復雜水質條件下的城鎮污水處理廠提標改造工程

李 燕

(大連市水務集團工程建設有限公司，遼寧大連116011)

隨著城市建設的推進，城鎮居民生活污水由原來的分散排放形式逐步發展成為有配套管線的集中排放形式，工業生產企業的污水產量也日益增加。污水由原來的局部產生、分散排放逐步演變為集中收集處理后統一排出。由于集中排放污水的水量與水質均超過了水體的自凈能力，因此受納水體的局部水域污染嚴重，且污染范圍持續擴大，使局部生態系統遭到破壞，水體環境問題日益突出。

現階段部分工業生產企業可將廢水通過市政管網排入城鎮污水處理廠進行處理。由于工業廢水水質復雜，污染物含量高，增加了污水處理難度；另一方面，部分污水廠現有的生物處理設施老化嚴重，生化系統的處理能力有限，因此在該進水水質條件下的污水廠出水往往不能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。提標改造是實現污水處理廠出水全面達到要求的必要措施。因此，城鎮污水處理廠的升級改造對于提升水廠處理能力，降低處理成本，改善生態環境具有重要的意義。筆者以大連營城子污水處理廠提標改造為例，介紹了其工藝升級改造的方案選擇和實施情況，并分析了初期運行效果，以期為城鎮污水處理廠達標改造提供技術參考。

1 污水處理廠原有工藝

營城子污水處理廠位于大連營城子工業園區北部，金龍河出海口以南，建設用地面積為1.12 hm2，污水廠設計出水水質為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，設計處理規模為10 000 m3/d。該項目于2009年6月開工建設， 2012年6月通水試運行。目前，由于機械加工、制藥、食品加工等各種工業企業產生的廢水水量大、水質差、成分復雜，處理難度較大。同時污水廠現有的處理設施老化嚴重，因此需要對營城子污水處理廠進行升級改造，使其出水達到排放標準。

2 改造方案選擇

2.1 設計進出水水質

目前，營城子污水處理廠的生化處理單元采用CWSBR工藝，共設有2座生化池，單池設計處理能力為5 000 m3/d。根據近幾年進出水水質數據，污水廠的實際進水與設計水質相比，成分復雜且波動較大，當前工藝無法保證處理水質穩定達標。按照要求，進水水質按照最新下水道標準上限進行設計(除TP外)，見表1。

表1 設計進出水水質Tab.1 Design quality of influent and effluent

2.2 存在的問題

在新的進水水質要求下，原生化系統無法滿足需求。主要體現在以下3個方面：

① 生化池原設計運行周期為5.2 h，風機風量為2 617 m3/h，每個周期的曝氣時間為2.6 h。厭氧反應時間為0.64 h。為滿足改造后的進水水質要求，在不改變生化池池容和風機風量的情況下，只能通過延長周期反應時間來實現。曝氣時間和厭氧反應時間的總運行周期需要延長至6.5～7 h以上。原有生物池的運行周期無法滿足要求。

② CWSBR處理單元中的水帆已經運行8年，在不改變池容設計的情況下，增加單位時間內的曝氣強度，會使水力狀態發生改變，影響水帆的安全運行。

③ 由于污水廠進水中含有工業污水尾水，因此含磷量較高。這會使活性污泥的活性變差，SVI值偏低，影響CWSBR的處理效果，導致出水水質無法達標。需要在生化池中投加化學除磷藥劑，但直接將藥劑投加至生化池會對活性污泥產生不利影響，因此需增加單獨的化學除磷處理設施。

因此，改造技術方案要結合工程具體情況，充分考慮實際進出水水質、水量、現有用地面積以及處理構筑物的特點，選擇適合的技術方案。在確保出水水質穩定達到排放標準的同時，做到在投資、工程量及項目改造期間對環境影響等多方面具有相對優勢。

2.3 改造方案

① 將CWSBR生化池改造為AAO+MBR生化池，在前置缺氧池內投加乙酸鈉作為輔助碳源，為反硝化提供足夠的碳源，同時在MBR膜池中投加聚合氯化鋁(PAC)進行化學除磷。

② 在池體上新建膜處理綜合間、膜清洗加藥間、PAC加藥間。

③ 將原水解池改造為化學除磷池，將除臭間和工具間改造為乙酸鈉加藥間，并在污泥脫水機房內更換污泥脫水設備，在鼓風機房內更換鼓風機設備，改造原有鼓風機房內的配電間。

④ 新建事故池、精細格柵間和膜洗鼓風機房。

改造后的工藝流程如圖1所示。

3 工程實施

工程項目實需符合國內基本建設項目的審批程序，設計、施工和安裝根據相關專業技術規范與標準執行。具體施工方案如下：

原污水廠不停產運行，主生物池分為2座，單座處理水量為5 000 m3/d。工程在改造施工過程中，可按階段依次進行改造施工建設。考慮將1#生化池停水改造，2#生化池以5 000 m3/d的水量運行，盡量保證污水處理廠的污水處理能力。根據施工經驗推算，考慮天氣、窩工等不利因素，1#生化池的改造建設工期約為90 d，其中排水、清污(難度較大)和拆除工期約為30 d；土建施工工期約為30 d；工藝管線、工藝設備、電氣、自控及儀表安裝工期約為30 d，采用流水作業。1#生化池改造完成后，關閉2#生物池進水閥門，對其進行改造。同時將已改造好的1#MBR生化池以5 000 m3/d的水量運行，此時處理后的水質可提升至一級A排放標準。待2#生物池改造完成后，該污水廠可以10 000 m3/d的水量運行。

圖1 改造后的工藝流程Fig.1 Process flow after renovation

在生化池改造過程中，產水泵、反沖洗泵、剩余污泥泵等相關設備均設置在分隔的設備間內。1#生化池改造完成后，產水泵、反沖洗泵、污泥泵、加藥泵等相關設施均夠滿足正常運行要求，且互相備用。此時設備間內的隔墻暫時不打開，待2#池施工完畢后，再將中間隔墻拆除。

通過上述施工過渡期方案，可保證在對周圍環境影響最小的條件下，用5個月的時間完成該項目的達標改造。

4 初期運行效果

4.1 運行情況

在除磷池、精細格柵、膜洗鼓風機、污泥脫水系統、乙酸鈉和PAC投加系統調試完成的基礎上，將AAO池培養和接種活性污泥至出水水位。同時完成MBR膜反應池的調試，使系統具備產水條件。當MBR膜池內的活性污泥濃度超過1 500 mg/L時，膜組器開始抽吸出水，此時出水量控制在設計值的1/2 ～ 1/3。當MBR膜池中的污泥濃度超過3 000 mg/L且出水水質達標時，再調整出水量為設計值。此時的曝氣強度應控制在80～100 Nm3/(h·m2)，曝氣強度過小，膜組件易污染；曝氣強度過大可能縮短膜組件的實際使用壽命。同時，曝氣強度與MLSS有直接關系，MLSS越高，應選用越大的曝氣強度。

與傳統沉淀法不同，MBR工藝通過膜進行固液分離，因此MLSS能夠保持在較高濃度范圍內。運行期間需根據進水水質，控制MLSS在5 000～10 000 mg/L。當MLSS超過12 000 mg/L時，跨膜壓差(TMP)會上升。MLSS下限為3 000 mg/L，若低于該值TMP有時也會急劇上升。當TMP接近或達到35 kPa 時，必須進行恢復性清洗。污泥回流采用三段回流，即膜池回流至AAO好氧區(回流比500%)，好氧區回流至缺氧區(回流比400%)，缺氧區回流至厭氧區(回流比200%)。控制污泥齡時，需要綜合考慮季節性、進出水水質、活性污泥性狀和除磷要求等多方面因素，該水廠污泥齡維持在20 d左右。

初期運行期時，AAO 池好氧區DO實測值在7 mg/L左右，缺氧區DO≤0.5 mg/L，好氧區污泥濃度約為5 000 mg/L，此時系統對COD和NH3-N的去除率均高于設計指標。由于進水TN偏高，因此需要投加乙酸鈉作為補充碳源，碳源投加量依據碳氮比計算投加，計算碳氮比時BOD5以進水COD的30%確定，可以保證出水TN達標。從出水水質實測數據可知，初期運行時出水TP在不投加除磷劑的情況下達標，這說明AAO生化池的除磷效果明顯，同時MBR膜也起到了阻擋大分子有機磷的作用。但為了保證出水水質穩定達標，在不影響生化系統的情況下，按最小劑量投加除磷劑。

目前污水廠運行采用PLC控制系統，中央控制室負責監控全廠水處理過程中各工藝參數的變化、設備的工作狀態和運行管理，同時根據進、出水水質情況，調整各站工藝運行參數并修改時間參數等。中心控制室與子站間采用工業控制總線連接方式，控制系統的軟件建立在Window NT平臺上，系統軟件具有開放性，即不僅具有實時監控功能，還具有實時數據庫向關系數據庫的傳送接口。中心控制站通過通訊總線與各現場控制站之間進行通訊，采集現場數據并傳送信息、下達指令，各站點統一采用以光纜作為傳輸介質的廠區工業以太環網進行信息傳遞。各現場控制站通過現場總線與設備配套現場控制子站之間進行通訊，采集現場數據，對各生產工藝參數及電量參數等進行檢測和數據處理，同時監測和控制各生產設備的工作狀態。

4.2 出水水質

改造投產2個月以來，污水廠出水全部項目達標，如表2所示。2019年11月平均進水量為7 775 m3/d，污水處理量合計225 477 m3，污泥處理量合計360.02 t；12月平均進水量為為9 221 m3/d，污水處理量合計285 856 m3，污泥處理量合計600.38 t。

表2 改造后的進、出水水質Tab.2 Quality of influent and effluent after renovation

為了應對污水廠進水水質短時間超標問題，需要制定相應的應急管理措施，包括：實時測定進水水質，波動較大時，進水直接進入事故池；事故池有效容積為1 620 m3，最大進水流量下可容納3.2 h的來水。同時，向事故池通入處理后的水進行稀釋，并針對特定指標采取相應措施，使超標污水經過在應急池中的處理后達到排放要求。

5 結語

① 大連營城污水處理廠提標改造工程實施后，污水廠處理能力達到10 000 m3/d，同時出水水質提升至《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。通過工程改造，保證了污水處理廠的正常運行，保護了河流水質，避免和減輕了污水排放對工農業生產及經濟發展所造成的損失，收到了良好的環境效益和社會效益。

② 在后續運營中，需要建立完善的污水排放收費制度，切實執行排水設施有償使用的方針，促進排水系統和處理系統的發展和良性循環，制定收費標準和必要的規章制度并上報批準實施。對需要排入市政管網的工業廢水企業，嚴格按《污水排入城鎮下水道水質標準》(CJ 343—2010)進行管理，出廠水水質不達標的企業必須在廠內進行預處理達標后，方可排入污水管網。

③ 同時需要制定必要的公用設施使用條例，監督和約束用戶合理使用排水設施，以提高排水設施的使用年限。