生物濾池在某污水處理廠提標改造工程的應用

欒敬帥，黃申斌，張 欣,*

(1.上海市政工程設計研究總院〈集團〉有限公司，上海 200092；2.上海嘉定新城污水處理有限公司，上海 201800)

為響應國家、上海市和嘉定區的要求，該污水處理廠開展提標改造工作。該廠位于上海市嘉定區西北部，服務范圍內有部分工業企業，即進入該廠的市政污水含有一定比例的工業廢水。該污水處理廠設計規模為10萬m3/d，原出水標準執行國家城鎮污水處理廠污染物排放標準一級B標準，主體工藝采用“AAO+混凝沉淀+過濾”工藝，于2016年投入運行。

1 提標改造工藝路線

1.1 進水水質分析

表1 設計進水水質Tab.1 Designed Water Quality of the Influent

1.2 出水水質分析

對出水水質進行統計分析，針對國家城鎮污水處理廠污染物排放標準一級B標準，各項指標均可完全達標。對照上海市地方排放標準要求，除了COD之外，其余各項指標的達標率均較低，分析結果如表2所示。

表2 出水實測數據Tab.2 Water Quality of the Effluent

注：括號內為<12 ℃時的排放值

1.3 工程難點

對進出水水質進行統計分析和建設條件分析，本項目設計和實施主要有以下幾個工程難點：(1)進水水質波動大，出水水質要求高；(2)廠區周邊已無征地條件，工程用地緊張；(3)工程實施期間需保證污水處理廠正常運行，不減量，不降質。

1.4 工藝方案確定

綜合考慮設計進出水水質及現狀達標率，由于進水水質濃度較高且不穩定，出水水質要求較高，需對各項指標的去除進行強化。對現狀廠內已有設施進行復核計算，二級處理AAO生物反應池HRT=16.1 h，SRT=17.8 d，有機物去除和脫氮除磷能力仍存在不足，因此，需再增加深度處理設施。

圖1 生物濾池工藝流程簡圖 (a)曝氣生物濾池； (b)反硝化深床濾池。Fig.1 Process Flow Diagram of Biofilter (a)BAF； (b)Denitrification Deep Bed Biofilter

TP在常規二級生化處理過程中去除率有限，深度處理化學除磷是對出水達標排放的保障，且本次提標要求更為嚴格。因此，考慮在現狀高效沉淀池內增加粉末活性炭投加措施，以增強無機磷的反應速率和有機磷的吸附去除率。同時，粉末活性炭進一步吸附去除污水中難降解有機物的濃度，通過后續反硝化深床濾池的過濾作用，可以保障出水SS穩定達標。提標改造工程工藝流程如圖2所示。

圖2 提標改造工程工藝流程圖Fig.2 Process Flow Chart of Upgrading and Reconstruction Engineering

2 工程設計

2.1 曝氣生物濾池設計

由于現場用地限制，曝氣生物濾池采用組合集約化布置，將超細格柵、曝氣生物濾池、反沖洗廢水池、清水池及出水提升泵房和反沖洗風機房組合建設。

曝氣生物濾池進水前設置2臺孔徑1 mm的內進流式網板格柵，防止污水中的纖維雜質進入濾池內部，減少濾池內部的過濾阻力，減少反沖洗次數，降低運行費用。從后期運行效果來看，盡管曝氣生物濾池的進水為二級處理二沉池的出水，但水中的纖維雜質量仍不容小覷，因此，曝氣生物濾池前端超細格柵的設置很有必要。

濾池底部通過濾板和濾頭進行布水布氣，單格濾池的進水管供常規進水和反沖洗進水公用，氣管供常規曝氣和反沖洗供氣公用，通過閥門切換管路。濾池的曝氣風機采用一對一形式，以增強每格濾池運行的穩定性、可靠性和可控性，風機氣量為26 m3/min，風壓為0.08 MPa，8用2備。反沖洗為逐格進行，因此，反沖洗系統風機公用，單臺風機氣量為75 m3/min，風壓為0.085 MPa，2用1備。

反沖洗廢水池主要作用為容納生物濾池反沖洗廢水，減少該部分廢水對廠整體的水量沖擊，廢水池池容根據設計反沖洗強度和反沖洗時長進行計算，并取一定富余系數。廢水池內設置攪拌器2臺，防止廢水中雜質沉積；設置排水泵3臺，單臺流量為500 m3/h，2用1備，運行中于每天污水處理廠進水低峰時排至進水端。清水池主要作用為反沖洗泵和出水提升泵的前池，保證水泵正常運行。反沖洗泵參數根據反沖洗強度計算，單臺流量為500 m3/h，揚程為12 m，2用1備。

曝氣生物濾池整體布置在滿足上述各個功能的基礎上，充分利用整體空間，8格濾池分為兩排對稱布置，中部空間上部設計為配水、廢水渠道，下部設計為管廊；濾池右側設置廢水池和清水池，均為地下結構，上部設置為設備間和設備平臺，總體布置如圖3所示。

圖3 曝氣生物濾池平面布置圖Fig.3 Layout of the BAF

2.2 深床濾池設計

用于系統反硝化深度處理的生物濾池為對已建的深床濾池進行改造，依然采用下向流，單池面積為92.27 m2，共8池，原僅考慮過濾作用使用。本次改造增加進水碳源投加系統，對濾料進行掛膜，使深床濾池兼具過濾和反硝化功能。

深床濾池采用石英砂濾料，粒徑為1.7～3.35 mm，濾料厚度為1.83 m。空床濾速為5.64 m/h，高峰濾速為7.34 m/h，強制濾速為8.39 m/h。

2.3 高效沉淀池設計

高效沉淀池為已建，1池2組，絮凝區停留時間為16.2 min，沉淀區表面負荷為13.5 m3/(m2·h)。為強化絮體形成和有機磷去除，于絮凝區增加粉末活性炭投加點，根據設計初期相關試驗結果，設計粉末活性炭最大投加量為80 mg/L。粉末活性炭采用料倉儲存，經攪拌溶解后由計量泵精確控制投加。

2.4 不停產施工設計

本工程主要新建污水處理構筑物為曝氣生物濾池，管道切改涉及進水和出水兩處。為實現施工期間污水處理廠正常運行，待新建構筑物和新建管道完成后，短時停水于切改點處快速完成管道連通。同時，合理設置進出水閘門，實現靈活調配。

3 調試運行

3.1 單系統調試結果

圖4 曝氣生物濾池(a)和反硝化深床濾池(b)調試結果Fig.4 Test Results of BAF (a) and Denitrification Deep Bed Biofilter (b)

反硝化深床濾池于2018年4月初進行系統調試，氣溫為11～20 ℃，調試結果如下。調試第1 d基本未表現出反硝化效果，主要是因為未投加碳源，微生物均為新掛生物膜，內碳源的利用速率極低。以后幾天投加碳源，在保證出水COD維持在30～40 mg/L的前提下，深床濾池逐步表現出反硝化能力，在進水TN≤17.0 mg/L時，均能保證出水TN在10 mg/L左右。

3.2 全廠運行結果

采用該污水處理廠調試4個月的進出水運行數據進行統計分析，進水水質波動如圖5、表3所示。由圖5、表3可知，進水水質較2016年有所改善，但各項指標仍明顯高于典型市政污水處理廠的進水濃度。提標改造工程逐步調試投運后，全廠出水水質能夠滿足設計出水水質，穩定達標。

圖5 進出水水質分析Fig.5 Water Quality Analysis of Influent and Effluent

表3 進水實測數據(2018.02—2018.06)Tab.3 Water Quality of the Influent (2018.02—2018.06)

4 經濟分析

本工程總投資21 130.59萬元，其中，第一部分投資為17 507.13萬元。經測算，本項目污水處理提標改造增加單位處理成本為0.50元/(m3污水)，其中，單位處理可變成本為0.22元/(m3污水)。

5 結論

該污水處理廠提標改造工程在常規二級生化處理基礎上采用后續“曝氣生物濾池+高效沉淀池+深床濾池”的組合深度處理工藝，輔以投加粉末活性炭，同步強化生物處理及化學除磷，保證了出水水質穩定達到上海市地方排放標準(上海市環保局133號文)。設計中統籌考慮集約化布置，僅增加用地約2 700 m2，并實現工程實施過程中污水處理廠的正常運行。在全國污水處理廠廠網聯動、提標改造，出水要求達到地表水環境質量準IV類的趨勢下，本工程的成功實施具有一定的借鑒意義和參考價值。