復(fù)雜水質(zhì)條件下的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程

李 燕

(大連市水務(wù)集團(tuán)工程建設(shè)有限公司，遼寧大連116011)

隨著城市建設(shè)的推進(jìn)，城鎮(zhèn)居民生活污水由原來的分散排放形式逐步發(fā)展成為有配套管線的集中排放形式，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的污水產(chǎn)量也日益增加。污水由原來的局部產(chǎn)生、分散排放逐步演變?yōu)榧惺占幚砗蠼y(tǒng)一排出。由于集中排放污水的水量與水質(zhì)均超過了水體的自凈能力，因此受納水體的局部水域污染嚴(yán)重，且污染范圍持續(xù)擴(kuò)大，使局部生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，水體環(huán)境問題日益突出。

現(xiàn)階段部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)可將廢水通過市政管網(wǎng)排入城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行處理。由于工業(yè)廢水水質(zhì)復(fù)雜，污染物含量高，增加了污水處理難度；另一方面，部分污水廠現(xiàn)有的生物處理設(shè)施老化嚴(yán)重，生化系統(tǒng)的處理能力有限，因此在該進(jìn)水水質(zhì)條件下的污水廠出水往往不能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造是實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水全面達(dá)到要求的必要措施。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠的升級改造對于提升水廠處理能力，降低處理成本，改善生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。筆者以大連營城子污水處理廠提標(biāo)改造為例，介紹了其工藝升級改造的方案選擇和實(shí)施情況，并分析了初期運(yùn)行效果，以期為城鎮(zhèn)污水處理廠達(dá)標(biāo)改造提供技術(shù)參考。

1 污水處理廠原有工藝

營城子污水處理廠位于大連營城子工業(yè)園區(qū)北部，金龍河出海口以南，建設(shè)用地面積為1.12 hm2，污水廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為10 000 m3/d。該項(xiàng)目于2009年6月開工建設(shè)， 2012年6月通水試運(yùn)行。目前，由于機(jī)械加工、制藥、食品加工等各種工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢水水量大、水質(zhì)差、成分復(fù)雜，處理難度較大。同時(shí)污水廠現(xiàn)有的處理設(shè)施老化嚴(yán)重，因此需要對營城子污水處理廠進(jìn)行升級改造，使其出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 改造方案選擇

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

目前，營城子污水處理廠的生化處理單元采用CWSBR工藝，共設(shè)有2座生化池，單池設(shè)計(jì)處理能力為5 000 m3/d。根據(jù)近幾年進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，污水廠的實(shí)際進(jìn)水與設(shè)計(jì)水質(zhì)相比，成分復(fù)雜且波動(dòng)較大，當(dāng)前工藝無法保證處理水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。按照要求，進(jìn)水水質(zhì)按照最新下水道標(biāo)準(zhǔn)上限進(jìn)行設(shè)計(jì)(除TP外)，見表1。

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

2.2 存在的問題

在新的進(jìn)水水質(zhì)要求下，原生化系統(tǒng)無法滿足需求。主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

① 生化池原設(shè)計(jì)運(yùn)行周期為5.2 h，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為2 617 m3/h，每個(gè)周期的曝氣時(shí)間為2.6 h。厭氧反應(yīng)時(shí)間為0.64 h。為滿足改造后的進(jìn)水水質(zhì)要求，在不改變生化池池容和風(fēng)機(jī)風(fēng)量的情況下，只能通過延長周期反應(yīng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。曝氣時(shí)間和厭氧反應(yīng)時(shí)間的總運(yùn)行周期需要延長至6.5～7 h以上。原有生物池的運(yùn)行周期無法滿足要求。

② CWSBR處理單元中的水帆已經(jīng)運(yùn)行8年，在不改變池容設(shè)計(jì)的情況下，增加單位時(shí)間內(nèi)的曝氣強(qiáng)度，會(huì)使水力狀態(tài)發(fā)生改變，影響水帆的安全運(yùn)行。

③ 由于污水廠進(jìn)水中含有工業(yè)污水尾水，因此含磷量較高。這會(huì)使活性污泥的活性變差，SVI值偏低，影響CWSBR的處理效果，導(dǎo)致出水水質(zhì)無法達(dá)標(biāo)。需要在生化池中投加化學(xué)除磷藥劑，但直接將藥劑投加至生化池會(huì)對活性污泥產(chǎn)生不利影響，因此需增加單獨(dú)的化學(xué)除磷處理設(shè)施。

因此，改造技術(shù)方案要結(jié)合工程具體情況，充分考慮實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)、水量、現(xiàn)有用地面積以及處理構(gòu)筑物的特點(diǎn)，選擇適合的技術(shù)方案。在確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，做到在投資、工程量及項(xiàng)目改造期間對環(huán)境影響等多方面具有相對優(yōu)勢。

2.3 改造方案

① 將CWSBR生化池改造為AAO+MBR生化池，在前置缺氧池內(nèi)投加乙酸鈉作為輔助碳源，為反硝化提供足夠的碳源，同時(shí)在MBR膜池中投加聚合氯化鋁(PAC)進(jìn)行化學(xué)除磷。

② 在池體上新建膜處理綜合間、膜清洗加藥間、PAC加藥間。

③ 將原水解池改造為化學(xué)除磷池，將除臭間和工具間改造為乙酸鈉加藥間，并在污泥脫水機(jī)房內(nèi)更換污泥脫水設(shè)備，在鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)更換鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，改造原有鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)的配電間。

④ 新建事故池、精細(xì)格柵間和膜洗鼓風(fēng)機(jī)房。

改造后的工藝流程如圖1所示。

3 工程實(shí)施

工程項(xiàng)目實(shí)需符合國內(nèi)基本建設(shè)項(xiàng)目的審批程序，設(shè)計(jì)、施工和安裝根據(jù)相關(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。具體施工方案如下：

原污水廠不停產(chǎn)運(yùn)行，主生物池分為2座，單座處理水量為5 000 m3/d。工程在改造施工過程中，可按階段依次進(jìn)行改造施工建設(shè)。考慮將1#生化池停水改造，2#生化池以5 000 m3/d的水量運(yùn)行，盡量保證污水處理廠的污水處理能力。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)推算，考慮天氣、窩工等不利因素，1#生化池的改造建設(shè)工期約為90 d，其中排水、清污(難度較大)和拆除工期約為30 d；土建施工工期約為30 d；工藝管線、工藝設(shè)備、電氣、自控及儀表安裝工期約為30 d，采用流水作業(yè)。1#生化池改造完成后，關(guān)閉2#生物池進(jìn)水閥門，對其進(jìn)行改造。同時(shí)將已改造好的1#MBR生化池以5 000 m3/d的水量運(yùn)行，此時(shí)處理后的水質(zhì)可提升至一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。待2#生物池改造完成后，該污水廠可以10 000 m3/d的水量運(yùn)行。

圖1 改造后的工藝流程Fig.1 Process flow after renovation

在生化池改造過程中，產(chǎn)水泵、反沖洗泵、剩余污泥泵等相關(guān)設(shè)備均設(shè)置在分隔的設(shè)備間內(nèi)。1#生化池改造完成后，產(chǎn)水泵、反沖洗泵、污泥泵、加藥泵等相關(guān)設(shè)施均夠滿足正常運(yùn)行要求，且互相備用。此時(shí)設(shè)備間內(nèi)的隔墻暫時(shí)不打開，待2#池施工完畢后，再將中間隔墻拆除。

通過上述施工過渡期方案，可保證在對周圍環(huán)境影響最小的條件下，用5個(gè)月的時(shí)間完成該項(xiàng)目的達(dá)標(biāo)改造。

4 初期運(yùn)行效果

4.1 運(yùn)行情況

在除磷池、精細(xì)格柵、膜洗鼓風(fēng)機(jī)、污泥脫水系統(tǒng)、乙酸鈉和PAC投加系統(tǒng)調(diào)試完成的基礎(chǔ)上，將AAO池培養(yǎng)和接種活性污泥至出水水位。同時(shí)完成MBR膜反應(yīng)池的調(diào)試，使系統(tǒng)具備產(chǎn)水條件。當(dāng)MBR膜池內(nèi)的活性污泥濃度超過1 500 mg/L時(shí)，膜組器開始抽吸出水，此時(shí)出水量控制在設(shè)計(jì)值的1/2 ～ 1/3。當(dāng)MBR膜池中的污泥濃度超過3 000 mg/L且出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)，再調(diào)整出水量為設(shè)計(jì)值。此時(shí)的曝氣強(qiáng)度應(yīng)控制在80～100 Nm3/(h·m2)，曝氣強(qiáng)度過小，膜組件易污染；曝氣強(qiáng)度過大可能縮短膜組件的實(shí)際使用壽命。同時(shí)，曝氣強(qiáng)度與MLSS有直接關(guān)系，MLSS越高，應(yīng)選用越大的曝氣強(qiáng)度。

與傳統(tǒng)沉淀法不同，MBR工藝通過膜進(jìn)行固液分離，因此MLSS能夠保持在較高濃度范圍內(nèi)。運(yùn)行期間需根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，控制MLSS在5 000～10 000 mg/L。當(dāng)MLSS超過12 000 mg/L時(shí)，跨膜壓差(TMP)會(huì)上升。MLSS下限為3 000 mg/L，若低于該值TMP有時(shí)也會(huì)急劇上升。當(dāng)TMP接近或達(dá)到35 kPa 時(shí)，必須進(jìn)行恢復(fù)性清洗。污泥回流采用三段回流，即膜池回流至AAO好氧區(qū)(回流比500%)，好氧區(qū)回流至缺氧區(qū)(回流比400%)，缺氧區(qū)回流至厭氧區(qū)(回流比200%)?？刂莆勰帻g時(shí)，需要綜合考慮季節(jié)性、進(jìn)出水水質(zhì)、活性污泥性狀和除磷要求等多方面因素，該水廠污泥齡維持在20 d左右。

初期運(yùn)行期時(shí)，AAO 池好氧區(qū)DO實(shí)測值在7 mg/L左右，缺氧區(qū)DO≤0.5 mg/L，好氧區(qū)污泥濃度約為5 000 mg/L，此時(shí)系統(tǒng)對COD和NH3-N的去除率均高于設(shè)計(jì)指標(biāo)。由于進(jìn)水TN偏高，因此需要投加乙酸鈉作為補(bǔ)充碳源，碳源投加量依據(jù)碳氮比計(jì)算投加，計(jì)算碳氮比時(shí)BOD5以進(jìn)水COD的30%確定，可以保證出水TN達(dá)標(biāo)。從出水水質(zhì)實(shí)測數(shù)據(jù)可知，初期運(yùn)行時(shí)出水TP在不投加除磷劑的情況下達(dá)標(biāo)，這說明AAO生化池的除磷效果明顯，同時(shí)MBR膜也起到了阻擋大分子有機(jī)磷的作用。但為了保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在不影響生化系統(tǒng)的情況下，按最小劑量投加除磷劑。

目前污水廠運(yùn)行采用PLC控制系統(tǒng)，中央控制室負(fù)責(zé)監(jiān)控全廠水處理過程中各工藝參數(shù)的變化、設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行管理，同時(shí)根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)情況，調(diào)整各站工藝運(yùn)行參數(shù)并修改時(shí)間參數(shù)等。中心控制室與子站間采用工業(yè)控制總線連接方式，控制系統(tǒng)的軟件建立在Window NT平臺上，系統(tǒng)軟件具有開放性，即不僅具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，還具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫向關(guān)系數(shù)據(jù)庫的傳送接口。中心控制站通過通訊總線與各現(xiàn)場控制站之間進(jìn)行通訊，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并傳送信息、下達(dá)指令，各站點(diǎn)統(tǒng)一采用以光纜作為傳輸介質(zhì)的廠區(qū)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞。各現(xiàn)場控制站通過現(xiàn)場總線與設(shè)備配套現(xiàn)場控制子站之間進(jìn)行通訊，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對各生產(chǎn)工藝參數(shù)及電量參數(shù)等進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)監(jiān)測和控制各生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)。

4.2 出水水質(zhì)

改造投產(chǎn)2個(gè)月以來，污水廠出水全部項(xiàng)目達(dá)標(biāo)，如表2所示。2019年11月平均進(jìn)水量為7 775 m3/d，污水處理量合計(jì)225 477 m3，污泥處理量合計(jì)360.02 t；12月平均進(jìn)水量為為9 221 m3/d，污水處理量合計(jì)285 856 m3，污泥處理量合計(jì)600.38 t。

表2 改造后的進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.2 Quality of influent and effluent after renovation

為了應(yīng)對污水廠進(jìn)水水質(zhì)短時(shí)間超標(biāo)問題，需要制定相應(yīng)的應(yīng)急管理措施，包括：實(shí)時(shí)測定進(jìn)水水質(zhì)，波動(dòng)較大時(shí)，進(jìn)水直接進(jìn)入事故池；事故池有效容積為1 620 m3，最大進(jìn)水流量下可容納3.2 h的來水。同時(shí)，向事故池通入處理后的水進(jìn)行稀釋，并針對特定指標(biāo)采取相應(yīng)措施，使超標(biāo)污水經(jīng)過在應(yīng)急池中的處理后達(dá)到排放要求。

5 結(jié)語

① 大連營城污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)施后，污水廠處理能力達(dá)到10 000 m3/d，同時(shí)出水水質(zhì)提升至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。通過工程改造，保證了污水處理廠的正常運(yùn)行，保護(hù)了河流水質(zhì)，避免和減輕了污水排放對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展所造成的損失，收到了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

② 在后續(xù)運(yùn)營中，需要建立完善的污水排放收費(fèi)制度，切實(shí)執(zhí)行排水設(shè)施有償使用的方針，促進(jìn)排水系統(tǒng)和處理系統(tǒng)的發(fā)展和良性循環(huán)，制定收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和必要的規(guī)章制度并上報(bào)批準(zhǔn)實(shí)施。對需要排入市政管網(wǎng)的工業(yè)廢水企業(yè)，嚴(yán)格按《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 343—2010)進(jìn)行管理，出廠水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的企業(yè)必須在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理達(dá)標(biāo)后，方可排入污水管網(wǎng)。

③ 同時(shí)需要制定必要的公用設(shè)施使用條例，監(jiān)督和約束用戶合理使用排水設(shè)施，以提高排水設(shè)施的使用年限。