污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工藝研究

金洛楠，沈德平，梅竹松，樓 丹

（杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院股份有限公司，杭州 310004）

德清縣某污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)規(guī)模為4 萬(wàn)m/d，現(xiàn)狀規(guī)模為2 萬(wàn)m/d，采用一級(jí)處理+改良式序列間歇反應(yīng)器（MSBR）+芬頓氧化+混凝沉淀過(guò)濾+二氧化氯消毒工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。按照浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠清潔排放要求，該污水處理廠出水水質(zhì)需要執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 33/2169—2018）。目前，該污水處理廠進(jìn)水量接近滿負(fù)荷，即將不能滿足日益增長(zhǎng)的污水處理需求。因此，有必要對(duì)該污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)擴(kuò)建。經(jīng)設(shè)計(jì)，提標(biāo)擴(kuò)建可新增處理能力4 萬(wàn)m/d 的預(yù)處理設(shè)施、上流式污泥床-過(guò)濾器（UBF）水解酸化池、處理能力2 萬(wàn)m/d 的厭氧-缺氧-好氧（AO）/缺氧-好氧（AO）生化池、芬頓反應(yīng)塔和纖維轉(zhuǎn)盤濾池等。

1 污水處理廠運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 水質(zhì)與水量

該污水處理廠2019年1—10月進(jìn)水與出水水質(zhì)如表1所示，11月現(xiàn)場(chǎng)新增的芬頓氧化工藝投運(yùn)，2019年11月至2020年6月進(jìn)水與出水水質(zhì)如表2所示。2019年，全年平均水量為17 068 m/d，最大日處理水量為25 000 m/d，出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)有化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、總氮（TN）、氨氮（NH-N）、總磷（TP）和懸浮物（SS）。

表1 2019年1—10月進(jìn)水與出水水質(zhì)

表2 2019年11月至2020年6月進(jìn)水與出水水質(zhì)

1.2 處理工藝

該污水處理廠一級(jí)處理采用粗格柵及提升泵房+細(xì)格柵及旋流沉砂池+水解池+初沉池；二級(jí)處理采用MSBR 池；三級(jí)處理采用芬頓氧化+混凝沉淀+V形濾池+二氧化氯消毒。污泥脫水采用帶式脫泥機(jī)，污泥含水率為80%。

2 提標(biāo)擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水質(zhì)與水量

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)總規(guī)模為4 萬(wàn)m/d，其中，一期規(guī)模（現(xiàn)狀規(guī)模）為2 萬(wàn)m/d（提標(biāo)改造），二期規(guī)模為2 萬(wàn)m/d（擴(kuò)建）。設(shè)計(jì)進(jìn)水與出水水質(zhì)如表3所示。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)水與出水水質(zhì)

2.2 技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

該污水處理廠進(jìn)水以工業(yè)廢水為主，占比為60%，其主要來(lái)源于紡織印染、化工、金屬加工和食品加工等行業(yè)。下面分析技術(shù)難點(diǎn)，并提出對(duì)策。

一是一期污水處理廠經(jīng)歷3 次建設(shè)，現(xiàn)狀設(shè)施布置需要優(yōu)化，同時(shí)二期新增建設(shè)用地12 121 m，形狀不規(guī)則，用地緊張。因此，整體梳理一、二期構(gòu)筑物，拆除部分一期設(shè)施，與二期合并重建。二是加藥設(shè)施缺少統(tǒng)一規(guī)劃，芬頓藥劑庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)藥罐布置擁擠，存在安全隱患。因此，有必要新建加藥間。三是水質(zhì)變化較大。隨著工業(yè)園區(qū)的發(fā)展，工業(yè)廢水占比增加，水質(zhì)沖擊負(fù)荷大，不可生化降解的COD存在不確定性。因此，增加調(diào)節(jié)池、反應(yīng)初沉池以及芬頓氧化設(shè)施。四是2019年11月芬頓流化床投用后，出水僅氮氨不能滿足要求，但進(jìn)水TN及氨氮濃度呈上升趨勢(shì)。此外，水解酸化池暫時(shí)作為反硝化池使用，改造后將其拆除。因此，MSBR 池增加缺氧池水力停留時(shí)間，主曝區(qū)增加移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）填料，強(qiáng)化脫氮效果。

項(xiàng)目建設(shè)期間需要保證污水處理廠一期設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行。因此，將建設(shè)與運(yùn)行有機(jī)結(jié)合，分步實(shí)施。首先，建設(shè)一級(jí)處理設(shè)施，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水切換；然后，拆除一期一級(jí)處理設(shè)施，建設(shè)二期二級(jí)處理設(shè)施及部分三級(jí)處理設(shè)施；最后，拆除現(xiàn)狀加藥間，建設(shè)二期三級(jí)處理設(shè)施。總體來(lái)看，提標(biāo)擴(kuò)建工藝流程如圖1所示。

圖1 提標(biāo)擴(kuò)建工藝流程

2.3 預(yù)處理

新建處理能力4 萬(wàn)m/d 的一級(jí)處理設(shè)施，包括粗格柵及提升泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池、調(diào)節(jié)池及反應(yīng)初沉池、UBF 水解酸化池。調(diào)節(jié)池與反應(yīng)初沉池上下疊建。調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間為7.4 h，反應(yīng)池水力停留時(shí)間為25 min，平流沉淀池表面負(fù)荷為1.6 m/（m·h），設(shè)超越管。UBF 水解酸化池池深為8.4 m，總水力停留時(shí)間為11 h，上升流速為0.7 m/h，內(nèi)設(shè)5 100 m彈性填料。

2.4 二級(jí)處理

改造一期處理能力2 萬(wàn)m/d 的MSBR 池，改造前，單座MSBR 池總水力停留時(shí)間為25.4 h，其中，缺氧池1 為1.5 h，厭氧池為2.1 h，主曝氣池1 為3.0 h，缺氧池2 為1.5 h，主曝氣池2 為7.6 h，間歇曝氣池為9.7 h。將主曝氣池1 改造為缺氧區(qū)，在現(xiàn)狀主曝氣池2 中設(shè)置MBBR 區(qū)，投加生物膜懸浮載體，投配率為20%，并配套曝氣系統(tǒng)及進(jìn)出水?dāng)r截系統(tǒng)，確保懸浮載體流化且不流失。改造后，從水力停留時(shí)間來(lái)看，預(yù)缺氧池為1.5 h，厭氧池為2.1 h，缺氧池為4.5 h，好氧池為7.6 h，間歇曝氣池為9.7 h。

二期新建一座AO/AO 生化池（處理能力為2 萬(wàn)m/d）和平流二沉池的組合池。生化池BOD污泥負(fù)荷為0.09 kg BOD/（kg MLSS·d），從各區(qū)水力停留時(shí)間來(lái)看，厭氧池為1.5 h，缺氧池1 為5.0 h，好氧池1 為9.8 h，缺氧池2 為2.0 h，好氧池2 為1.0 h。生化池設(shè)溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、氨氮、硝態(tài)氮及pH在線監(jiān)測(cè)儀表，通過(guò)控制鼓風(fēng)機(jī)及電動(dòng)菱形調(diào)節(jié)閥調(diào)整各區(qū)曝氣量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。相較傳統(tǒng)AO 工藝，AO/AO 工藝增加二級(jí)缺氧反應(yīng)池和快速好氧反應(yīng)池，因此具有更好的脫氮能力。本項(xiàng)目采用AO/AO 工藝，以應(yīng)對(duì)進(jìn)水TN 的增長(zhǎng)。采用葡萄糖作為碳源，投加至缺氧池1 作為原水碳源不足的應(yīng)急措施，投加至缺氧池2 保證出水TN 達(dá)標(biāo)。

生化池出水利用重力進(jìn)入平流二沉池，通過(guò)吸泥將污泥回流至厭氧池，剩余污泥通過(guò)重力排至污泥儲(chǔ)池，出水堰采用指形堰。與常規(guī)二級(jí)處理的分建模式相比，AO/AO 生化池和平流二沉池組合池占地小，水頭損失低，其不需要污泥回流泵井，能耗較低，在用地緊張的項(xiàng)目中較為適用。

2.5 三級(jí)處理

三級(jí)處理規(guī)模為2 萬(wàn)m/d，包括芬頓反應(yīng)塔、混凝沉淀池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池及消毒接觸池等。芬頓試劑是一種高效強(qiáng)氧化劑，能利用酸性條件下亞鐵離子對(duì)雙氧水的催化作用，產(chǎn)生羥基自由基，在短時(shí)間內(nèi)有效去除水中的有機(jī)物。但是，其運(yùn)行費(fèi)用高，產(chǎn)泥量較大，在污水處理廠中應(yīng)用較少。

增設(shè)芬頓反應(yīng)塔2 座，直徑為3.85 m，高度為12.9 m，配套硫酸、硫酸亞鐵、雙氧水藥劑投加系統(tǒng)。芬頓反應(yīng)塔出水進(jìn)入中和池及脫氣池，后至混凝沉淀池。中和池內(nèi)投加液堿調(diào)節(jié)pH，脫氣池水力停留時(shí)間為20 min，中和池及脫氣池內(nèi)可進(jìn)行空氣攪拌，斜管沉淀池表面負(fù)荷為2 m/（m·h）。

纖維轉(zhuǎn)盤濾池設(shè)計(jì)濾速為4.0 m/（m·h），過(guò)濾網(wǎng)孔徑不大于5 μm，平面過(guò)濾介質(zhì)抗拉強(qiáng)度不小于600 N/cm，單盤有效浸沒(méi)過(guò)濾面積不小于12.6 m。采用二氧化氯消毒，消毒接觸池水力停留時(shí)間為35 min，池內(nèi)設(shè)回用泵進(jìn)行廠區(qū)污泥脫水和加藥，設(shè)計(jì)回用率為16%。

2.6 污泥處理及除臭

新增處理規(guī)模4 萬(wàn)m/d 的污泥處理系統(tǒng)。采用高壓隔膜板框機(jī)，絕干污泥量約為10 t/d。高壓隔膜板框機(jī)有3 臺(tái)，2 用1 備，型號(hào)為X20AZGFQDP400/1500-UK，功率為15 kW，配備1 套污泥儲(chǔ)倉(cāng)，容積為100 m。配套石灰和鐵鹽投加系統(tǒng)，從每噸絕干污泥來(lái)看，石灰（干藥劑，粉末投加）投加量為150～200 kg，鐵鹽（濃度38%溶液）投加量為100～150 kg。

新增2 套處理規(guī)模3.5 萬(wàn)m/d 的除臭系統(tǒng)，采用生物除臭。其中，1#除臭系統(tǒng)對(duì)粗格柵及提升泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池、預(yù)處理綜合池、UBF 水解酸化池、配水井進(jìn)行臭氣收集和處理。2#除臭系統(tǒng)對(duì)生化池及二沉池（二期）、一期MSBR 生化池、一期污泥濃縮池、二期污泥濃縮池、污泥儲(chǔ)池、污泥脫水車間進(jìn)行臭氣收集和處理。

2.7 經(jīng)濟(jì)分析

本項(xiàng)目工程投資為23 441.73 萬(wàn)元，其中，工程費(fèi)用為19 288.66 萬(wàn)元。運(yùn)行成本為2.40 元/t，其中，芬頓氧化藥劑成本為0.72 元/t。

3 結(jié)語(yǔ)

該污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模為4 萬(wàn)m/d，工業(yè)廢水是其進(jìn)水的主要來(lái)源。預(yù)處理采用上下疊建的調(diào)節(jié)池、反應(yīng)初沉池以及UBF 水解酸化池，在減少工業(yè)廢水水質(zhì)、水量沖擊的同時(shí)提高原水可生化性；二級(jí)處理采用AO/AO 池和平流二沉池組合池，在提高TN 去除率及運(yùn)行靈活性的基礎(chǔ)上，節(jié)約能耗，減少占地；三級(jí)處理采用芬頓氧化+混凝沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤濾池過(guò)濾，進(jìn)一步去除COD、TP及SS。由于一期設(shè)施的拆除，為了保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，增加一期MSBR 池的MBBR改造。該工藝對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，處理效果佳，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 33/2169—2018）。