嚴(yán)格總氮出水標(biāo)準(zhǔn)下的污水廠提標(biāo)改造
——以?shī)浣鬯畯S為例

葉心彤

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

1 污水廠概況

婁江污水處理廠地處蘇州市區(qū)東北角，位于蘇州洋涇板工業(yè)區(qū)內(nèi)(圖1)。以揚(yáng)富路為界分為2個(gè)廠區(qū)：北側(cè)廠區(qū)主要為一期工程、二期工程；南側(cè)廠區(qū)主要為升級(jí)改造工程。

圖1 婁江污水處理廠方位圖Fig.1 General Layout of Loujiang WWTP

婁江污水處理廠先后經(jīng)歷一期、二期、升級(jí)改造、污泥區(qū)改造等工程，形成現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)模為14萬(wàn)m3/d的污水處理廠。出水除TN外，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)表1一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，TN指標(biāo)執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2007)中表1的限值標(biāo)準(zhǔn)。婁江污水處理廠尾水排入鳳凰涇匯合口下游500 m處的婁江北岸。

蘇州市婁江污水處理廠提質(zhì)增效工程的建設(shè)，可有效緩解婁江及陽(yáng)澄湖水系水體質(zhì)量，杜絕因水體自然修復(fù)能力不足造成的內(nèi)河水體營(yíng)養(yǎng)鹽超標(biāo)問(wèn)題，完善除臭及污泥處理，改善區(qū)域大氣環(huán)境。從總體上推進(jìn)蘇州城市中心區(qū)及蘇州工業(yè)園區(qū)的污水處理行業(yè)邁上新臺(tái)階，本項(xiàng)目建設(shè)是十分必要的。

1.1 現(xiàn)狀處理水量

蘇州市婁江污水處理廠經(jīng)過(guò)前期建設(shè)，設(shè)計(jì)規(guī)模為14萬(wàn)m3/d。目前，污水處理量已達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，多年日平均進(jìn)水量約為12～14萬(wàn)m3/d，有15%的頻率，污水量將超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)?！，F(xiàn)狀進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Statistical Analysis of Influent and Effluent Water Quality

圖2 現(xiàn)狀工藝流程圖Fig.2 Existing Process Diagram of Loujiang Wastewater Treatment Plant

1.2 現(xiàn)狀工藝流程

一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為6萬(wàn)m3/d，主要采用UNITANK工藝，出水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(PO4-P除外)，于2003年建成投運(yùn)。二期擴(kuò)建于2009年建成投產(chǎn)后，將一期規(guī)模核減至設(shè)計(jì)能力為5.5萬(wàn)m3/d，二期工程主要采用改良UNITANK工藝，規(guī)模為8.5萬(wàn)m3/d，全廠設(shè)計(jì)規(guī)模達(dá)到14萬(wàn)m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。2011年建成的升級(jí)改造工程，設(shè)計(jì)規(guī)模仍維持14萬(wàn)m3/d不變，通過(guò)新建高效沉淀池、V型濾池等深度處理單元，出水除TN外，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)表1一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，TN指標(biāo)執(zhí)行《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2007)中表1的限值標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀工藝流程如圖2所示。

1.3 本工程重點(diǎn)、難點(diǎn)

出水標(biāo)準(zhǔn)提高后，各污染物指標(biāo)出水要求均提高，各污染物去除效果分析如下。

TN：TN的去除是本工程的重、難點(diǎn)。TN的去除依賴(lài)進(jìn)水有機(jī)物濃度、可生化性和C/N比值，同時(shí)，還存在與TP的協(xié)調(diào)去除，是污水處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行中的難點(diǎn)。此外，若進(jìn)水中存在較多的不可氨化的溶解性有機(jī)氨，對(duì)TN的去除會(huì)帶來(lái)一定的難度?，F(xiàn)狀生反池已超負(fù)荷運(yùn)行，不能保證充分的停留時(shí)間。若要穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需擴(kuò)容生物處理系統(tǒng)。

CODCr：CODCr出水優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，若要穩(wěn)定達(dá)到30 mg/L以下，可以考慮加大曝氣以及好氧池停留時(shí)間。必要時(shí)，可以考慮在高效沉淀池混凝段投加粉末活性炭作為應(yīng)急措施。

BOD5：現(xiàn)狀BOD5已穩(wěn)定在10 mg/L以下，滿(mǎn)足提標(biāo)要求。

SS：現(xiàn)狀SS已穩(wěn)定在10 mg/L以下，滿(mǎn)足蘇州特別排放標(biāo)準(zhǔn)。

NH3-N：NH3-N出水優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但離本次標(biāo)準(zhǔn)仍有差距。NH3-N的去除主要靠硝化過(guò)程來(lái)完成，NH3-N的硝化過(guò)程將成為控制生化處理好氧單元設(shè)計(jì)的主要因素。要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)出水要求，必須按強(qiáng)化硝化來(lái)考慮。由于NH3-N的硝化過(guò)程遠(yuǎn)比碳的氧化過(guò)程緩慢，硝化將成為生化處理好氧單元設(shè)計(jì)的控制因素。在保證曝氣供氧的條件下，NH3-N的去除可以滿(mǎn)足要求。同時(shí)，由于現(xiàn)狀生反池曝氣系統(tǒng)年久失修，曝氣量不均勻，目前，廠內(nèi)正在實(shí)施更換二期反應(yīng)池的曝氣系統(tǒng)。

TP：一般市政污水處理廠采用生物除磷工藝去除TP，可以將出水TP控制在0.5～1 mg/L，已達(dá)到生物除磷能力的極限。要滿(mǎn)足出水TP低于0.3 mg/L的要求，必須在充分利用生物除磷的前提下，增加化學(xué)除磷，設(shè)計(jì)考慮在二級(jí)處理末端及深度處理階段強(qiáng)化化學(xué)除磷。

綜上，CODCr、TN、NH3-N、TP是本工程的重點(diǎn)。

2 污水處理工藝設(shè)計(jì)

2.1 污水廠設(shè)計(jì)水量和水質(zhì)

蘇州婁江污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模：平均流量Q=14萬(wàn)m3/d；總變化系數(shù)K總=1.30；高峰流量Qmax=7 583 m3/h。本次新建二級(jí)處理規(guī)模：平均流量Q=7萬(wàn)m3/d；總變化系數(shù)K總=1.50；高峰流量Qmax=4 375 m3/h。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表2 所示。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Designed Influent and Effluent Water Quality

2.2 處理工藝選擇

根據(jù)現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)的進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行狀況及出水目標(biāo)，本次工程重點(diǎn)考慮脫氮，包含NH3-N氧化和反硝化除氮。針對(duì)脫氮的目標(biāo)，可考慮現(xiàn)狀二級(jí)處理單元減量運(yùn)行，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)狀生反池內(nèi)設(shè)備進(jìn)行更新改造和調(diào)整，調(diào)整回流比，改善曝氣系統(tǒng)，優(yōu)化工藝運(yùn)行；新增1組7萬(wàn)m3/d的預(yù)處理+二級(jí)處理單元，結(jié)合現(xiàn)狀已建的深度處理單元，來(lái)達(dá)到本次執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)綜合比選，本工程二級(jí)處理工藝擬采用Bardenpho工藝，強(qiáng)化脫氮。

在第一級(jí)AO工藝中，回流混合液中的硝酸鹽氮在反硝化菌的作用下，利用原污水中的含碳有機(jī)物作為碳源，在第一缺氧池中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，反硝化后的出水進(jìn)入第一好氧池后，含碳有機(jī)物被氧化，含氮有機(jī)物實(shí)現(xiàn)氨化和NH3-N的硝化作用，同時(shí)，在第一缺氧池反硝化產(chǎn)生的N2在第一好氧池經(jīng)曝氣吹脫釋放出去。在第二級(jí)AO工藝中，由第一好氧池而來(lái)的混合液進(jìn)入第二缺氧池后，反硝化菌利用混合液中的內(nèi)源代謝物質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行反硝化，反硝化產(chǎn)生的N2在第二好氧池經(jīng)曝氣吹脫釋放出去，改善污泥的沉淀性能，同時(shí)，內(nèi)源代謝產(chǎn)生的NH3-N也可以在第二好氧池得到硝化。Bardenpho具有2次反硝化過(guò)程，利用第二段進(jìn)行內(nèi)源反硝化來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化脫氮。根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)及實(shí)際業(yè)績(jī)，Bardenpho工藝可使TN達(dá)到10 mg/L以下或更低。四段Berdenpho工藝脫氮率高，但除磷效果差，為了提高除磷率，對(duì)Bardenpho工藝進(jìn)行改良，即在原工藝的基礎(chǔ)上，于第一個(gè)缺氧池前增加了1個(gè)厭氧段。增設(shè)的厭氧池，保證了磷的釋放，在好氧條件下有更強(qiáng)的吸收磷的能力，提高了除磷效率。最終，好氧段(Ⅱ)為混合液提供短暫的曝氣時(shí)間，也可降低二沉池出現(xiàn)厭氧狀態(tài)和釋放磷的可能性。

2.3 總體設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)狀?yuàn)浣鬯幚韽S分一、二期工程及升級(jí)改造工程。污水自廠外管網(wǎng)進(jìn)入粗、細(xì)格柵及曝氣沉砂池后，進(jìn)入一、二期一體化反應(yīng)池，深度處理經(jīng)高效沉淀池、氣水反沖洗濾池及紫外線消毒池處理后泵提升排入婁江。

本次設(shè)計(jì)考慮對(duì)二期改良型交替式反應(yīng)池進(jìn)行減量化運(yùn)行，運(yùn)行規(guī)模由原8.5萬(wàn)m3/d調(diào)整為7萬(wàn)m3/d。一期UNITANK反應(yīng)池日后僅作雨季或污水高峰流量時(shí)的應(yīng)急處理反應(yīng)池。

本工程擬利用升級(jí)改造廠區(qū)預(yù)留用地新建處理構(gòu)筑物，由于升級(jí)改造廠區(qū)與一、二期廠區(qū)相距甚遠(yuǎn)，且由于地鐵7號(hào)線的實(shí)施，可能對(duì)已建進(jìn)水總管造成影響。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選后，擬新建7萬(wàn)m3/d預(yù)處理及二級(jí)處理綜合處理構(gòu)筑物，包括：粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生物反應(yīng)池、二沉池、回流污泥及剩余污泥泵房、化學(xué)污泥泵房、加藥間、鼓風(fēng)機(jī)房及變配電間等。二級(jí)處理出水與二期生反池混合后進(jìn)入現(xiàn)狀深度處理單元。

原紫外線消毒池及出水泵房拆除，新建消毒池及出水泵房于升級(jí)改造工程用地內(nèi)，與現(xiàn)狀深度處理出水合理銜接。

原加氯間位于一、二期廠區(qū)內(nèi)，由于揚(yáng)富路拓寬工程的施工，現(xiàn)狀加氯間擬拆除，新建加氯設(shè)施于新增的預(yù)處理及二級(jí)處理綜合構(gòu)筑物中的加藥間內(nèi)。同時(shí)，加藥間內(nèi)還有本次新增生反池的碳源投加設(shè)施。

同步提升加蓋除臭設(shè)施，現(xiàn)有加蓋封閉單元和異味氣體(如濃縮池)收集后進(jìn)入化學(xué)洗滌單元及生物濾池單元后，再納入現(xiàn)狀土壤濾池末端處理排放。未考慮加蓋除臭的設(shè)施，如二期改良型交替式反應(yīng)池和新建的預(yù)處理及二級(jí)處理設(shè)施，加蓋封閉后氣體至臭氣處理單元處理后排放。本次除臭工藝采用化學(xué)洗滌+生物濾池/土壤濾池?zé)o組織排放。

污泥部分考慮預(yù)留新建板框脫水車(chē)間，廠區(qū)全部污泥通過(guò)調(diào)理及脫水，最終含水率60%～65%的污泥產(chǎn)物外運(yùn)填埋處理。現(xiàn)狀一期污泥脫水車(chē)間調(diào)整為污泥處理備用，升級(jí)改造工程儲(chǔ)泥池及污泥脫水機(jī)房拆除。其總體改造如圖3所示，工藝流程如圖4所示。

圖3 總體改造示意圖Fig.3 General Figure of Reconstruction Project

圖4 工藝流程圖Fig.4 Process Flow Chart of Second Phase Upgrading and Expansion

2.4 主要水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

(1)提質(zhì)增效粗格柵及進(jìn)水泵房

本工程新增粗格柵及進(jìn)水泵房1座，規(guī)模為7萬(wàn)m3/d。粗格柵井包括格柵除污機(jī)、柵渣輸送、壓榨機(jī)及檢修閘門(mén)。格柵截除進(jìn)水中的較大雜物，防止污水泵損壞。格柵井共設(shè)有2套機(jī)械格柵，中間設(shè)隔墻，每臺(tái)格柵寬為1.8 m，柵條凈間距為15 mm，傾角為75°。在格柵后設(shè)置1臺(tái)無(wú)軸螺旋輸送機(jī)和壓榨機(jī)，脫水后的柵渣含水率應(yīng)小于60%。進(jìn)水泵房設(shè)置6臺(tái)潛水離心泵，4用2備，3臺(tái)變頻；單臺(tái)規(guī)格：Q=1 094 m3/h，H=12.5 m，N=55 kW。

(2)提質(zhì)增效細(xì)格柵及曝氣沉砂池

提質(zhì)增效工程新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座2組，規(guī)?？傆?jì)7萬(wàn)m3/d。細(xì)格柵井包括細(xì)格柵和柵渣輸送機(jī)。細(xì)格柵攔截進(jìn)水中的較細(xì)雜物，保護(hù)后續(xù)設(shè)備。細(xì)格柵設(shè)計(jì)2套內(nèi)進(jìn)流格柵除污機(jī)，柵隙為3 mm，安裝角為90°，功率為2.2 kW。設(shè)計(jì)過(guò)柵流速為0.6 m/s，柵前水深為1.6 m。同時(shí)，設(shè)置超越渠道，超越渠道內(nèi)設(shè)置回轉(zhuǎn)式格柵1座，柵隙為6 mm，回轉(zhuǎn)式格柵配套有螺旋輸送壓榨機(jī)1套。

沉砂池采用曝氣沉砂池，1座2組。總沉砂量為1.2 m3/d；砂含水率為60%，容重為500 kg/m3。曝氣沉砂池流態(tài)為旋流推進(jìn)式，垂直隔板下設(shè)柵條，起到穩(wěn)流和截污的效果。每座曝氣沉砂池內(nèi)設(shè)置鏈板式刮砂機(jī)，將沉積于池底的沉積砂提升分離后外運(yùn)處置。

(3)提質(zhì)增效生反池

本工程的重點(diǎn)是脫氮，因此，生物反應(yīng)是設(shè)計(jì)的重中之重，擬采用多段Bardenpho工藝，強(qiáng)化脫氮。

新建生反池1座2組，總規(guī)模為7萬(wàn)m3/d，單組為3.5萬(wàn)m3/d。生反池部分有效水深為7.5 m。整個(gè)反應(yīng)池分為6個(gè)區(qū)，分別為預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧Ⅰ區(qū)、好氧Ⅰ區(qū)、好氧/缺氧Ⅱ區(qū)、好氧Ⅱ區(qū)。來(lái)自曝氣沉砂池的污水與二沉池的回流污泥一并先進(jìn)入預(yù)缺氧段或厭氧段。本工程采用多點(diǎn)進(jìn)水方式，除直接進(jìn)入預(yù)缺氧段或厭氧區(qū)外，一部分污水也直接進(jìn)入缺氧區(qū)和好氧區(qū)，補(bǔ)充反硝化所需碳源，污水的分配比例根據(jù)出水的水質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。好氧段末端回流過(guò)來(lái)的含有高濃度硝酸鹽的污泥也進(jìn)入缺氧區(qū)，厭氧段和缺氧段內(nèi)均設(shè)潛水?dāng)嚢杵魇钩貎?nèi)污水?dāng)噭?dòng)，避免污泥沉積。經(jīng)反硝化的污水進(jìn)入好氧段，好氧段底部均布置微孔曝氣器，采用精確曝氣，為微生物生長(zhǎng)提供氧氣，保證供氣精確可控，同時(shí)確保池內(nèi)混合液呈懸浮狀態(tài)。后續(xù)污水經(jīng)過(guò)缺氧和好氧交替進(jìn)行硝化和反硝化。每池設(shè)置出水堰板以控制生物反應(yīng)池液位。

(4)提質(zhì)增效二沉池

二沉池部分采用平流式二沉池，2座12組，單格寬為7 m。每座二沉池設(shè)置調(diào)節(jié)堰門(mén)，可以對(duì)每組的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。每組設(shè)置1臺(tái)鏈板式刮泥機(jī)，設(shè)備跨度為7.0 m，池長(zhǎng)為54.5 m。通過(guò)刮板將沉積于池底的污泥刮向泥斗，由套筒閥將泥斗中的污泥排入排泥槽，返程時(shí)刮板向上，將液面浮渣刮向端部。

二沉池出水進(jìn)入深度處理單元高效沉淀池。來(lái)自二沉池的回流污泥，將通過(guò)潛水軸流泵提升后，進(jìn)入生物反應(yīng)池。每座二沉池設(shè)置外回流污泥泵6臺(tái)(4用2備)，回流率為100%～150%，單泵流為1 094 m3/h，揚(yáng)程為3.5 m。剩余污泥泵3臺(tái)(2用1備)，單泵流量為100 m3/h，揚(yáng)程為20 m。剩余污泥通過(guò)轉(zhuǎn)子泵提升至一、二期配泥井和污泥濃縮池。

3 工程效益分析

本工程尚未施工，預(yù)計(jì)本工程實(shí)施后，各項(xiàng)污染指標(biāo)削減量如表3所示。

表3 各污染指標(biāo)削減量Tab.3 Reduction in Pollution Indicators

本次工程總投資為3.8億元，其中，工程費(fèi)用為3.4萬(wàn)元。新增二級(jí)處理污水單位處理成本為0.61元/m3。根據(jù)測(cè)算，稅后項(xiàng)目資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為5.88%。項(xiàng)目稅前投資回收期為12.62年，小于行業(yè)基準(zhǔn)投資回收期(18年)，稅后投資回收期為

13.52年。以生產(chǎn)能力利用率表示該項(xiàng)目的盈虧平衡點(diǎn)，BEP=56.78%，國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益良好。

4 總結(jié)

隨著環(huán)保要求的逐步提高，太湖流域附近污水廠的TN出水標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格；但各廠提標(biāo)改造應(yīng)因地制宜。本次提質(zhì)增效方案，充分結(jié)合了現(xiàn)狀實(shí)際情況，針對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高進(jìn)行了有針對(duì)性的措施，同時(shí)，節(jié)約用地、取長(zhǎng)補(bǔ)短、發(fā)揮現(xiàn)狀設(shè)施特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性，保障產(chǎn)能和指標(biāo)雙重達(dá)標(biāo)。本次提質(zhì)增效方案研究思路可為類(lèi)似項(xiàng)目提供參考。