木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

梁家成，徐和平，莫建剛

(1 蘇州中晟環(huán)境修復(fù)有限公司，江蘇 蘇州 215104；2 上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040)

太湖流域水污染治理是國(guó)家環(huán)保工作的重中之重，2017年蘇州市印發(fā)《“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》，將治理太湖水環(huán)境作為主要工作任務(wù)。2018年蘇州市“三年行動(dòng)計(jì)劃”要求城鎮(zhèn)污水處理廠需在2020年底完成提標(biāo)改造，尾水優(yōu)于“蘇州特別排放限值”。同年《吳中區(qū)開(kāi)展污水處理廠提標(biāo)改造的通知》要求木瀆新城污水處理廠加快提標(biāo)改造工程進(jìn)度，出水執(zhí)行“蘇州特別排放限值”要求。

木瀆新城污水處理廠規(guī)模為10×104m3/d，生化處理段采用倒置AAO生物池工藝，出水指標(biāo)按一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。尾水排至陳家浜，經(jīng)木橫河排入胥江。

1 提標(biāo)前運(yùn)行概況

木瀆新城污水處理廠于2016年建設(shè)，2018年通過(guò)環(huán)保驗(yàn)收，污水廠出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，原工藝流程見(jiàn)圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow chart of sewage treatment process

2 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)

2.1 水 質(zhì)

對(duì)2017年1月-2019年5月期間木瀆新城污水處理廠實(shí)際出水及提標(biāo)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)詳見(jiàn)表1所示。

表1 實(shí)際出水及提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)Table 1 Actual influent and design influentquality of upgrading and reconstruction project

由表1可知，若以一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，木瀆新城污水處理廠的各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)。若以“蘇州特別排放限值”為依據(jù)，除了出水中TN的去除率(僅有83%)過(guò)低外，其余幾項(xiàng)指標(biāo)的去除率均達(dá)到95%以上。

2.2 現(xiàn)狀存在問(wèn)題分析

根據(jù)《蘇州市吳中區(qū)八座污水處理執(zhí)行“蘇州特別排放限值”評(píng)估分析報(bào)告》可知，木瀆新城污水處理廠進(jìn)水中CODCr、TP在春夏兩季存在明顯沖擊負(fù)荷，對(duì)生化系統(tǒng)造成負(fù)面影響，生物池TN達(dá)標(biāo)率約80%。另外，進(jìn)水中BOD/TN(3.56)和B/C比(0.4)偏低，脫氮能力較弱[1]。進(jìn)水BOD5/TP在35.6±0.5，通過(guò)提高TN去除效率，降低NO3-含量，以減少回流污泥中NO3-對(duì)厭氧區(qū)釋磷的影響，提高系統(tǒng)的磷去除率[2]。如運(yùn)行得當(dāng)，本項(xiàng)目采用強(qiáng)化生物除磷脫氮工藝可以獲得較高的磷去除率。

現(xiàn)狀處理系統(tǒng)在外加碳源情況下，可以實(shí)現(xiàn)出水一級(jí)A穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但離新執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)仍有一定距離，TN很難達(dá)到10 mg/L以下。故TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)是本次提標(biāo)改造的重點(diǎn)。

原設(shè)計(jì)未考慮外加碳源設(shè)施，現(xiàn)狀將外碳源直接投加生物池，碳源利用效率較低，運(yùn)行控制靈活性差，本次提標(biāo)將新建碳源投加設(shè)施。

2.3 提標(biāo)改造方案

根據(jù)“蘇州特別排放限值標(biāo)準(zhǔn)”出水水質(zhì)要求，出水總氮≤10 mg/L，需要有足夠碳源。經(jīng)核算，現(xiàn)狀倒置AAO生物池水力停留時(shí)間為19.5 h(厭氧1.8 h，缺氧5.7 h，好氧12 h)，MLSS=3 g/L，LS=0.08 kgBOD5/kgMLSS·d。其參數(shù)可以滿足提標(biāo)要求。選擇將現(xiàn)狀A(yù)AO生物池改造為Bardenpho生物池，在深度處理后，新建二次提升泵房和反硝化濾池(合建)，同時(shí)新建碳源投加系統(tǒng)，保證碳源充足。

圖2 提標(biāo)改造工藝流程Fig.2 Flow chart of upgrading and reconstruction process

3 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)

3.1 倒置AAO生物池改造

本次提標(biāo)將現(xiàn)狀A(yù)AO生物池改造為Bardenpho生物池。設(shè)計(jì)僅對(duì)生物池末端進(jìn)行改造，維持前段倒置AAO工藝順序不變。原回流位置不變、新增好氧I段向缺氧段回流，每組好氧I段設(shè)硝化液回流泵3套(Q=1200 m3/h，H=1.2 m，N=7.5 kW，變頻，2用1備)，合計(jì)12套。池內(nèi)設(shè)置缺氧I段、厭氧段、好氧I段、缺氧II段和好氧II段，水力停留時(shí)間分布為5.7 h、2 h、8 h、2 h和2 h，總停留時(shí)間為19.7 h。

圖3 生物池改造示意Fig.3 Plane layout of reconstruction

3.2 新增精確曝氣系統(tǒng)

工程配套1套精確曝氣系統(tǒng)，主要包括精確曝氣系統(tǒng)控制軟件及控制柜1套，對(duì)應(yīng)控制8臺(tái)氣體調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)。好氧池DO儀(8臺(tái))及氨氮儀(臺(tái))的信號(hào)全部接入廠區(qū)PLC，廠區(qū)PLC通過(guò)以太網(wǎng)通訊將上述信號(hào)傳入精確曝氣系統(tǒng)控制柜。

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收進(jìn)水流量、進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、NH3-N等)前饋信號(hào)，及每個(gè)受控曝氣單元采集到的溶解氧等反饋信號(hào)，經(jīng)分析處理，計(jì)算出各個(gè)溶解氧控制區(qū)的需氧量及總需氧量。將總需氧量信號(hào)傳送至鼓風(fēng)機(jī)房控制站PLC，通過(guò)控制鼓風(fēng)機(jī)變頻器的頻率，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的輸出氣量；同時(shí)，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)，將需氧量分至各溶解氧控制區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)精確曝氣。

3.3 新建反硝化濾池

反硝化濾池為重力流砂濾池，對(duì)SS、TN和TP的去除效果較好[3-5]。污水依次經(jīng)進(jìn)水渠、石英砂濾料、布水布?xì)庀到y(tǒng)、出水渠。池體呈長(zhǎng)方形，濾池底部為配水渠，配水渠上有蓋板，然后上面是反沖洗空氣管和濾磚。濾磚上面為承托層，再往上為石英砂濾料，本工程采用提升泵房、濾池、反沖洗機(jī)房、反沖洗泵房合建式，尺寸為61.90 m×32.80 m。

反硝化濾池需外加碳源實(shí)現(xiàn)脫氮[6]。碳源投加量的多少直接影響了運(yùn)行費(fèi)用和出水水質(zhì)。投加碳源少，不能滿足出水標(biāo)準(zhǔn)要求TN<10 mg/L；投加碳源多，運(yùn)行費(fèi)用高，并且會(huì)有出水BOD超標(biāo)的可能性。因此，需要對(duì)碳源投加進(jìn)行控制。本提標(biāo)改造工程通過(guò)前饋和反饋相結(jié)合的方式來(lái)控制碳源的投加，避免了加藥量過(guò)高和過(guò)低的情況，使加藥量符合TN的去除要求，碳源投加系統(tǒng)如圖4所示。投加碳源為制備濃度20%乙酸鈉溶液，投加量為240 L/min，儲(chǔ)存5天用量。

圖4 碳源投加系統(tǒng)示意Fig.4 Carbon feed system

反硝化濾池平面如圖5所示，共8格，單格尺寸27.00 m×3.56 m；采用2～3 mm石英砂介質(zhì)，濾料深度1.83 m不均勻系數(shù)1.4；卵石墊層高度0.46 m；氣水分布系統(tǒng)高度0.19 m。主要設(shè)計(jì)參數(shù)：濾速5.42 m/h；單氣洗強(qiáng)度92 m3/m2h，氣沖時(shí)間5 min；氣水洗氣沖強(qiáng)度92 m3/m2h，水沖強(qiáng)度14.7 m3/m2h，沖洗時(shí)間20 min；單水洗強(qiáng)度14.7 m3/m2h，沖洗時(shí)間 5 min。

布?xì)獠妓到y(tǒng)：包括濾磚、布?xì)庵?、支管及集水?組。

圖5 反硝化濾池Fig.5 Plan of denitrification filter

4 調(diào)試、運(yùn)行效果

木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造工程于2021年3月建成并投入使用，2021年4月份的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。如表2所示，提標(biāo)改造后出水水質(zhì)較好，達(dá)到“蘇州特別排放限值”要求，NH3-N、TN、TP出水指標(biāo)的70%～95%三級(jí)涵蓋率所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)濃度數(shù)值跨度均較小，連續(xù)性較好，說(shuō)明木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造工程出水水質(zhì)基本處于穩(wěn)定。

表2 提標(biāo)改造后的實(shí)際出水水質(zhì)Table 2 Actual influent and effluent quality of upgrading project (mg/L)

5 結(jié) 論

木瀆新城污水處理廠提標(biāo)改造工程中，結(jié)合現(xiàn)狀，采用將現(xiàn)狀A(yù)AO生物池改造為Bardenpho生物池，在深度處理后，新建二次提升泵房和反硝化濾池(合建)的設(shè)計(jì)方案。實(shí)際出水?dāng)?shù)據(jù)表明，出水水質(zhì)良好，出水水質(zhì)均能穩(wěn)定達(dá)到“蘇州特別排放限值”水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。