西南地區(qū)典型城市污水處理廠提標(biāo)改造及擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)總結(jié)及運(yùn)行優(yōu)化

張?chǎng)? 孫飛 胡邦 張萬里

摘要：遵義市某城市污水處理廠原出水滿足一級(jí)B限制，設(shè)計(jì)規(guī)模1.0×104m3/d。對(duì)現(xiàn)狀規(guī)模進(jìn)行提標(biāo)改造并同步實(shí)施2.0×104m3/d的擴(kuò)建工程，出水標(biāo)準(zhǔn)均提高至一級(jí)A限制。提標(biāo)工程采取新增碳源加藥與除磷加藥措施、強(qiáng)化曝氣效率等手段強(qiáng)化現(xiàn)狀一體式氧化溝處理能力，新增過濾工藝強(qiáng)化SS、COD等指標(biāo)去除效率。擴(kuò)建工程采用預(yù)處理+改良式AAO生化池+二沉池+V型濾池工藝。污泥系統(tǒng)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，新建規(guī)模3.0×104m3/d，脫水污泥含水率提高至60%。投產(chǎn)運(yùn)行后，擴(kuò)建工程出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo);提標(biāo)改造工程出水SS存在超標(biāo)問題，分析原因后采取適當(dāng)?shù)膬?yōu)化措施，取得良好效果，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化生化處理;提標(biāo)改造與擴(kuò)建;工程設(shè)計(jì)總結(jié)與優(yōu)化

1 工程概況

遵義市某城市污水處理廠運(yùn)行規(guī)模1.0×104m3/d，進(jìn)水成分以生活污水為主，工業(yè)廢水占比約12%。工藝流程：粗細(xì)格柵及旋流沉砂池的預(yù)處理，一體式氧化溝的生化沉淀，紫外消毒出水，出水滿足一級(jí)B要求。脫水污泥含水率80%?，F(xiàn)狀工程占地24畝，預(yù)留用地29.11畝。本次工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中的一級(jí)A限制。脫水污泥含水率提高至60%。工程設(shè)計(jì)規(guī)模：現(xiàn)狀1.0×104m3/d（提標(biāo)改造）、2.0×104m3/d（擴(kuò)建工程）。設(shè)計(jì)開展之前對(duì)水廠現(xiàn)在運(yùn)行的實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行采集分析，近一年水質(zhì)數(shù)據(jù)如見表1.

可見，進(jìn)出水水質(zhì)波動(dòng)較大，出水指標(biāo)均滿足一級(jí)B限制要求。其中出水BOD指標(biāo)的平均值滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，TN、NH3-N、CODcr指標(biāo)的平均值接近新標(biāo)準(zhǔn)限制。SS、TP指標(biāo)的平均值遠(yuǎn)不能滿足新指標(biāo)要求?，F(xiàn)狀CODcr、BOD、NH3-N、TP、TN、SS指標(biāo)的達(dá)標(biāo)率：35.7%、83.4%、41.7%、5.7%、38.3%、0%。針對(duì)新指標(biāo)，現(xiàn)狀工藝去除SS、TP明顯能力不足。以運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)的95%涵蓋率，作為提標(biāo)改造及擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)的取值依據(jù)，得出本次工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及指標(biāo)去除率，見表2：

2 重難點(diǎn)分析及工藝措施

①針對(duì)新指標(biāo)的要求，現(xiàn)狀工藝系統(tǒng)去除SS、TP的能力不足，針對(duì)于深度去除SS、TP的工藝較多，如高效沉淀池、高效氣浮池、混凝沉淀等;如何結(jié)合水廠現(xiàn)狀，選擇經(jīng)濟(jì)、有效且實(shí)施復(fù)雜性不高的工藝。工藝措施：現(xiàn)狀預(yù)處理+一體式氧化溝工藝，對(duì)TP的去除完全生物作用，SS去除主要依賴二沉池泥水分離作用，考慮輔以化學(xué)除磷并新增深度過濾措施，保證TP、SS達(dá)標(biāo)。

②從現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)的B/C比、B/N比來看，污水的可生化性較好且具備足夠的反硝化能力?，F(xiàn)一體式氧化溝停留時(shí)間充足，是否可以采取適當(dāng)?shù)氖侄螐?qiáng)化生化處理能力，保證出水TN、NH3-N、BOD滿足新標(biāo)準(zhǔn)。工藝措施：在一體式氧化溝轉(zhuǎn)碟表面供氣方式下適當(dāng)補(bǔ)充池底微孔曝氣器，提高氧氣傳質(zhì)能力，并外加碳源確?？偟_(dá)標(biāo)。

③現(xiàn)運(yùn)水廠無法長時(shí)間停產(chǎn)，工程的實(shí)施不應(yīng)對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。工藝措施：提標(biāo)工程新建深度過濾工藝選擇處理一體式處理設(shè)備，比新建構(gòu)筑物施工便利、投產(chǎn)周期短[1];擴(kuò)建工程深度過濾采用V型濾池，按照總規(guī)模3.0×104m3/d設(shè)計(jì)，投產(chǎn)后接收兩期工程二沉池出水，比過濾設(shè)備在運(yùn)行上更為穩(wěn)定且耐負(fù)荷能力高。

④擴(kuò)建工程根據(jù)現(xiàn)狀工程的運(yùn)行情況，在工藝設(shè)計(jì)上同步優(yōu)化改善。工藝措施：擴(kuò)建工程選擇改良AAO生化池+二沉池工藝，比現(xiàn)狀一體式氧化溝工藝在脫氮除磷方面更有優(yōu)勢(shì)[2];現(xiàn)狀紫外消毒方式經(jīng)常出現(xiàn)燈管損壞，影響消毒效果，擴(kuò)建工程采用次氯酸鈉加藥消毒，效果好效率高。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 ?提標(biāo)改造工程

①深度過濾系統(tǒng)

現(xiàn)狀工程預(yù)留用地新建設(shè)備基礎(chǔ)，安裝1套（2組并聯(lián)運(yùn)行）纖維轉(zhuǎn)盤濾池一體式成套設(shè)備，處理水量1.0×104m3/d，確保SS、COD的深度去除?？偙P片數(shù)量24片（單組12片），盤片直徑2000mm，單盤過濾面積2.7m2，單盤處理流量19.2m3/h，單盤清洗水量10m3/h，過濾水頭損失50-250mm。設(shè)備整體尺寸6800×6000×3500mm。

②加藥系統(tǒng)

加藥間設(shè)置化學(xué)除磷和碳源加藥系統(tǒng)，提高TP去除能力，強(qiáng)化反硝化作用。加藥間利用現(xiàn)狀機(jī)修車間的一部分進(jìn)行改造。設(shè)備規(guī)模1.0×104m3/d。

③一體式氧化溝改造

新增生化供氣風(fēng)機(jī)，在現(xiàn)狀氧化溝在池體適當(dāng)位置加裝池底微孔曝氣器，彌補(bǔ)轉(zhuǎn)蝶曝氣出力不足。新增曝氣管路安裝控制閥門，生產(chǎn)中根據(jù)生化功能的運(yùn)行情況，靈活調(diào)整供氣量、控制曝氣盤工作數(shù)量，強(qiáng)化現(xiàn)狀氧化溝的生化處理能力。盤式微孔曝氣器：400套，Q=4m3/h/套。

3.2 ?擴(kuò)建工程

擴(kuò)建工程：新建中間泵房及V型濾池、消毒及污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模3.0×104m3/d，其余新建構(gòu)（建）筑物以2.0×104m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)。

①格柵及進(jìn)水泵房

新建粗格柵及進(jìn)水提升泵房1座。泵房集水池有效容積150m3，主要設(shè)備：機(jī)械回轉(zhuǎn)型粗格柵2套，渠寬1000mm，過柵流速1m/s，柵前水深1040mm，柵隙10mm;配置大小泵，便于調(diào)控和運(yùn)行。大泵3臺(tái)（變頻控制潛水泵，2用1備，Q=560m3/h，H=13.5m，N=37Kw），小泵1臺(tái)（變頻控制潛水泵，單臺(tái)Q=280m3/h，H=13.5m，N=22Kw）;閘門4套、螺旋輸送機(jī)1套、電動(dòng)單梁懸掛吊車1套。

②格柵及旋流沉砂池

細(xì)格柵及旋流沉砂池1座。旋流沉砂池前安裝轉(zhuǎn)鼓細(xì)格柵，柵隙3mm。細(xì)格柵渠設(shè)計(jì)2條，單渠寬1.9m。旋流沉砂總表面面積48m2，分2組并聯(lián)運(yùn)行。主要設(shè)備：安裝2套轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵，v過柵=0.5m/s，產(chǎn)渣量2m3/天。安裝2套旋流沉砂器（Q=72m3/h）。格柵渠安裝疊梁閘、調(diào)節(jié)堰門，格柵配套高低壓沖洗水泵、螺旋輸送機(jī)，沉砂器配套提砂泵、砂水分離器。

③良式AAO生化池

新建生化池1座，分2組并聯(lián)運(yùn)行。生化池分為預(yù)缺氧功能段、厭氧功能段、缺氧功能段、好氧功能段、污泥回流排放區(qū)。采用池底微孔曝氣方式。多點(diǎn)配水的進(jìn)水方式，可根據(jù)不同水質(zhì)、季節(jié)條件結(jié)合脫氮、除磷所需營養(yǎng)物的變化，調(diào)節(jié)不同功能區(qū)進(jìn)水比例，強(qiáng)化脫氮除磷效果，提高運(yùn)行的靈活性?；亓魑勰鄥f(xié)同生化池進(jìn)水率先經(jīng)過預(yù)缺氧功能段，進(jìn)行預(yù)缺氧反硝化作用，為厭氧功能段消除硝酸根離子對(duì)生物除磷的競爭作用，減輕缺氧段工作負(fù)荷。設(shè)計(jì)污泥濃度3.5g/L，以1.5倍設(shè)計(jì)水量（2.0×104m3/d）確定污泥回流泵流量，污泥回流泵及污泥排放泵型式選擇潛污泵，安裝于污泥回流排放井;以2.5倍設(shè)計(jì)水量確定硝化液回流泵流量，泵型式選擇穿墻泵，安裝于好氧區(qū)末端，總水力停留時(shí)間17.6h，停留時(shí)間比為預(yù)缺氧：厭氧：缺氧：好氧=0.6：1.1：2.4：5.9。氣水比6.6：1。安裝潛水?dāng)嚢杵?套（預(yù)缺氧區(qū)2套，單套2.5Kw;厭氧區(qū)2套，單套5Kw;缺氧區(qū)4套，單套3Kw）。塔式曝氣器1590套，Q=3.5 m3/h·單套，服務(wù)面積0.82m2/套。

④二沉池

二沉池設(shè)置1座，采用周進(jìn)周出圓形輻流式。主要設(shè)備：中心傳動(dòng)刮吸泥機(jī)1套，排渣堰門1套，閉水閘門1套。二沉池表面負(fù)荷0.82m3/m2·h。

⑤中間泵房及V型濾池

V型濾池1座6格，設(shè)計(jì)規(guī)模3.0×104m3/d?，F(xiàn)狀一體式氧化溝二沉池及擴(kuò)建工程二沉池出水自流進(jìn)入中間泵房，提升進(jìn)入V型濾池進(jìn)水渠，泵房與V型濾池疊合設(shè)計(jì)。泵房集水池有效容積250m3。濾池單格過濾面積52.8m2，運(yùn)行濾速6m/h（Q=2.0×104m3/d），強(qiáng)制濾速7.9mh，峰值濾速9m/h（Q峰值=3.0×104m3/d）。濾層厚度1.5m，濾層水損1.7m，清潔層高度2.75m。單氣洗強(qiáng)度、氣水同時(shí)反洗氣洗強(qiáng)度、水洗強(qiáng)度、水漂洗強(qiáng)度、表面掃洗強(qiáng)度設(shè)計(jì)分別取值15、15、3、6、1.5L/s·m2。反洗設(shè)備設(shè)置于綜合車間內(nèi)。

⑥清水消毒池及廢水池

濾池反洗水進(jìn)入廢水池，清水消毒池發(fā)揮消毒計(jì)加藥接觸反應(yīng)的作用，兩池合建，設(shè)計(jì)規(guī)模3.0×104m3/d。清水消毒池停留時(shí)間30min，有效水深3.5m。廢水池有效容積288m3，大于V型濾池單次反洗排水量220m3。

⑦污泥系統(tǒng)

新建總規(guī)模3.0×104m3/d污泥處理系統(tǒng)，滿足脫水污泥達(dá)到60%含水率的要求。日總干泥產(chǎn)量5615kg/d，污泥含水率99.3%。新建污泥濃縮池1座，設(shè)直徑14m中心傳動(dòng)濃縮機(jī)1套;新建污泥調(diào)理池2座，設(shè)直徑3m耙式攪拌機(jī)2臺(tái);粉料提升裝置1套，容積10m3;水平、傾斜螺旋輸送機(jī)各1套（D=200mm）。濃縮后污泥進(jìn)入調(diào)理池。污泥調(diào)理：PAM投加量4%kgDS/d，配置濃度0.4%，F(xiàn)eCl3投加量10%～15%kgDS/d，投加濃度38%，CaO投加量15%～20%kgDS/d。調(diào)理改性污泥去污泥脫水機(jī)房深度脫水，設(shè)2套液壓隔膜壓濾機(jī)，單臺(tái)過濾面積300m2（處理能力1.5tDS/周期），單周期運(yùn)行時(shí)間3～4h，兩套板框機(jī)同時(shí)運(yùn)行2個(gè)批次即滿足污泥日總處理需求。脫水機(jī)房為兩層框架式結(jié)構(gòu)，二層布置2臺(tái)脫水機(jī)及壓縮空氣系統(tǒng)1套（Q=2.4m3/min），一層布置污泥進(jìn)料系統(tǒng)、清洗及壓榨系統(tǒng)、混凝劑與鐵鹽投機(jī)系統(tǒng)。

⑧綜合車間

新建1座生產(chǎn)輔助集成車間。車間內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)3臺(tái)生化曝氣風(fēng)機(jī)（2用1備，風(fēng)機(jī)型式采用多級(jí)離心，Q=45m3/min，H=220m，N=18.5Kw）;進(jìn)風(fēng)廊道安裝2套過濾卷簾，過風(fēng)流速1.5m/s。車間內(nèi)加藥間設(shè)PAC加藥系統(tǒng)、醋酸鈉加藥系統(tǒng)及次氯酸鈉加藥系統(tǒng)各1套。車間內(nèi)反洗機(jī)房設(shè)3臺(tái)濾池反洗泵，2臺(tái)常用1臺(tái)備用，反洗流量580m3/h，反洗揚(yáng)程13m，反洗泵選擇中開臥式離心泵。設(shè)2臺(tái)反洗風(fēng)機(jī)，1用1備，反洗風(fēng)量48m3/min，反洗壓力53.9Kpa，風(fēng)機(jī)選擇羅茨風(fēng)機(jī)，變頻控制。

4 運(yùn)行效果及分析

該項(xiàng)目2018年7月施工，2018年9月提標(biāo)改造工程投產(chǎn)運(yùn)行，2019年5月擴(kuò)建工程投產(chǎn)運(yùn)行。2018.09～2019.09近一年時(shí)間的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)、提標(biāo)改造工程出水水質(zhì)與2019.05～2019.09四個(gè)月的擴(kuò)建工程實(shí)際出水水質(zhì)，如表4所示：

可見，擴(kuò)建工程出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。提標(biāo)改造工程CODcr、TP、TN指標(biāo)穩(wěn)定至一級(jí)A限制，BOD、NH3-N指標(biāo)優(yōu)于出水標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)建工程出水水質(zhì)整體優(yōu)于提標(biāo)工程，可能是由于新建改良AAO生化+二沉池的處理效果優(yōu)于現(xiàn)狀一體式氧化溝，也可能優(yōu)于現(xiàn)狀設(shè)備運(yùn)行上存在問題，需要加強(qiáng)維護(hù)。

提標(biāo)改造工程出水SS不達(dá)標(biāo)，出水COD具有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。兩期工程工藝處理體系基本相同（預(yù)處理、生化處理、深度過濾），多數(shù)污水廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，預(yù)處理+生化處理+深度處理，針對(duì)以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠可以確保出水SS、COD穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A要求。

5 運(yùn)行優(yōu)化措施

針對(duì)此問題，在運(yùn)行中對(duì)現(xiàn)狀工程整個(gè)處理系統(tǒng)做全流程檢測(cè)與分析，考察工藝構(gòu)筑物及工藝設(shè)備運(yùn)行情況[3]。一體式氧化溝的污泥濃度及污泥體積指數(shù)，月平均值指標(biāo)如表4：

可見，現(xiàn)狀工程2座一體式氧化溝污泥體積指數(shù)正常，污泥濃度相差較大，其中2#氧化溝污泥濃度過高，1#氧化溝污泥濃度在正常值之上。剩余污泥排放控制不當(dāng)可導(dǎo)致污泥濃度異常，頻繁排泥導(dǎo)致污泥濃度較低，排泥次數(shù)較少導(dǎo)致污泥濃度較高。污泥濃度過高勢(shì)必提高二沉池接收負(fù)荷，導(dǎo)致出水SS難以達(dá)標(biāo)，亦影響出水CODcr的去除效果。全流程檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀沉砂池、氧化溝及二沉池的設(shè)備存在損壞或出力不足的情況。沉砂池中沉砂攪拌器1臺(tái)故障，排渣風(fēng)機(jī)2臺(tái)損壞;氧化溝潛水推流器3臺(tái)損壞，污泥回流泵3臺(tái)損壞。二沉池2臺(tái)刮泥機(jī)故障率也較高。對(duì)出力不足和損壞的設(shè)備進(jìn)行更換，出水SS及COD指標(biāo)有明顯提升，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

6 工程投資及效益分析

工程總投資7825.47萬元，其中工程直接費(fèi)6248.74萬元。新增經(jīng)營成本1.508元/噸，新增總成本2.786元/噸。經(jīng)營成本中，新增電費(fèi)0.397元/噸，電費(fèi)取價(jià)0.8元/（Kw·h），用電負(fù)荷621Kw。新增藥劑費(fèi)0.368元/噸，其中PAC 0.6萬元/噸，投加量40mg/L;FeCl3 0.05萬元/噸;乙酸鈉0.28萬元/噸;CaO 0.08萬元/噸;消毒劑0.68萬元/噸，投加量3mg/L。

7 結(jié)語

①本項(xiàng)目為遵義某城鎮(zhèn)污水處理廠的提標(biāo)改造及擴(kuò)建工程。提標(biāo)改造在現(xiàn)狀氧化溝池底補(bǔ)充配置池底微孔曝氣器，新增化學(xué)除磷與碳源加藥系統(tǒng)，強(qiáng)化生化處理能力。新建纖維轉(zhuǎn)盤濾池成套設(shè)備作為深度過濾措施。

②在主體生化工藝的選擇上，擴(kuò)建工程采用改良式AAO+二沉池工藝，多點(diǎn)配水的設(shè)置，可根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)和脫氮除磷的需要，靈活調(diào)配進(jìn)水比例;更利于脫氮除磷。在實(shí)際運(yùn)行中的NH3-N、TN、TP、BOD去除效果略優(yōu)于提標(biāo)工程。

③提標(biāo)工程在在不改變現(xiàn)狀池體結(jié)構(gòu)，減小施工對(duì)現(xiàn)狀水廠的影響。深度過濾選擇一體式成套過濾設(shè)備，具有投資小、施工周期短，占地小的特點(diǎn)，提高了SS、COD等的去除效果。

④擴(kuò)建工程建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)模的選擇上兼顧現(xiàn)狀工程。工程實(shí)施后投運(yùn)初期，提標(biāo)工程出水SS超標(biāo)，通過對(duì)現(xiàn)狀工藝處理體系全流程分析檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀工藝設(shè)備出力不足及損壞問題導(dǎo)致污泥濃度異常，加大沉淀池負(fù)荷，造成出水SS超標(biāo)，并影響COD指標(biāo)的處理效果。

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作者簡介：張?chǎng)危?988—），男，碩士，工程師，主要從事城市污水處理廠、給水廠以及管網(wǎng)的設(shè)計(jì)研究工作。

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