某污水處理廠改造設(shè)計及效果分析

丁海燕

(凱發(fā)新泉水務(wù)(泰州)有限公司，江蘇 泰州 225300)

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化水平的提高，城鎮(zhèn)污水的產(chǎn)生量逐年增多，城鎮(zhèn)水污染問題日益突出，隨著我國環(huán)保力度的加強(qiáng)，城鎮(zhèn)污水處理廠作為城鎮(zhèn)污水處理的基礎(chǔ)設(shè)施，面臨巨大壓力與挑戰(zhàn)，為保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，污水處理廠工藝改造工作勢在必行[1]。本文以泰州城南第二污水處理廠為例，對該污水廠改造前實際運(yùn)行情況、改造方案、設(shè)計參數(shù)和改造后運(yùn)行效果進(jìn)行分析，并對出現(xiàn)的新問題提出解決措施。

1 工程概況

泰州城南第二污水處理廠位于泰州市濱江工業(yè)園區(qū)，已建成一期工程規(guī)模為2萬m3/d，污水處理廠于2006年9月建成投產(chǎn)，設(shè)計進(jìn)水生活污水和工業(yè)廢水各占50%，工業(yè)廢水處理工藝流程為“格柵+調(diào)節(jié)池+初沉池+氧化溝+二沉池+絮凝沉淀池+消毒”；生活污水處理工藝流程為“格柵+曝氣沉砂池”匯入氧化溝與工業(yè)廢水一起進(jìn)行后續(xù)處理，污水接管標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 8978—1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)表4中的三級標(biāo)準(zhǔn)，出水執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，尾水經(jīng)過趙泰支港排入長江。2012年實施過提標(biāo)改造(一級B標(biāo)提高到一級A標(biāo))，原生化處理工藝不變，在絮凝沉淀池和消毒池之間增加纖維轉(zhuǎn)盤濾池。

1.1 進(jìn)水水量

泰州城南第二污水處理廠設(shè)計規(guī)模為2萬m3/d，隨著污水管網(wǎng)的不斷完善和新增排污企業(yè)，實際處理水量不斷上升，已達(dá)到設(shè)計值90%，最大日進(jìn)水水量達(dá)到2.2萬m3/d。

1.2 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

泰州市第二城南污水廠一期工程2萬m3/d，設(shè)計與實際進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

2 改造前存在的問題及原因

1)原工藝流程中缺少缺氧區(qū)且碳源不足，反硝化不充分，出水總氮不能穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

2)原絮凝沉淀池采用豎流式沉淀池，表面負(fù)荷較高(q=1.7 m3/(m2·h))，絮凝和沉淀效果不佳，絮凝沉淀池出水SS不能穩(wěn)定在20 mg/L以下，導(dǎo)致纖維轉(zhuǎn)盤濾池出水SS不能穩(wěn)定在10 mg/L以下，造成出水SS不能達(dá)到GB 18918—2002一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

3)預(yù)處理區(qū)及污泥脫水區(qū)無除臭設(shè)施，廢氣排放不能滿足GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)表4二級標(biāo)準(zhǔn)要求。

4)進(jìn)水水源主要為工業(yè)廢水和生活污水，工業(yè)廢水所占比例約50%，工業(yè)廢水的水質(zhì)、水量波動較大，污水處理廠抗沖擊負(fù)荷能力較弱，需增加事故應(yīng)急池。

5)原儲泥池V=40 m3，污泥脫水系統(tǒng)采用帶式脫水機(jī)，脫水后污泥含水率80%以上，需要對污泥脫水機(jī)房進(jìn)行升級改造，使污泥脫水至含水率60%以下。

表1 設(shè)計與實際進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

3 改造方案

3.1 生化處理段工藝改造

對初沉池進(jìn)行改造，拆除刮泥機(jī)和出水堰，增設(shè)MBBR填料和推流器；對氧化溝進(jìn)行改造，停用1號、3號曝氣機(jī)，增設(shè)推流器和硝化液回流泵；新建碳源投加系統(tǒng)。

3.1.1 初沉池改為缺氧池改造方案

原初沉池1座，直徑為28 m，水深4 m，內(nèi)設(shè)1臺周邊傳動橋式刮泥機(jī)。改造方案為：

拆除池內(nèi)的周邊傳動橋式刮泥機(jī)和池中央進(jìn)水筒及周邊出水堰，形成1座圓形缺氧池，缺氧池為完全混合型水池，內(nèi)設(shè)2臺潛水推流器。污水從池上部進(jìn)入，從上部原初沉池出水井流出。為了保證缺氧池脫氮效果，將氧化溝內(nèi)硝化液回流至缺氧池進(jìn)水端。同時將原接入氧化溝的回流污泥改為回流到缺氧池。根據(jù)計算，初沉池改為缺氧池后主要設(shè)計參數(shù)如下：缺氧池容積：V=2 460 m3；污水停留時間：T=3 h；污泥濃度：與氧化溝相同，約為3 500 mg/L；初沉池改成缺氧段后只能滿足3 h停留時間，而根據(jù)本廠脫氮所需停留時間為4.5 h，因此需要采用工程措施提高脫氮效果。根據(jù)經(jīng)驗，在缺氧池內(nèi)投加懸浮填料改造為MBBR缺氧池，達(dá)到增加缺氧池生物量，保證脫氮效果。

3.1.2 氧化溝改造方案

原氧化溝DO較高，停用1號、3號表曝機(jī)(保留，必要時再啟用)，僅開啟2號表曝機(jī)，為防止污泥沉降，在氧化溝內(nèi)增加6套推流器。為了保證缺氧池脫氮效果，在氧化溝出水口增加3臺硝化液回流泵，回流比為200%，同時將原接入氧化溝的回流污泥改為回流至缺氧池。

設(shè)計參數(shù)如下：混合液污泥濃度：3.5 g/L；廊道寬度：9.0 m；有效水深：4.5 m；有效容積：23 650 m3；水力停留時間：28.4 h；綜合產(chǎn)泥率：0.80 kg DS/kgBOD5；污泥負(fù)荷：0.061 4 kgBOD5/kgMLSS·d；污泥回流比：100%～200%；硝化液回流比：200%；污泥齡：21.24 d；設(shè)計最低水溫：10 ℃；供氧方式：倒傘表面曝氣；生化池需氧量：183.91 kgO2/h；所需空氣量：60.14 m3/min。

3.2 外加碳源投加系統(tǒng)方案

原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)中，BOD5/TN=100/39=2.56，但實際進(jìn)水BOD5/TN很低，日常運(yùn)行中碳源不足情況較為嚴(yán)重。進(jìn)水中可利用的碳源經(jīng)常不足，影響反硝化過程，為保障出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，需增設(shè)碳源投加裝置作為保障措施[3]，當(dāng)進(jìn)水BOD5/TN較低時，考慮外投加碳源。為保證脫氮效果，增加1套碳源投加裝置，碳源使用醋酸鈉。投加點(diǎn)設(shè)于缺氧池內(nèi)和氧化溝進(jìn)水端。當(dāng)進(jìn)水BOD5/TN偏低、冬季等反硝化效果不好時，可予以補(bǔ)充碳源，實現(xiàn)尾水TN達(dá)標(biāo)排放。

3.3 深度處理工藝方案

原有一座絮凝沉淀池表面負(fù)荷高，出水SS不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，為確保出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，增加一座高效絮凝沉淀池[4]。投加藥劑采用PAC和PAM兩種，其中PAC為液體溶液投加，設(shè)計PAC儲池1座，有效容積50 m3，PAM為固體藥劑現(xiàn)場溶液后投加，設(shè)置溶藥加藥裝置1套。

3.4 污泥脫水系統(tǒng)改造方案

對原有污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行改造，將帶式壓濾機(jī)換為板框壓濾機(jī)，改造后脫水污泥含水率達(dá)到60%以下。改造后污泥處理工藝采用重力濃縮+機(jī)械脫水方案。該工藝由重力濃縮、污泥調(diào)理和板框壓濾組成，處理構(gòu)筑物包括污泥濃縮池、污泥調(diào)理池、板框壓濾機(jī)房和調(diào)理劑投加系統(tǒng)組成。

3.5 事故應(yīng)急池

當(dāng)工業(yè)廢水嚴(yán)重超標(biāo)或出水不達(dá)標(biāo)時，污水廠超標(biāo)進(jìn)水或出水進(jìn)入應(yīng)急事故池，進(jìn)行調(diào)蓄。改造方案為：在調(diào)節(jié)池和接觸消毒池各增加1根超越管，接入應(yīng)急事故池。在污水廠進(jìn)出水及工藝系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行后，再通過提升泵將應(yīng)急池內(nèi)的廢水慢慢的打入已建污水調(diào)節(jié)池，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.6 除臭工藝方案

該污水廠有預(yù)處理區(qū)和污泥處理區(qū)兩處臭氣源需要進(jìn)行臭氣收集和處置，預(yù)處理區(qū)包括調(diào)節(jié)池、格柵及曝氣沉砂池和缺氧池，污泥處理區(qū)包括污泥脫水機(jī)房及堆棚、污泥調(diào)理池及污泥濃縮池。采用生物濾池除臭工藝對預(yù)處理區(qū)和污泥脫水區(qū)構(gòu)筑物進(jìn)行加蓋除臭。臭氣通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入處理系統(tǒng)先經(jīng)過預(yù)洗池進(jìn)行加濕除塵，然后再進(jìn)入生物過濾池，臭氣通過濕潤、多孔和充滿活性微生物的濾層，利用微生物細(xì)胞對惡臭物質(zhì)的吸附、吸收和降解功能，有效去除NH3,H2S等惡臭成分，保證設(shè)備出氣口達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)計算除臭風(fēng)量約30 000 m3/h。除臭裝置數(shù)量：1套，包含除臭設(shè)備箱體、離心風(fēng)機(jī)和排氣筒等。

4 處理工藝設(shè)計

4.1 改造后工藝流程

改造后工藝流程圖見圖1。

4.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計

4.2.1 原污水廠改造部分

1)初沉池改為缺氧池措施。a.缺氧池推流器改造，將原有初沉池內(nèi)刮泥機(jī)取消，增加推流器。推流器功率N=8 kW；葉輪直徑D=1 400 mm；轉(zhuǎn)速V=53 r/min，低轉(zhuǎn)速大葉輪推流器。b.缺氧池投加填料，規(guī)格：φ25×10，HDPE材質(zhì)，數(shù)量：372 m3，反硝化速率：(0.032 kg NO3-N/(kgMLSS·d)，有效面積167 000 m2，填料投加比:15.1%。

2)氧化溝改造措施。新增推流器6臺，D=2 200 mm，N=5.5 kW；混合液回流泵3臺，2用1備，Q=830 m3/h，H=8 m，N=30 kW。

3)尾水排放泵房。新增尾水排放泵房至事故應(yīng)急池管道，DN600。

4)污泥脫水系統(tǒng)。新增板框壓濾機(jī)2臺，1用1備，過濾面積：100 m2，N=12 kW；板框壓濾機(jī)進(jìn)泥泵2臺，1用1備，Q=50 m3/h，H=120 m，N=11 kW；清洗水泵2臺，1用1備，Q=20 m3/h，H=120 m，N=11 kW；清洗水罐1套，V=20 m3；壓榨水泵2臺，1用1備，Q=6 m3/h，H=120 m，N=5.5 kW；壓榨水罐1套，V=10 m3；空壓機(jī)1套，Q=2 m3/h，P=1.0 MPa，N=11 kW；冷干機(jī)1套，Q=2.4 m3/h，N=0.75 kW；回吹氣罐1套，V=8 m3；儀表氣罐1套，V=1 m3，水平螺旋輸送機(jī)1套，L=7 m，N=5.5 kW；傾斜螺旋輸送機(jī)1套，L=10 m，N=5.5 kW；水平螺旋輸送機(jī)2套，L=6.0 m，N=5.5 kW。

4.2.2 原污水廠新建部分

1)事故應(yīng)急池。事故應(yīng)急池容積按5 000 m3考慮。構(gòu)筑物尺寸：L×B×H=43 m×23 m×5.0 m(有效水深)，有效容積：5 000 m3。潛水?dāng)嚢铏C(jī)5套，直徑：D=360 mm，功率：N=7.5 kW。潛水排污泵流量：Q=450 m3/h，揚(yáng)程：H=8 m，功率：N=22 kW，數(shù)量2臺，1用1備。

2)碳源投加系統(tǒng)。醋酸鈉計量泵3臺，2用1備，設(shè)備參數(shù)為：Q=0.5 m3/h，H=10 m，N=0.55 kW。醋酸鈉儲罐，V=20 m3/套，2套。

3)污泥濃縮池及污泥調(diào)理池。直徑10 m，池深4.65 m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)泥泵2臺，1用1備，Q=30 m3/h，H=7 m，N=22 kW。

4)除臭系統(tǒng)。除臭設(shè)備參數(shù)，外形尺寸：15 m×8.5 m×3 m，設(shè)計處理能力：30 000 m3/h。離心風(fēng)機(jī)2臺，1用1備，Q=30 000 m3/h，H=3 800 Pa，N=55 kW。循環(huán)水泵2臺，Q=36 m3/h，H=23 m，N=4 kW。補(bǔ)充水泵1臺，Q=18 m3/h，H=24 m，N=2.2 kW。循環(huán)水箱 1套，φ1 000 mm×1 000 mm。補(bǔ)充水箱1套，φ1 000 mm×1 000 mm ，排氣筒管徑φ1 000 mm，15 m高空排放。

4.2.3 深度處理部分

高效絮凝沉淀池主要設(shè)計參數(shù)為：規(guī)模20 000 m3/d，分2組；結(jié)構(gòu)：鋼混凝土構(gòu)筑物；混凝區(qū)設(shè)計參數(shù)：1座2組，每組分1格；單格尺寸：2.8 m×2.8 m×6.5 m(有效水深)；停留時間：4.9 min；絮凝區(qū)設(shè)計參數(shù)：1座2組，每組分2格；單格尺寸：2.8 m×2.8 m×6.5 m(有效水深)；停留時間：9.8 min；澄清區(qū)設(shè)計參數(shù)：尺寸：D9.6 m×6.35 m(有效水深)；上升流速：2.9 mm/s；數(shù)量：1座2組。

設(shè)備設(shè)計參數(shù)為：中心傳動全橋式刮泥機(jī)2臺，φ9.6 m，H=7.45 m，N=0.75 kW；混合攪拌器2套，G=300 S-1～600 S-1,φ=2.5 m，H=6.5 m，N=1.5 kW。絮凝攪拌機(jī)2套n=40 S-1～60 S-1,φ=2.5 m,H=6.5 m,N=1.5 kW。絮凝攪拌機(jī)2套，n=25 S-1～40 S-1,φ=2.5 m,H=6.5 m,N=0.75 kW?；亓魑勰啾?臺，2用2備，Q=25 m3/h，H=10 m，N=3.0 kW；剩余污泥泵3臺，2用1冷備，Q=20 m3/h,H=15 m，N=1.5 kW。斜管填料孔徑50 mm，L=1 000 mm，數(shù)量125 m3，PP材質(zhì)。PAM 加藥系統(tǒng)，制備能力1 000 L/h，變頻調(diào)速，N=1.5 kW。加藥螺桿泵加藥3臺，2用1備，加藥量200 L/h，變頻調(diào)速，N=0.55 kW。PAC加藥隔膜泵3臺，2用1備，Q=500 L/h，H=40 m，變頻調(diào)速，N=0.75 kW。PAC儲罐2臺，V=20 m3/臺，PP材質(zhì)。

5 工程運(yùn)行效果分析及新問題解決措施

本工程改造總投資3 900萬元，于2018年1月開工建設(shè)，2019年6月正式投入運(yùn)營，投入運(yùn)營1年多以來，通過每天對進(jìn)出水水質(zhì)的檢測，2020年平均進(jìn)出水各項指標(biāo)見表2，從中可以看出各項指標(biāo)均有較好的去除效果，達(dá)到了改造預(yù)期的目的，出水各項指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 改造后實際進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

改造工程投入運(yùn)營以來，實際運(yùn)行中也遇到了以下3個新問題，對工藝穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響，通過不斷摸索和優(yōu)化使工況達(dá)到最佳。主要有：

1)缺氧池漫流問題。

缺氧池投入運(yùn)行約6個月后，出現(xiàn)了缺氧池漫流的問題，通過對缺氧池清空檢查，發(fā)現(xiàn)在缺氧池出水口加裝的攔截系統(tǒng)(為防止懸浮填料流失)堵塞嚴(yán)重，全部為垃圾，且缺氧池中間積泥嚴(yán)重。經(jīng)分析，攔截系統(tǒng)的垃圾是由于預(yù)處理段格柵隔離垃圾不徹底造成的，積泥的問題是由于缺氧池從上部進(jìn)污水和硝化液的原因。后對缺氧池進(jìn)水方式改由底部進(jìn)污水和硝化液，清空了懸浮填料，拆除了攔截系統(tǒng)，解決了缺氧池漫流問題。

2)污泥脫水系統(tǒng)調(diào)理劑問題。

改造后污泥脫水系統(tǒng)調(diào)理劑為氧化鈣和三氯化鐵，經(jīng)過運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，三氯化鐵對設(shè)備和管道的腐蝕性極大，且污泥脫水區(qū)域惡臭問題嚴(yán)重。通過對污泥調(diào)理劑的重新選型調(diào)試，將污泥調(diào)理劑改為聚合氯化鋁和陽離子聚丙烯酰胺后，惡臭問題得到解決，且污泥含水率穩(wěn)定在60%以下。

3)纖維轉(zhuǎn)盤濾池溢流問題。

改造后在瞬時流量超過設(shè)計流量時，出現(xiàn)了纖維轉(zhuǎn)盤濾池溢流的現(xiàn)象，通過降低投加濃度減少高效絮凝沉淀池上PAM的投加量，溢流現(xiàn)象得到了緩解，在日常的運(yùn)行管理中，保證絮凝效果的前提下，降低PAM的投加量[5]，降低水的黏度，避免纖維轉(zhuǎn)盤濾池濾布的堵塞。

6 結(jié)語

1)解決出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問題，營造缺氧環(huán)境即把初沉池改為缺氧池，在氧化溝末端增加硝化液回流泵，為防止污泥沉降，在氧化溝前端和末端增加推流器；增加碳源投加系統(tǒng)；提高總氮的去除率。增加一座高效沉淀池，確保出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2)對污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，改造后脫水污泥含水率由原來的80%降至60%，減少50%的污泥產(chǎn)生量，方便了運(yùn)輸和貯存，降低了50%的污泥處置成本。

3)增加事故池，在預(yù)處理和污泥脫水機(jī)房區(qū)域增加除臭設(shè)施，提高了處置突發(fā)環(huán)境事件的應(yīng)急能力，改善了廠區(qū)周邊的空氣環(huán)境質(zhì)量。

4)泰州城南第二污水處理廠工藝新增和優(yōu)化改造工程的實施，將有效削減該廠服務(wù)范圍內(nèi)的污染物排放量，有助于趙泰支港及長江水質(zhì)的改善。