三峽庫區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程應(yīng)用實(shí)例

陳貴生，楊仁凱，張 華，張 雙

（1．重慶市三峽水務(wù)有限責(zé)任公司，重慶 400020；2.重慶水務(wù)集團(tuán)股份有限公司，重慶 400015；3．重慶市排水有限公司白含污水處理廠，重慶 400020）

0 引言

污水處理廠是城市重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是水污染治理體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水體納污能力嚴(yán)重不足，水環(huán)境形勢嚴(yán)峻[2]。2015年，國家出臺了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求

敏感區(qū)域城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)全面達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。為滿足環(huán)保要求，保護(hù)三峽庫區(qū)水環(huán)境，重慶市政府及相關(guān)部門要求對全市36 座污水處理廠開展提標(biāo)改造工作。三峽庫區(qū)某污水處理廠采用改良型氧化工藝，原設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 一級B 標(biāo)準(zhǔn)，其中SS，TP，

TN 無法穩(wěn)定達(dá)一級A 標(biāo)準(zhǔn)，因此亟需進(jìn)行提標(biāo)改造。該廠在優(yōu)化工藝運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，采取了新建缺氧池、新增濾布濾池、改造回流系統(tǒng)等措施。

1 污水處理廠現(xiàn)狀及存在問題

1.1 污水處理廠現(xiàn)狀

三峽庫區(qū)某污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為3×104m3/d，采用改良型氧化溝工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行出水水質(zhì)執(zhí)行GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B 標(biāo)準(zhǔn)。目前該廠平均處理水量為2.4×104m3/d，最大處理水量為4.0×104m3/d。改造前實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。由表1 可知，出水各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)一級B 標(biāo)準(zhǔn)，其中COD，BOD，NH3-N 基本能達(dá)一級A 標(biāo)準(zhǔn)，但SS，TN，TP 一級A 標(biāo)達(dá)標(biāo)率較低，分別為79.3%，83.3%，55%。

表1 改造前進(jìn)、出水水質(zhì) mg·L-1

1.2 改造前存在問題

（1）脫氮問題。每年1月～3月出水TN 不能達(dá)一級A 標(biāo)準(zhǔn)，主要原因可能是冬季水溫較低，低溫條件降低了生物脫氮速率[3]。同時(shí)該廠采用的是改良型氧化溝工藝，該工藝無獨(dú)立的缺氧區(qū)，反硝化細(xì)菌無生存條件，生物脫氮效果差[4]。經(jīng)復(fù)核，生化池總停留時(shí)間為11.17 h（實(shí)際需要停留時(shí)間為13 h），現(xiàn)狀生化池容積偏小，滿足不了一級A 標(biāo)準(zhǔn)所需容積要求。

（2）除磷問題。根據(jù)張亞勤[5]研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水TP質(zhì)量濃度為4.0 mg/L 時(shí)，在正常情況下，通過生物脫氮除磷工藝，可將出水ρ（TP）控制在1.0 mg/L，僅僅依靠生物除磷無法將出水ρ（TP）控制在0.5 mg/L 以下，因此需增加化學(xué)除磷裝置。據(jù)了解，該廠在生化池出水口通過臨時(shí)間歇性投加除磷劑，但由于未設(shè)置計(jì)量系統(tǒng)，除磷效果不穩(wěn)定，出水ρ（TP）在0.1～1.48 mg/L 范圍內(nèi)波動(dòng)。

（3）SS 問題。常規(guī)的二級生物處理，在運(yùn)行良好的脫氮除磷工藝中，二沉池出水SS 質(zhì)量濃度在部分時(shí)段可以達(dá)到10 mg/L[6-7]，但由于該廠進(jìn)水水質(zhì)、水量存在波動(dòng)，實(shí)際出水SS 質(zhì)量濃度在6～12 mg/L之間，要想出水SS 穩(wěn)定達(dá)一級A 標(biāo)準(zhǔn)，需采用混凝沉淀或過濾工藝進(jìn)行深度處理，深度處理工藝在去除SS 的同時(shí)，在一定程度上也會降低出水COD，BOD，TP，TN。

因此，本次提標(biāo)改造重點(diǎn)是提高TN，TP，SS 去除率。

2 提標(biāo)改造方案

2.1 提標(biāo)改造后設(shè)計(jì)水質(zhì)

由于該污水處理廠建于2003年，隨著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活習(xí)慣改變，原設(shè)計(jì)水質(zhì)與實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)存在差異，為確保污水處理廠運(yùn)行正常及出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)考慮運(yùn)行工況的不可預(yù)見性，本次提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)不低于實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)覆蓋率的85%，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造后的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表2。

2.2 提標(biāo)改造工藝選擇

提標(biāo)改造工藝應(yīng)優(yōu)先采用低能耗、處理效果穩(wěn)定可靠、簡便易行的成熟工藝，工程投資少、運(yùn)行成本低，且對原污水處理廠改動(dòng)較小，盡量不影響污水處理廠生正常生產(chǎn)[8-9]。結(jié)合該污水處理廠實(shí)際情況，本次提標(biāo)改造選用濾布濾池工藝，依靠濾布對水中有機(jī)物和SS 的攔截作用，去除水中的固體顆粒物質(zhì)。同時(shí)新增缺氧池和改造氧化溝內(nèi)回流系統(tǒng)，增加缺氧區(qū)停留時(shí)間，充分利用厭氧區(qū)形成的厭氧環(huán)境，增強(qiáng)脫氮除磷效果。該污水處理廠提標(biāo)改造的主要內(nèi)容有：新建缺氧池、中間提升泵房、濾布濾池，對氧化溝內(nèi)回流系統(tǒng)和二氧化氯加藥間進(jìn)行改造。

2.3 提標(biāo)改造后的工藝流程

提標(biāo)改造后的工藝流程見圖1。污水經(jīng)粗格柵、細(xì)格柵后進(jìn)入旋流沉砂池進(jìn)行砂水分離，沉砂池出水進(jìn)入新建混合池，與污泥混合液混合后，進(jìn)入新建缺氧池進(jìn)行脫氮，污水經(jīng)缺氧池脫氮后進(jìn)入改良型氧化溝進(jìn)行生化反應(yīng)，去除有機(jī)物、TN、TP 等污染物。隨后進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，二沉池出水再進(jìn)入新建中間提升泵站提升水頭，之后進(jìn)行濾布濾池進(jìn)行過濾，進(jìn)一步去除懸浮物及TP，再進(jìn)入消毒池經(jīng)二氧化氯消毒后達(dá)標(biāo)排放。二沉池剩余污泥泵送至儲泥池，經(jīng)帶式脫水機(jī)脫水后，外運(yùn)至水泥窯協(xié)同焚燒處置。

圖1 提標(biāo)改造后的工藝流程

2.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）混合池：新建混合池1 座，L×B×H=4.0 m×4.0 m×4.0 m，有效容積64 m3。主要作用是將進(jìn)水與內(nèi)回流污泥進(jìn)行充分混合。

（2）缺氧池：為強(qiáng)化生物反硝化效果，同時(shí)消除硝酸鹽對厭氧區(qū)聚磷菌的不利影響，新建缺氧池一座，缺氧池尺寸L×B×H=40 m×10 m×6 m，有效容積2 400 m3。主要設(shè)備：潛水推流器2 臺，Φ2 500 mm，N=4.3 kW，溶解氧檢測儀1 臺，污泥濃度計(jì)1臺。

（3）中間提升泵站及濾布濾池：由于提標(biāo)改造新增構(gòu)筑物，為保證足夠的水頭，需增加一座中間提升泵站，中間提升泵站規(guī)模按3.0×104m3/d，中間提升泵站與濾布濾池合建。中間提升泵站尺寸L×B×H=10.0 m×10.8 m×5.0 m，配備中間提升泵3 臺，2 用1 備，單臺提升泵Q=810～972 m3/h，H=3.20～5.40 m，N=22 kW。濾布濾池去污機(jī)理為淺層過濾，具有占地面積小，表面負(fù)荷高，管理維護(hù)方便的特點(diǎn)[10-11]。在去除二沉池出水中SS 的同時(shí)，也可以除去以SS形式存在的COD，BOD 及TP，是保證出水達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵工藝段。新建濾布濾池1 座，分2 組，單組濾池外形尺寸L×B×H=6.0 m×3.5 m×3.4 m，單組濾盤12 片，直徑2.5 m，過濾面積8.8 m2，平均濾速為5.92 m/h，設(shè)計(jì)最大濾速8.58 m/h。配備反沖洗泵4 臺，Q=50 m3/h，H=7 m，N=2.2 kW。

（4）氧化溝改造：在改良型氧化溝出水口下游新增混合液回流泵，并對相關(guān)管道進(jìn)行改造，將混合液回流至混合井?；旌弦夯亓鞅貌捎幂S流泵，設(shè)計(jì)回流比200%，單組生化池配備3 臺，2 用1 備，單臺泵Q=650 m3/h，H=3.0 m，N=16 kW。

（5）二氧化氯加藥間改造：在原有加氯間預(yù)留位置上，新增一臺二氧化氯發(fā)生器，有效氯產(chǎn)量為20 kg/h，功率4.5 kW。新增氯酸鈉溶液儲罐1 個(gè)，容積1 m3，新增鹽酸溶液儲罐1 個(gè)，容積1 m3，新增100 kg 氯酸鈉化料器1 個(gè)。

3 運(yùn)行參數(shù)控制及運(yùn)行效果

3.1 工藝運(yùn)行參數(shù)控制

采用濾布濾池工藝對該廠進(jìn)行提標(biāo)改造后，為充分發(fā)揮各工藝段的處理能效，保證出水TP，TN，SS穩(wěn)定達(dá)一級A 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)摸索，總結(jié)出以下工藝運(yùn)行控制方式：

（1）TN 去除盡量在生化池完成，采用多點(diǎn)進(jìn)水方式，三分之二的原水與混合液進(jìn)入缺氧池，使反硝化反應(yīng)優(yōu)先獲得碳源，加強(qiáng)了脫氮能力，三分之一原水進(jìn)入?yún)捬醭?，保證厭氧區(qū)微生物對碳源的需求。

（2）生化池污泥質(zhì)量濃度控制在3 500～5 000 mg/L，混合液回流比控制在100%～200%，二沉池外回流控制在50%～100%之間，低溫時(shí)增加混合液回流比至150%，增加反硝化菌總量，缺氧池硝態(tài)氮質(zhì)量濃度控制在8.0 mg/L 以下，較高時(shí)可外加碳源和提高泥齡增強(qiáng)反硝化效果。

（3）好氧區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度維持在2.0 mg/L 左右，確保良好的硝化反應(yīng)，同時(shí)控制缺氧區(qū)溶解氧低于0.5 mg/L，保證良好的缺氧環(huán)境。

（4）通過隔膜計(jì)量泵將除磷劑（聚合硫酸鐵）投加量控制在40～90 g/m3，根據(jù)進(jìn)水水量和出水TP指標(biāo)隨時(shí)調(diào)整。

（5）設(shè)定濾布濾池反沖洗液位，當(dāng)液位高于3.0 m 時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)反沖洗泵，確保濾布的過水能力。

3.2 運(yùn)行效果分析

提標(biāo)改造工程于2018年初完工，經(jīng)過幾個(gè)月的摸索試運(yùn)行，自2018年8月以后處理系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定期，各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。實(shí)施提標(biāo)改造后的2018年8月至2019年7月實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)見表3。

表3 提標(biāo)改造后進(jìn)水、出水水質(zhì)

由表3 可知：

（1）TN，COD，BOD 的變化。提標(biāo)改造前，由于該工藝無獨(dú)立缺氧區(qū)，反硝化效果較差，平均出水ρ（TN）為15.6 mg/L。提標(biāo)改造后，新增了獨(dú)立缺氧區(qū)，同時(shí)對內(nèi)回流系統(tǒng)進(jìn)行改造，使硝化液在缺氧池中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，平均出水ρ（TN）為7.4 mg/L，ρ（TN）去除下降了8.2 mg/L，TN 去除率由原來的65.07%提升至82.08%，提高了17%。由于新增缺氧池，增大了生化系統(tǒng)的停留時(shí)間，BOD，COD 在生化系統(tǒng)中進(jìn)一步去除，因此出水BOD，COD 較提標(biāo)前也有一定程度降低。

（2）SS，TP 的變化。提標(biāo)改造前，出水SS 和TP一級A 達(dá)標(biāo)率分別為79.3%，55%，新增濾布濾池和精確控制除磷劑投加后，出水平均ρ（SS）和ρ（TP）分別為6.0，0.13 mg/L，遠(yuǎn)低于一級A 標(biāo)準(zhǔn)。濾布的攔截作用，對COD，BOD，TN，TP 的去除也有一定的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

針對三峽庫區(qū)某污水處理廠出水SS，TN，TP 不能達(dá)一級A 標(biāo)情況，選擇了 “新增缺氧池+濾布濾池”作為本工程提標(biāo)改造工藝。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，處理效果良好，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造后進(jìn)一步降低了污染物排放量，對保護(hù)三峽庫區(qū)水環(huán)境有著積極的作用。同時(shí)對于進(jìn)水TN，TP，SS 易超標(biāo)的污水處理廠，通過采用新增缺氧池+濾布濾池這種改動(dòng)小、成本低、占地面積少的提標(biāo)改造方式是可行的，對同行業(yè)類似污水處理廠提標(biāo)改造具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。