呂梁市某污水處理廠提標(biāo)改造工程工藝設(shè)計

鄭 楠

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 工程概況

呂梁市某污水處理廠設(shè)計水量為1500 m3/d，該工程已于2018年建設(shè)完成并投入運行。污水廠處理的污水主要是周圍村莊的生活污水以及村內(nèi)豆腐坊、酒坊、粉坊的生產(chǎn)廢水，處理后出水要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)排放。由于工程原設(shè)計方案未能準(zhǔn)確估計來水的水量和水質(zhì)，一些設(shè)計參數(shù)選取不合理，使得污水廠的出水并不能達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。目前，處理出水需滿足《山西省地表水水環(huán)境功能區(qū)劃》(DB14/67-2014)中該河流考核斷面為Ⅴ類水的要求。但污水廠現(xiàn)在的出水水質(zhì)不能滿足原設(shè)計水質(zhì)，也不能滿足新的出水標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行提標(biāo)改造勢在必行。

2 污水處理廠現(xiàn)狀及存在的問題

對污水處理廠2019年1～5月份的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，現(xiàn)階段進(jìn)出水中各污染物具有如下特征：進(jìn)水COD從夏季的200 mg/L到冬季達(dá)到1000 mg/L，波動較大；出水COD夏季優(yōu)于冬季，但基本上都不能達(dá)到一級A的要求；進(jìn)水NH3-N值夏季高于冬季，波動較大，多數(shù)高于設(shè)計值35 mg/L；出水NH3-N值在冬季不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，夏季基本上可以達(dá)標(biāo)；進(jìn)水TP幾乎不能控制在設(shè)計值之內(nèi)，出水濃度也不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

污水廠現(xiàn)在存在的問題主要有：

(1)上游工業(yè)以豆腐坊、粉坊、酒坊等為主，均為高污染行業(yè)，污染物濃度高，水量波動大[1～5]，出水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(2)上游企業(yè)均為批量生產(chǎn)，進(jìn)水水質(zhì)水量波動非常大，污水廠缺乏相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)施，進(jìn)水波動對后續(xù)構(gòu)筑物造成較大的沖擊。

(3)粗格柵進(jìn)出水短流，大量的懸浮物未經(jīng)格柵過濾直接進(jìn)入了集水井，損壞了污水提升泵，增加了后續(xù)構(gòu)筑物的負(fù)擔(dān)。

(4)生化池負(fù)荷過高，停留時間太短，夏季水溫高時處理效果尚可，冬季處理效果極差。

(5)二次沉淀池不符合設(shè)計要求，清水區(qū)高度不夠，影響泥水分離效果。

(6)污泥濃縮池設(shè)計負(fù)荷大，進(jìn)入板框壓濾機(jī)的污泥含水率過高，脫水不暢，污泥得不到及時處理。

(7)深度處理工藝多介質(zhì)過濾器以及活性炭過濾器濾速均過高，嚴(yán)重影響過濾效果。

(8)污水廠內(nèi)沒有應(yīng)急措施，一旦出現(xiàn)意外故障或事故，短時間內(nèi)無法進(jìn)水的問題無法得到緩解。

3 改造方案

3.1 改造思路

針對污水廠存在的問題及目前需要達(dá)到的排放標(biāo)準(zhǔn)，提出了按照以下思路對廠區(qū)進(jìn)行改造。

(1)調(diào)整粗格柵進(jìn)出水管道位置，使進(jìn)水經(jīng)過濾后再進(jìn)入后續(xù)構(gòu)筑物，充分發(fā)揮粗格柵的攔截作用。

(2)增加調(diào)節(jié)池充分調(diào)節(jié)來水的水量和水質(zhì)，減少對后續(xù)構(gòu)筑物和設(shè)備的沖擊，使得整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

(3)增加生化處理設(shè)施，延長生化池的停留時間，降低生化池的污染物負(fù)荷，使有機(jī)物在其中得到充分降解，實現(xiàn)氨氮和總氮的有效去除。

(4)新建二沉池，控制二沉池的設(shè)計參數(shù)，實現(xiàn)良好的泥水分離效果。

(5)增加混凝沉淀池作為深度處理工藝，進(jìn)一步去除水中的懸浮物及膠體狀有機(jī)物[6]，同時進(jìn)行輔助化學(xué)除磷，確保出水TP和SS達(dá)到排放要求。

(6)降低污泥濃縮系統(tǒng)的負(fù)荷，完善污泥脫水系統(tǒng)，實現(xiàn)排泥及脫水的正常運行。

3.2 設(shè)計水量水質(zhì)

根據(jù)《城市居民生活用水量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50331-2002)中用水量的規(guī)定，取本項目給水定額為120 L/人·d，取排污系數(shù)為0.85，得污水廠服務(wù)范圍內(nèi)生活污水量為920 m3/d。取當(dāng)?shù)毓I(yè)廢水量為生活污水量的40%，得工業(yè)廢水量為370 m3/d。根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB50014-2006)取地下水向污水管道的滲漏量為污水量的10%，得排入污水處理廠的水量為1420 m3/d。[7]因此，確定本次提標(biāo)改造的設(shè)計水量為1500 m3/d。

參照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T31962-2015)，取設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)的保證率為85%～90%，進(jìn)而確定污水廠的進(jìn)水水質(zhì)。污水廠出水排入當(dāng)?shù)睾恿鳎摵恿髟凇渡轿魇〉乇硭h(huán)境功能區(qū)劃》(DB14/67-2014)中的考核斷面為Ⅴ類水要求。因此，本次污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 提標(biāo)改造工程設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

4.1 調(diào)節(jié)池

由于原污泥池設(shè)計負(fù)荷過高，原污泥池、清水池、中間水池位置相對集中，為充分利用原工藝設(shè)施、節(jié)省投資，將上述池體打通后，改造為有擋流墻的調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池內(nèi)安裝曝氣管，污水沿池體折流前進(jìn)，使水質(zhì)充分混合，曝氣管向水中曝氣可進(jìn)一步均勻水質(zhì)，也防止了懸浮物的沉積。調(diào)節(jié)池尺寸為19 m×13 m×4.5 m，原中間水池有2臺提升泵，1用1備(Q=65 m3/h，H=10 m，P=1.5 kW)，作為調(diào)節(jié)池的提升泵，將污水提升至水解酸化池。

4.2 平流式二沉池及中間水池1

新建平流式二沉池1座，A/O池的出水自流進(jìn)入平流沉淀池，生化池的泥水混合物在沿池體前進(jìn)過程中進(jìn)行有效的泥水分離。平流式沉淀池尺寸為4.4 m×7.2 m×4 m，使用液壓往復(fù)式刮泥機(jī)1臺(P=2.2 kW)將沉淀的污泥刮入泥斗，利用原二沉池中的3臺污泥螺桿泵，2用1備(Q=100 m3/h，H=13 m，P=7.5 kW)，將剩余污泥排入改造的污泥濃縮池。平流式沉淀池出水自流進(jìn)入中間水池1，中間水池1新增提升泵2臺，1用1備(Q=65 m3/h，H=10 m，P=3 kW)，將污水提升至新建曝氣生物濾池。

4.3 曝氣生物濾池

常規(guī)凈水工藝難以有效去除有機(jī)物、氨氮等污染物[8]，二級活性污泥法僅對BOD5、COD、SS有較高的去除率，對氮、磷的去除率是有限的。為了進(jìn)一步去除污水中的污染物，本工程新建曝氣生物濾池1座。池體尺寸為15 m×10 m×6 m，池內(nèi)填裝60%的載體，投加高效微生物使之附著在載體上，較高的微生物量和載體內(nèi)部的厭氧-缺氧-好氧微環(huán)境使曝氣生物濾池對難降解有機(jī)物、氨氮和總氮具有較高的去除率。曝氣生物濾池水力停留時間為13.2 h，水力負(fù)荷0.417 m3/m2·h，氣水比13∶1，回流比200%。在池底安裝管式曝氣器，用于向污水中通入空氣。池底有排泥管道，定期將污泥排至污泥池。在生物濾池的集水槽中新增2臺回流泵，1用1備(Q=132 m3/h，H=7 m，P=5.5 kW)，將污水回流至第一級反應(yīng)器。濾池頂部加裝保溫棚，確保冬季運行效果。

4.4 豎流式混凝沉淀池及中間水池2

一般生物除磷的效果不夠穩(wěn)定，通常需要采用化學(xué)的方法輔助除磷，以保障污水處理廠的出水水質(zhì)[9]。本工程對總磷的去除率要求達(dá)到92%，通過生物除磷工藝依然不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，在生化池后續(xù)設(shè)置沉淀池2座，通過投加混凝劑和助凝劑，進(jìn)一步利用化學(xué)除磷法去除水中的總磷，同時去除污水中的懸浮物，確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。由于污水廠場地有限，采用豎流式沉淀池的形式。污水先進(jìn)入加藥間的混凝池和絮凝池，與混凝劑、助凝劑進(jìn)行充分混合，再進(jìn)入豎流沉淀池使形成的化學(xué)污泥沉淀后排至污泥池。豎流式沉淀池尺寸為5 m×5 m×4 m，表面負(fù)荷為1.25 m3/m2·h，豎流式沉淀池出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)時，污水直接經(jīng)中間水池2新增的2臺增壓泵，1用1備(Q=65 m3/h，H=25 m，P=7.5 kW)提升至消毒池消毒后排放；當(dāng)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)時，污水先提升至砂濾池和活性炭濾池過濾后再進(jìn)行消毒排放。

4.5 消毒池

原二沉池設(shè)計參數(shù)不合理，改造后將其中1座二沉池用作消毒池。向池中投加次氯酸鈉為消毒劑，投加量為20(純)mg/L，消毒劑與水在池中充分混合去除污水中的有害微生物和病毒。利用原清水池中的2臺外排泵，1用1備(Q=65 m3/h，H=15 m，P=5.5 kW)，將處理后的污水外排至河流。

4.6 污泥濃縮池

將原工藝的另外1座二沉池改造為污泥濃縮池，接收的污泥主要有氣浮池浮渣、水解酸化池污泥、平流式沉淀池污泥、曝氣生物濾池污泥、混凝沉淀池的化學(xué)污泥。利用原二沉池中的污泥螺桿泵6臺，3用3備(Q=10 m3/h，H=60 m，P=5.5 kW)，將濃縮后的污泥提升至新增污泥脫水機(jī)房進(jìn)行脫水。

5 治理成效

本工程于2019年開工，2020年5月調(diào)試成功。工程運行以來，出水COD和NH3-H指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。2020年5月曝氣生物濾池的實際水質(zhì)數(shù)據(jù)如表2所示。從表中可以看出，工程污染物濃度波動范圍較大，平均值可保持在設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)之內(nèi)。曝氣生物濾池出水水質(zhì)平穩(wěn)，裝置對COD的去除率平均為96.21%，對NH3-N的去除率平均為98.73%。

表2 2020年5月實際進(jìn)出水水質(zhì)及去除效果

6 結(jié)論

呂梁市某污水處理廠提標(biāo)改造工程處理水量為1500 m3/d，出水標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)提高為地表水的Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。為節(jié)省投資，污水處理廠提標(biāo)改造在原有工藝技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化運行管理，利用現(xiàn)有設(shè)施和設(shè)備，合理改造和更新設(shè)施設(shè)備[10]，將設(shè)計不合理的構(gòu)筑物整合改建作為調(diào)節(jié)池和污泥濃縮池，充分發(fā)揮原構(gòu)筑物和設(shè)備的作用；新增生物處理工藝曝氣生物濾池以及相應(yīng)的沉淀、消毒設(shè)施；優(yōu)化污泥濃縮和脫水系統(tǒng)，確保污水中各污染物都能夠達(dá)標(biāo)排放。