天津某工業(yè)園污水處理廠提標改造工程設(shè)計實例

文麗青，顏廷文

（1.保定市環(huán)境監(jiān)控中心，河北保定071000；2.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津300381）

1 引言

近年來，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，為了更好地協(xié)調(diào)城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境，促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，越來越多的城市提高了污水的排放標準[1]。眾多污水處理廠已開始了提標改造工程。

2 項目背景

天津某工業(yè)園污水處理廠設(shè)計總規(guī)模20 000m3/d，土建已建成20 000m3/d，設(shè)備已安裝10 000m3/d，其出水標準為GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。現(xiàn)狀主要處理構(gòu)筑物為粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、調(diào)節(jié)池、初沉池配水井及污泥泵房、初沉池、水解酸化池、CASS 生物池、中途提升泵房、高效沉淀池、活性砂濾池、接觸池及送水泵房。

2015 年9 月，天津市發(fā)布新地方標準DB12/599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》，根據(jù)其劃定條件本污水處理廠在2018 年1 月以后出水水質(zhì)必須達到天津地標的A標準[2]，因此，需要對本污水處理廠進行提標改造。

3 設(shè)計參數(shù)

3.1 設(shè)計規(guī)模

本污水廠原構(gòu)筑物設(shè)計水量為20 000m3/d，單體土建已經(jīng)一次建成，設(shè)備已安裝10 000m3/d?？紤]工業(yè)園區(qū)今后發(fā)展、入園企業(yè)的增加、生活區(qū)污水量的增加等可能存在的各種不確定性，本次提標改造工程需將一期工程所有構(gòu)筑物新增設(shè)備安裝10 000m3/d，并新建深度處理構(gòu)筑物土建20 000m3/d，設(shè)備安裝20 000m3/d，變化系數(shù)1.30。

3.2 設(shè)計進出水水質(zhì)

3.2.1 設(shè)計進水水質(zhì)

由于本項目服務(wù)范圍內(nèi)工業(yè)企業(yè)目前只有少量企業(yè)入住，收集到的水質(zhì)資料難以代表最終的實際進水水質(zhì)。在這種情況下，參照天津市政府有關(guān)文件和其他同類污水處理廠的做法，設(shè)計進水水質(zhì)主要污染物濃度根據(jù)GB/T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》限值，參考部分實測值綜合分析確定（見表1）。

3.2.2 設(shè)計出水水質(zhì)

根據(jù)天津市地方排放標準DB12/ 599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》，本污水處理廠提標改造工程的設(shè)計出水水質(zhì)如表2 所示。

表1 本污水處理廠設(shè)計進水水質(zhì)指標（排入下水道標準）

表2 本污水處理廠設(shè)計出水水質(zhì)指標（天津地標A）

4 工藝核算

按照本次提標改造工程確定的設(shè)計進、出水水質(zhì)，對現(xiàn)有構(gòu)筑物進行了工藝核算，確認現(xiàn)有工藝流程和主要構(gòu)筑物難以保證系統(tǒng)出水全面穩(wěn)定達標。主要問題是：

1）脫氮能力不夠。原設(shè)計進水水質(zhì)濃度和出水水質(zhì)要求都較低，設(shè)計采用的污水處理工藝達不到目前出水水質(zhì)標準的要求，而且采用的污泥齡及池容不夠大，致使系統(tǒng)脫氮能力達不到要求，出水氨氮和總氮都難以穩(wěn)定達標。

2）深度處理程度不夠。原設(shè)計深度處理只有混凝沉淀過濾，可以解決SS 和TP 的深度去除，未考慮溶解性難降解COD的進一步去除問題。根據(jù)目前各地城市污水處理廠運行經(jīng)驗，以生活污水為主的城市污水處理廠出水COD 多在30～40mg/L的范圍，若工業(yè)污水較多COD 濃度還要相應(yīng)提高，達不到本工程目標水質(zhì)（≤30mg/L）的要求。本工程進水為工業(yè)園工業(yè)污水，必須增加溶解性難降解COD 的進一步去除工藝措施。

圖1 提標改造工程工藝流程圖

5 提標改造工藝設(shè)計

5.1 工藝流程

對比原設(shè)計出水水質(zhì)以及最新天津市地標A 標準，現(xiàn)有工藝出水水質(zhì)不能達到要求，水質(zhì)指標中COD、BOD5、SS、總氮、氨氮、TP 等均不能滿足要求。其中，原水中的COD、BOD5、SS 可以通過適當提高污泥泥齡、增設(shè)深度處理構(gòu)筑物等方法去除；原水中的TP 可以通過化學除磷和過濾的方式去除；為保證出水總氮、氨氮穩(wěn)定達標，需要對現(xiàn)有生物池進行必要的改造。

本工程推薦工藝方案為：原水→粗格柵→進水泵房→細格柵→曝氣沉砂池→調(diào)節(jié)池→初沉池→水解酸化池→BARDENPHO 生物池→平流二次沉淀→中間提升泵房→高效沉淀池→活性砂濾池→深床濾池→臭氧高級催化氧化池→次氯酸鈉消毒接觸池→排放。其中BARDENPHO 生物池和二沉池由原有CASS 池改造而成。深床濾池、臭氧高級催化氧化池和次氯酸鈉消毒系統(tǒng)為新建。工藝總流程圖如圖1 所示。

5.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

5.2.1 生物池（原有CASS 池改造）

原有鋼筋混凝土矩形水池按工藝需要重新分隔，增加隔墻，并增加部分設(shè)備。土建改造2 座，設(shè)備安裝2 座（4 池），每座平均水量10 000t/d。單座生物池設(shè)計參數(shù)如下：設(shè)計流量：516m3/h；設(shè)計水溫：12℃；總泥齡：45.5d；污泥產(chǎn)率：1.3kgSS/kgBOD5；剩余污泥量：1 827kgSS/d；總停留時間：14.9h；總池容7 736m3；生物池溶解氧濃度:3mg/L；氣水比：6.0；標準狀態(tài)下最大空氣量：2 500Nm3/h。

1）厭氧段。平均停留時間：2.2h；總?cè)莘e：1 448m3；有效水深：6m。

2）第一缺氧段。反硝化速率：0.021kgNO3-N/kgSS·d；污泥濃度：4.0g/L；池容：2712m3；停留時間：5.4h；污泥回流比：R=100%。

3）第一好氧段。設(shè)計泥齡：8h；總?cè)莘e：2 204m3；有效水深：6m；設(shè)計流量下停留時間：4.4h；懸浮填料添加比例：32%；好氧填料部分污泥濃度：6.6g/L；無填料部分污泥濃度：4.0g/L；溶解氧濃度：3mg/L。

4）第二缺氧段。平均停留時間：2.2h；總?cè)莘e：1 078m3。

5）第二好氧段。平均停留時間：0.7h；總?cè)莘e270m3；有效水深：6m；供氣量：曝氣量按 0.4m3/h·m3。

5.2.2 二沉池（原有CASS 池改造）和臭氧催化高級氧化池（新建）

二沉池設(shè)計參數(shù)如表3 所示。臭氧催化高級氧化池設(shè)計參數(shù)如表4 所示。

表3 二沉池設(shè)計參數(shù)

表4 臭氧催化高級氧化池設(shè)計參數(shù)

5.2.3 臭氧制備間（新建）

臭氧制備間是1 座框架結(jié)構(gòu)建筑物，其結(jié)構(gòu)尺寸為16.5m×16.0m×5.0m。其中的主要設(shè)備包括為臭氧發(fā)生器：采用氧氣源，臭氧額定發(fā)生量為Q=20kg/h（氧氣源），裝機功率N=182kW，共計 3 臺，2 用 1 備。

5.2.4 深床濾池系統(tǒng)（新建）

深床濾池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸為34m×18m×7m（含反沖洗設(shè)備間18m×8.5m×7m），合建提升泵房1 座，提升泵房結(jié)構(gòu)尺寸為10m×6.5m×6m。深床濾池系統(tǒng)的平均流量下處理水量為833.4m3/h，峰值流量下處理水量為1 233.4m3/h（考慮峰值系數(shù)1.48）。深床濾池系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)如表5 所示。

表5 深床濾池系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)

濾料層由單一均質(zhì)濾池組成。其性質(zhì)如表6 所示。

反沖洗設(shè)計為 3 個階段：（1）氣反沖洗 90～108Nm3/h/m2，持續(xù) 1～2min；（2）氣水同時反沖洗：氣：108Nm3/h/m2，水：8m3/h/m2，持續(xù) 6min；（3）反沖洗水 15～20m3/h/m2，持續(xù)約 5min。

反沖洗過程共計約12min/次/格，反沖洗周期為24～48h。

反沖洗水量計算：（8×6+20×5）/60=2.5m3/m2。

5.2.5 碳源投加系統(tǒng)

利用原有加氯加藥間中碳源投加系統(tǒng)位置，將固態(tài)乙酸鈉投加系統(tǒng)改造為液態(tài)乙酸鈉投加系統(tǒng)，利用原有投加泵，新增加藥罐及卸料泵。乙酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下：投加量：160mg/L；加藥量：23 680kg/d（20%藥劑含量）。投加位置為第二缺氧段進水處。主要設(shè)備包括：（1）加藥計量泵：利用原有；（2）卸料泵：2 套（1 用 1 備），Q=20m3/h，H=6m，N=1.5kW；（3）乙酸鈉儲罐：2 個，單個有效體積30m3。

表6 濾料層性質(zhì)

5.2.6 加氯系統(tǒng)

利用原有加氯加藥間中加氯系統(tǒng)位置，將二氧化氯消毒系統(tǒng)改造為次氯酸鈉加氯系統(tǒng)，利用原有加藥罐，新增加藥泵及卸料泵。次氯酸鈉投加系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下：加氯量：12mg/L；加藥量：3 552kg/d（10%藥劑含量）。投加位置為接觸池。主要設(shè)備：（1）加藥計量泵：2 用 1 備，Q=200L/h，H=50m，N=1.1kW；（2）卸料泵：2 套（1 用 1 備），Q=20m3/h，H=6m，N=1.5kW。

6 技術(shù)經(jīng)濟分析

本工程總投資為1.65 億元，其中第一部分費用1.23 億元，第二部分費用0.22 億元，單位生產(chǎn)成本6.4 元/m3，單位經(jīng)營成本 4.4 元/m3。

7 結(jié)論

利用BARDENPHO 生物池改造+新建深床濾池+新建臭氧高級催化氧化的工藝，對天津某工業(yè)園污水處理廠進行提標改造，能夠使污水廠出水達到DB12/ 599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的A 標準。工藝成熟可靠，運行穩(wěn)定。項目的建設(shè)具有顯著的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。