PPP模式下污水處理廠UBF反應(yīng)池質(zhì)量控制要點(diǎn)

文_朱爽 陸寶鋼 吳田輝

1 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 2 東陽(yáng)市華辰水務(wù)有限公司

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模3.0萬(wàn)m3/d，進(jìn)水主要為生活污水和印染廢水（比例為7:3）。污水處理工藝采用“粗格柵提升泵井+細(xì)格柵+均質(zhì)調(diào)節(jié)+UBF反應(yīng)+交替式A2/O+二沉池+曝氣生物流化床+高密度沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+消毒”。工藝流程詳見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本次建設(shè)項(xiàng)目為四期工程，與現(xiàn)狀三期共用一根進(jìn)水管。設(shè)計(jì)進(jìn)水結(jié)合三期進(jìn)水水質(zhì)，并留有一定余量，且避免取值過(guò)高。設(shè)計(jì)出水按“金華標(biāo)準(zhǔn)”執(zhí)行，即在《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，對(duì)氨氮和總磷的考核更加嚴(yán)格，詳見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

3 PPP模式下UBF反應(yīng)池質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

UBF反應(yīng)器是由幾種厭氧反應(yīng)器的功能復(fù)合而成，上部為澄清區(qū)，中部為填料區(qū)，下部為污泥床，底部為進(jìn)水布水系統(tǒng)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：低能耗，整個(gè)單體工藝運(yùn)行采用重力自流，不需要對(duì)系統(tǒng)提供動(dòng)力源，方便后期運(yùn)維與管理；污泥濃度高，不需要回流裝置，有效降低了建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本，非常適用于含印染廢水的污水處理。

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

PPP模式充分體現(xiàn)了“節(jié)約從設(shè)計(jì)出發(fā)”的理念，在設(shè)計(jì)階段融入成本控制理念，減少變更環(huán)節(jié)，降低變更成本。設(shè)計(jì)階段的深度參與對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的全周期管理具有重要意義。

3.1.1 配水方式

合理有效的配水方式可以節(jié)約材料，保證進(jìn)水的均勻性，對(duì)污水的處理效果起著至關(guān)重要的作用。為保證配水均勻，設(shè)計(jì)采用圖2配水方式。進(jìn)水主管DN800由三通分為兩組DN600，兩側(cè)均勻配水，單組池體由5組DN200進(jìn)水管進(jìn)水。為保證各組之間配水的均勻性，A、B組進(jìn)水采用DN600，C、D組進(jìn)水采用DN500，E、F組進(jìn)水采用DN400，且整個(gè)配水管線圍繞UBF反應(yīng)池循環(huán)一圈布置。

圖2 UBF反應(yīng)池配水系統(tǒng)平面圖

為保證單組池體內(nèi)部配水均勻，采用DN200—DN80—DN32逐級(jí)配水，且出水孔正對(duì)池底，緩解進(jìn)水對(duì)系統(tǒng)的沖擊，單組池體共計(jì)200個(gè)配水孔管。這種精密分級(jí)配水的方式可有效保證系統(tǒng)配水的均勻性，增大污泥和進(jìn)水的接觸面積，提高處理效率。

3.1.2 增設(shè)進(jìn)水超越管道（圖3）

圖3 UBF反應(yīng)池進(jìn)水管道優(yōu)化

原設(shè)計(jì)均質(zhì)調(diào)節(jié)池出水經(jīng)DN800全部流入U(xiǎn)BF反應(yīng)池。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及調(diào)研現(xiàn)狀三期工程運(yùn)行效果發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水全部進(jìn)入U(xiǎn)BF反應(yīng)池，經(jīng)厭氧處理后，碳源消耗嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)生化池碳源不足，需額外補(bǔ)充碳源才能達(dá)到脫氮效果，增加運(yùn)營(yíng)成本。經(jīng)優(yōu)化，在DN800進(jìn)水管道分流一根DN300管道，直接超越至后續(xù)生化池，可為后續(xù)生化系統(tǒng)保留部分碳源用于脫氮。運(yùn)營(yíng)期發(fā)現(xiàn)，改造后碳源投加量顯著下降：優(yōu)化前碳源消耗量約170t/a，優(yōu)化后約120t/a，降幅約30%，按照0.3萬(wàn)/t計(jì)，成本節(jié)約15萬(wàn)/a，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.2 采購(gòu)優(yōu)化

3.2.1 填料支架的優(yōu)化與加強(qiáng)

設(shè)計(jì)階段，為保證填料使用壽命及穩(wěn)定性，填料支架為不銹鋼槽鋼結(jié)構(gòu)（上層16#、下層14#對(duì)稱布置），槽鋼搭設(shè)在池體牛腿上固定，跨度10m。在填料框架上下層均勻搭設(shè)不銹鋼螺紋圓鋼（ 14），兩層之間距離即為填料的有效長(zhǎng)度（2m），填料安裝間距為200mm。

經(jīng)荷載核算與類似工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，因不銹鋼槽鋼跨度達(dá)到10m，成膜重量高達(dá)62kg/m3，使不銹鋼槽鋼在超高負(fù)荷下產(chǎn)生變形，槽鋼支撐體系容易崩塌造成運(yùn)維事故隱患。且池體后期采用玻璃鋼蓋板密封除臭，運(yùn)維檢修及更換設(shè)備難度大成本高。

為保證填料系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增設(shè)300×300mm的混凝土立柱，上端搭設(shè)20號(hào)工字鋼作為中間支撐，使不銹鋼槽鋼的跨度縮小至5m，且在豎向力支撐下不易變形，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，如圖4所示。更改后雖在造價(jià)上有所增加，但增強(qiáng)了支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從PPP項(xiàng)目全周期成本角度考慮，增加立柱的投入不可缺少，效益明顯。

圖4 彈性立體填料支架圖

3.2.2 配水管道材質(zhì)優(yōu)化

UBF池底部為污泥床，堆積大量污泥，需定期外排以保證系統(tǒng)的生物活性。原設(shè)計(jì)配水管線材質(zhì)為碳鋼Q235B。由于池內(nèi)為厭氧環(huán)境，對(duì)碳鋼腐蝕較大，嚴(yán)重影響管道使用壽命。且底部配水系統(tǒng)為UBF池核心，池中為填料區(qū)，若底部配水管線損壞，檢修更換難度極大，成本極高。經(jīng)各方綜合考慮，底部配水管采用PE管。以DN200管徑為例，碳鋼管價(jià)格（160元/m）約為PE管價(jià)格（100元/m）的1.6倍，管材優(yōu)化后耐腐蝕效果更好，且成本更低。

3.3 施工優(yōu)化

施工階段發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)三相分離器的上端斜角為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，如圖5。三相分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，上部斜角厚度小，施工時(shí)須搭設(shè)模板、分批澆筑，土建施工難度大。

圖5 三相分離器改進(jìn)前后對(duì)比圖

經(jīng)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、運(yùn)維和供應(yīng)商等多方討論，將三相分離器的上部斜角更換為耐腐蝕的PP材質(zhì)，把難度較大的土建施工，轉(zhuǎn)變?yōu)楦菀椎脑O(shè)備安裝工作。且安裝便捷，縮短施工周期。

4 運(yùn)營(yíng)水質(zhì)及成本分析

4.1 運(yùn)營(yíng)水質(zhì)分析

由于當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)升級(jí)與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，近年來(lái)服務(wù)范圍內(nèi)大量工廠搬遷，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)較設(shè)計(jì)明顯好轉(zhuǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)幅度減少。本工程運(yùn)行十分穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)期間對(duì)各項(xiàng)污染物去除效果良好。表2為2020年9月至2021年2月連續(xù)6個(gè)月的污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)。出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，且優(yōu)于設(shè)計(jì)“金華標(biāo)準(zhǔn)”。

表2 進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

4.2 成本分析

運(yùn)行期間直接費(fèi)用包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、污泥處置費(fèi)、設(shè)備維修維護(hù)費(fèi)等，各項(xiàng)費(fèi)用詳見(jiàn)表3，本項(xiàng)目運(yùn)行直接費(fèi)用約720萬(wàn)元/a，污水處理量3萬(wàn)m3/d，折合運(yùn)行直接成本為0.66元/m3。類比同類工程，本項(xiàng)目處理成本較低，具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，充分說(shuō)明了PPP模式下全周期管控與過(guò)程優(yōu)化，可有效降低項(xiàng)目總成本。

表3 污水廠直接運(yùn)行費(fèi)用

5 結(jié)語(yǔ)

PPP模式下，集投資、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)于一身，將項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)深度融合，有助于真正的實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全周期管控。

為保證UBF反應(yīng)池質(zhì)量，設(shè)計(jì)、采購(gòu)及施工階段采取一系列措施，通過(guò)運(yùn)營(yíng)期間連續(xù)6個(gè)月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)及直接成本分析，效果顯著。出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，運(yùn)行直接費(fèi)用約720萬(wàn)元/a，折合運(yùn)行直接成本為0.66元/m3。