg/L；污泥齡為19.1 d；總HRT為16.9 h；選擇區(qū)為310 m3、0.68 h；厭氧區(qū)為940 m3、2.05 h；缺氧區(qū)為1 950 m3、4.25 h；好氧區(qū)為4 550 m3、9.92 h。剩余污泥排放量為3 520 kg/d；剩余污泥排放濃度為9 000 mg/L，污泥回流比為100%；混合液回流比為300%～400%。

新建設(shè)計規(guī)模為3.0×104m3/d的生化池，一座2組，尺寸為79.5 m×38.4 m×7.25 m，平均水深為6.05 m，池高為7.25 m?？侶RT為14.16 h；選擇區(qū)HRT=0.52 h；厭氧區(qū)HRT=1.55 h；缺氧區(qū)HRT=4.8 h；好氧區(qū)HRT=7.29 h?；旌弦簼舛葹? 500 mg/L，混合液回流比為300%～400%；污泥齡為20.6 d，污泥回流比為100%。曝氣系統(tǒng)采用盤式微孔曝氣器，氣水比為7∶1。

(5)二沉池及回流井(新建1座)

新建二沉池1座，采用中進(jìn)周出輻流式，直徑為40 m，池邊水深為4.50 m，池高為5.1 m。峰值流量時表面負(fù)荷為1.21 m3/(m2·h)，平均流量時表面負(fù)荷為0.91 m3/(m2·h)。

新建污泥回流泵井1座，尺寸為6 m×4 m×5.4 m。設(shè)置回流污泥泵3臺，2用1備，Q=630 m3/h，H=2.5 m；剩余污泥泵2臺，Q=75 m3/h，H=10 m。

(6)中途提升泵站(改建)

拆除原絮凝沉淀池斜管、出水堰等安裝設(shè)備。安裝污水提升泵3臺，Q=500 m3/h，H=6.0 m，N=15 kW；安裝污水提升泵4臺，Q=1 000 m3/h，H=6.0 m，N=30 kW。

(7)后置好氧生物膜池(新建)

1座2組，尺寸為30.5 m×21.7 m×7.9 m，上升流速為9.17 m/h，填料為3 127 m3。

設(shè)置5 000 mm×2 800 mm曝氣系統(tǒng)40套，直徑為2.5 m攪拌器2套，DN1000×7 000 mm填料攔截系統(tǒng)16套，布水系統(tǒng)DN650×8 600 mm 16套。

(8)高密度沉淀池(新建)

1座2組，尺寸為31.0 m×29.3 m×8 m。斜管上升流速為9.7 m3/(m2·h)，在高效沉淀池混合區(qū)投加PAC和PAM， PAC投加量為20～40 mg/L，PAM投加量為1～2 mg/L。

(9)精密過濾池(新建)

1座，尺寸為21.2 m×11.8 m×2.6 m，進(jìn)水水質(zhì)要求SS≤20 mg/L，濾速為210 m3/(m2·h)，反洗水量小于3%，連續(xù)反沖洗。

設(shè)置4組轉(zhuǎn)鼓微過濾，半浸沒式成套設(shè)備。過濾介質(zhì)濾網(wǎng)，材質(zhì)為316 L，濾網(wǎng)絲徑必須大于孔徑。配驅(qū)動電機1臺，反沖洗水泵1臺。

(10)接觸消毒池與出水渠(新建)

1座，尺寸為26.8 m×18 m×4.0 m。

停留時間：HRT=0.5 h；有效水深：H=3.5 m；殺菌指標(biāo)：≤1 000個大腸桿菌數(shù)/L。

增加加氯間二氧化氯發(fā)生器1臺，型號為20 kg/h，原2臺10 kg/h設(shè)備發(fā)生器作為備用。

巴式計量槽：選用測量范圍為25～1 100 L/s的咽喉式巴式計量槽，喉寬為0.75 m。

(11)加藥間(新建)

包括乙酸鈉加藥間和碳酸氫鈉加藥間。

乙酸鈉加藥間尺寸為11.9 m×6.5 m×5.0 m，投加量為2 574 kg/d，投加點位于后置好氧生物膜反應(yīng)池。

設(shè)置1座兩格儲液池，考慮5 d的備用量，有效池容為40 m3，尺寸為5.3 m×3 m×3.0 m。

設(shè)乙酸鈉進(jìn)料泵1臺，Q=15 m3/h，H=20 m，N=2.2 kW。設(shè)置乙酸鈉加藥計量泵2臺，1用1備，變頻控制，Q=0～500 L/h，H=30 m，N=0.37 kW。

碳酸氫鈉加藥間尺寸為8.0 m×6.5 m×5.0 m，投加量為40～50 mg/L，投加點位于生化池缺氧段。

設(shè)置1座2格儲液池，有效池容為40 m3，尺寸為5.3 m×3 m×3.0 m。

碳設(shè)酸氫鈉加藥計量泵3臺，2用1備，變頻控制，Q=0～500 L/h，H=30 m，N=0.37 kW。

(12)鼓風(fēng)機房(新建)

由于原來鼓風(fēng)機老化，風(fēng)量略顯不足，且噪音較大，擬本次工程更換此4臺鼓風(fēng)機，且該鼓風(fēng)機房中不能放置其他鼓風(fēng)機，故需新增鼓風(fēng)機房，增加鼓風(fēng)機供其余區(qū)域風(fēng)量。新建鼓風(fēng)機房尺寸為32.4 m×8.7 m×7.8 m(含配電房)。

氧利用率為20%，二級好氧池新增150 m3/min，后置好氧生物膜池45 m3/min。

新增生化池曝氣鼓風(fēng)機3臺，采用磁懸浮鼓風(fēng)機Q=75 m3/min，P=7.5 m，N=106 kW，2用1備；新增后置好氧生物膜池鼓風(fēng)機3臺，采用磁懸浮鼓風(fēng)機Q=30 m3/min，P=8.5 m，N=55 kW，2用1備；

替換原一期已建生化池曝氣鼓風(fēng)機，改為3臺，采用磁懸浮鼓風(fēng)機Q=110 m3/min，P=7.5 m，N=220 kW，2用1備。

(13)脫水機房(新建)

脫水機房尺寸為19.2 m×12 m×6.0 m；新增帶式濃縮脫水一體機2臺，400 kg Ds/h，帶寬為2 m。

(14)除臭系統(tǒng)(新建)

新建2套除臭裝置。

Q1=80 000 m3/h，設(shè)備尺寸為19.9 m×9.4 m×3.0 m。

Q2=100 000 m3/h，設(shè)備尺寸為19.9 m×9.4 m×3.0 m。

3 不停產(chǎn)改造

在一般的生產(chǎn)保障措施中，施工時序和臨時管道設(shè)施屬于比較重要的措施[4]。為實現(xiàn)項目的不停產(chǎn)改造，本項目施工總體原則是先施工新建構(gòu)筑物，其次是安裝新增設(shè)備、更換設(shè)備，然后是封堵部分管線、做好臨時應(yīng)急措施，接著敷設(shè)及改造生產(chǎn)管線，待深度處理構(gòu)筑物聯(lián)動試車后接通二沉池出水管線，待所有調(diào)試及試運行完成后切斷原出水管。具體保障措施如下。

(1)在新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池和初沉池完成后，應(yīng)先將原細(xì)格柵曝氣沉砂池出水管和生化池進(jìn)水管封堵，采用臨時水泵將出水抽至原有生化池，待工藝生產(chǎn)管線敷設(shè)改造完成后，接通新建管線運行。

(2)在安裝鼓風(fēng)機時，應(yīng)保障原AAO生化池不受影響，在設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行主風(fēng)管的安裝切換。

(3)深度處理構(gòu)筑物應(yīng)在完成施工并聯(lián)動試車后，接通二沉池出水管；原管線不進(jìn)行封堵，待所有調(diào)試及試運行完成后切斷原出水管。

(4)電氣自控改造時，部分設(shè)備可采用臨時手動運行，電氣設(shè)備可租用電氣設(shè)備進(jìn)行臨時生產(chǎn)。

4 結(jié)論