錦州白沙污水廠(chǎng)生物池升級(jí)改造工藝設(shè)計(jì)

侯紅輝

（奧甘內(nèi)卡水處理技術(shù)（上海）有限公司，上海 200031）

1 工程概況

1.1 工程背景

錦州白沙污水處理廠(chǎng)始建于2006年，2008年建成投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)模為4×104m3/d，原二級(jí)生物處理工藝為A/O工藝，原出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為改善城市居民生活環(huán)境和投資環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，決定對(duì)白沙污水處理廠(chǎng)進(jìn)行提標(biāo)改造，出水標(biāo)準(zhǔn)由二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

原處理流程為：污水經(jīng)粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵和曝氣沉砂池后，去除水中的漂浮物和砂粒，再進(jìn)入初沉池，去除約40%～55%的SS，20%～30%的BOD以及10%的TN和NH3-N。初沉池出水至生物反應(yīng)池，生物反應(yīng)池由缺氧段和好氧段組成，污水經(jīng)由缺氧段處理后流入好氧段。好氧段出水至二沉池進(jìn)行泥水分離，最后經(jīng)紫外線(xiàn)消毒后排海。

1.2 原工藝運(yùn)行情況

通過(guò)對(duì)白沙污水廠(chǎng)2015年1月至2016年8月的進(jìn)出水水質(zhì)調(diào)查，該廠(chǎng)進(jìn)出水情況如表1所示。

表1 白沙污水處理廠(chǎng)進(jìn)出水水質(zhì)及處理達(dá)標(biāo)率（2015.1.1—2016.8.20）

1.3 提標(biāo)改造進(jìn)出水水質(zhì)確定

提標(biāo)改造后，白沙污水廠(chǎng)出水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮到短時(shí)流量及負(fù)荷沖擊，為確保安全穩(wěn)定運(yùn)行，預(yù)留一定設(shè)計(jì)余量，因此本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表2所示。

表2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)情況分析

2 二級(jí)生物處理工藝選擇

從實(shí)際進(jìn)水情況來(lái)看，進(jìn)水CODcr、BOD5較高，BOD5/CODcr均值0.36，可生化性良好；進(jìn)水TN較高，BOD5/TN均值3.87，碳氮比略低，需提高可生物脫氮的有機(jī)物利用效率；進(jìn)水TP較高，BOD5/TP均值26.1，可生物除磷性能好，同時(shí)考慮生物脫氮的碳源競(jìng)爭(zhēng)，以生物除磷為主，化學(xué)除磷為輔。

從實(shí)際出水情況來(lái)看，出水CODcr、BOD5基本可滿(mǎn)足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，但出水TN、TP、NH3-N、SS未穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，尤其N(xiāo)H3-N/TN平均僅為55.9%，亟須進(jìn)一步去除。TP、SS可通過(guò)化學(xué)除磷、機(jī)械過(guò)濾等物理化學(xué)方法輔助實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，TN的去除應(yīng)考慮輔助外加碳源。因此，提標(biāo)改造應(yīng)考慮生物濃度高，生物脫氮除磷效果好，且重點(diǎn)在于脫氮效果好的工藝。同時(shí)該廠(chǎng)位于市區(qū)，周邊為居民區(qū)，無(wú)新增土地可用，需特別考慮污水廠(chǎng)對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)上述要求，本設(shè)計(jì)選擇了三種生物處理工藝進(jìn)行對(duì)比，具體如表3所示。

根據(jù)以上比較，RBR工藝等效生物濃度高，占地面積小，TN處理效果好，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，且景觀(guān)效果好。因此，提標(biāo)改造二級(jí)生物處理工藝路線(xiàn)采用RBR工藝。

3 RBR工藝介紹

RBR（Root Biofilm Reactor，根系生物膜反應(yīng)器）工藝系統(tǒng)是固定床生物膜反應(yīng)器的一種，由多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)而成，在反應(yīng)器中投入自然（植物根系）及人造根系作為生物載體，根系上培養(yǎng)并富集出固定的生物膜，當(dāng)污水流經(jīng)生物膜時(shí)，污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（BOD、TN、TP）被生物膜吸附并消耗。伴隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧濃度變化，固定在根系上的微生物種群從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域變化，并最終在每個(gè)區(qū)域形成了專(zhuān)門(mén)適合本區(qū)域的專(zhuān)性生態(tài)系統(tǒng)。

表3 污水處理工藝一覽表

同一個(gè)工藝系統(tǒng)中，既有固定床的生物膜系統(tǒng)，又有懸浮的活性污泥系統(tǒng)，膜系統(tǒng)與泥系統(tǒng)協(xié)同作用，系統(tǒng)的工藝設(shè)置靈活，可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

固定的根系（包括自然植物根系與人造植物根系）比表面積高達(dá)12 000m2/m3，等效生物濃度12 000～18 000mg/L；高度專(zhuān)性的生物膜，使反應(yīng)器效率極大提高，占地面積大幅減少。

微生物種類(lèi)高達(dá)3 000種，構(gòu)成的生物鏈條長(zhǎng)，物種間協(xié)同作用，增強(qiáng)了降解的效率，產(chǎn)泥量相較于活性污泥法降低了30%。

4 RBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 工藝及水力設(shè)計(jì)

RBR工藝是將活性污泥法和生物膜法進(jìn)行結(jié)合的生物處理方法，工藝設(shè)計(jì)變量多難度大，因此采用動(dòng)態(tài)模型模擬方法，該模型基于GPS-X（Hydromantis），對(duì)靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）或動(dòng)態(tài)（變化進(jìn)水條件）下充分模擬。

通過(guò)對(duì)該污水廠(chǎng)一年運(yùn)行狀況的模擬，發(fā)現(xiàn)在原反應(yīng)池容積不變的情況，污泥濃度達(dá)到9 200mg/L時(shí)可實(shí)現(xiàn)出水達(dá)到一級(jí)A的標(biāo)準(zhǔn)。RBR填充比在70%時(shí)，等效污泥濃度可到達(dá)15 000～18 000mg/L，因此，可以適當(dāng)降低反應(yīng)池填充比，以達(dá)到更好的水力流態(tài)，結(jié)合水力模擬軟件（CFD）模擬結(jié)果，本項(xiàng)目懸浮污泥濃度設(shè)為2 500mg/L，載體填充率設(shè)為40%，且載體布置形式采用“棋盤(pán)式”布置。

4.2 RBR工程設(shè)計(jì)

保持原有構(gòu)筑物尺寸不變，在反應(yīng)池內(nèi)放入固定根系（包括自然植物根系與人造根系），具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

將原生物池改造成兩座RBR反應(yīng)池，每座分為6格池子，每格池子容積分別為：1 272m3，1 432m3，1 456m3，2 210m3，2 210m3，2 210m3，每格池子植物面積分別為：40.2m2，46m2，46m2，94m2，94m2，94m2，好氧區(qū)每格池子人造生物填料面積均為31 142m2，設(shè)計(jì)懸浮污泥濃度為2 500～3 000mg/L，好氧區(qū)人造根系折算后污泥濃度為10 000mg/L。好氧區(qū)每格池子曝氣量分別為2 000～3 776m3/h，1 632～2 092m3/h，816～1 576N m3/h。單座反應(yīng)池面積為36m×36m，有效水沉7.5m，總體積21 568m3，總停留時(shí)間12.9h，其中厭缺氧區(qū)體積8 320m3，停留時(shí)間5h，好氧區(qū)體積13 248m3，停留時(shí)間7.9h，SRT＞30d，污泥產(chǎn)率0.79kgMLSS/去除kgBOD5，混合液回流比200%，污泥回流比50%～150%。

詳細(xì)設(shè)計(jì)采用Revit三維建模全流程設(shè)計(jì)，對(duì)池體結(jié)構(gòu)的改造，新老設(shè)備的更換，材料的準(zhǔn)備，各個(gè)工種的交叉施工提供了良好的指導(dǎo)。

4.3 曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因風(fēng)量、噪聲及能耗要求，原有離心風(fēng)機(jī)已無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此拆除原有風(fēng)機(jī)，新增空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)。為控制附著在人造根系上的生物膜厚度在合理范圍，保證空氣沖刷強(qiáng)度防止根系堵塞，高溶氧轉(zhuǎn)移效率及安裝施工方便，采用整體框架的薄膜管式曝氣器。風(fēng)機(jī)出口總管上設(shè)壓力計(jì)，好氧區(qū)每格池子曝氣總管上設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)型刀閘閥、空氣流量計(jì)，并設(shè)置溶氧探頭，好氧區(qū)最后一格池子設(shè)置氨氮/硝酸鹽氮復(fù)合探頭，厭氧區(qū)設(shè)置ORP探頭，缺氧區(qū)設(shè)置硝酸鹽探頭。

曝氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備及儀表。

空氣懸浮離心風(fēng)機(jī)：114m3/min，8.5m風(fēng)壓，兩用一備，變頻控制。

電動(dòng)調(diào)節(jié)型刀閘閥：DN300 兩套，DN200兩套，DN100兩套。

空氣流量計(jì)六套，壓力傳感器一套。

溶氧探頭六套，氨氮探頭兩套，硝酸鹽探頭兩套，ORP探頭兩套。

曝氣系統(tǒng)控制方式：閥門(mén)最大開(kāi)度模式、固定風(fēng)量模式、溶氧模式、氨氮模式、沖刷模式。

4.4 RBR工藝相關(guān)設(shè)備及儀表

厭氧區(qū)攪拌器：2臺(tái)雙曲面立軸攪拌器，混合功率1.4W/m3，電機(jī)功率3kW。

缺氧區(qū)攪拌器：4臺(tái)雙曲面立軸攪拌器，混合功率1.4W/m3，電機(jī)功率3kW。內(nèi)回流泵：4臺(tái)穿墻式軸流泵，流量1 667m3/h，揚(yáng)程0.7m。外回流泵：流量834m3/h，揚(yáng)程3.0m，兩用一備，變頻控制。剩余污泥泵：流量100m3/h，揚(yáng)程3.0m，一用一備，變頻控制。其中外回流管路、剩余污泥管路上均設(shè)有電磁流量計(jì)。

4.5 RBR工藝植物布置設(shè)計(jì)

RBR生物池的植物是景觀(guān)的重要組成部分，通過(guò)在生物池表面布設(shè)植物，改變了人對(duì)傳統(tǒng)污水廠(chǎng)氣味、噪聲、景觀(guān)的印象，使污水廠(chǎng)看起來(lái)像一個(gè)植物園，與周邊環(huán)境融合。植物根系是微生物棲息生長(zhǎng)的完美載體，具有比人造填料更高數(shù)量級(jí)的比表面積，同時(shí)不易堵塞；植物根系轉(zhuǎn)輸?shù)难鯕狻⒂袡C(jī)酶類(lèi)如化學(xué)反應(yīng)的催化劑一般，孕育出更多種類(lèi)的微生物，并保證微生物的高活性。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颉⑺|(zhì)、人文要求的分析，優(yōu)選出適合本地的60多種植物。

5 運(yùn)行效果

該污水處理廠(chǎng)經(jīng)升級(jí)改造后，目前已運(yùn)行近一年，效果穩(wěn)定，日常檢測(cè)結(jié)果顯示，出水CODcr、BOD5、SS、NH3-N、TN 和TP 平均值分別為21.5mg/L、4.8mg/L、7.5mg/L、0.55mg/L、12.8mg/L和0.4mg/L，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到GB 18918—2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。采用精確曝氣控制系統(tǒng)、高效攪拌器，總回流比聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，噸水運(yùn)行耗電量?jī)H為0.3kWh/m3，低于同類(lèi)水廠(chǎng)。同時(shí)隨著植物生長(zhǎng)，RBR生物池已成為一個(gè)植物園，景觀(guān)效果良好。