污水處理廠升級改造工程設計分析

胡成陶，但 力

（泛華建設集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

由于我國城市化進程的加快，城市水體污染的情況愈發嚴重，城鎮污水的排放量一直逐年增加，由此對城鎮污水處理廠的處理能力提出了更高的要求。污水處理是水資源保護的重要部分，現狀大部分現狀污水處理廠按《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B 標進行設計并執行，推進污水處理廠升級改造工程具有重要意義，本文主要圍繞污水處理廠升級改造工程設計工作展開分析。

1 污水處理廠升級改造要求

隨著水污染環境問題的日益嚴峻，國家高度重視，明確了水環境保護將作為生態文明建設的重要工作內容。2015 年，國務院頒布《水污染防治行動計劃》（國發〔2015〕17 號），簡稱水十條，要求現有城鎮污水處理設施，要因地制宜進行改造，在2020 年底前達到相應的排放標準或再生利用要求；而位于敏感區域內的城鎮污水處理設施須在2018 年年底前達到一級A 排放標準；建成區水體水質達不到地表水Ⅳ類標準的城市，新建城鎮污水處理設施要執行一級A 排放標準[1]。

污水處理廠升級改造的主要目的是將出水水質進行升級，完工投運后的出水水質將執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 標，或地表Ⅳ類水標準。污水處理廠升級改造過程中，要求根據進水水質條件及處理工藝運行特點，在保留原有主體生化工藝的基礎上，增加深度處理工藝；盡可能在不（少）停產的情況下，保持廠區生產正常運行且排水達標，同時實現廠區建（構）筑物、各類管線的新建及綜合改造。本文主要圍繞污水處理廠升級改造工程設計展開詳細分析。

2 污水處理廠升級改造思路

2.1 常見處理工藝

如今，我國污水處理廠多數沿用傳統活性污泥法，或是在活性污泥法基礎上改良開發的工藝，如SBR 工藝、氧化溝工藝，A-B 工藝、A-O 工藝、A2O 工藝等。上述各類工藝均經由長期發展趨于成熟，處理性能相對穩定，且具備同步脫氮除磷的能力，但是此類工藝有機物去除、脫氮除磷效果并非十分顯著。面對《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標中更為嚴格的各項要求，如BOD：10mg/L、SS：10mg/L、TN：15mg/L、NH3-N：5mg/L、TP：0.5mg/L，僅僅采用上述工藝顯然存在不足，必須做好污水處理廠升級改造工程設計工作[2]。

2.2 升級改造思路

污水處理廠升級改造思路如下：①調控優化內部運行工藝，深入挖掘現有處理單元能力。②進行強化處理或深度處理的外部改造。

2.2.1 污水廠生化池改造

生化池發揮著重要的有機物去除、脫氮除磷作用，是污水處理單元的核心，合理優化生化池處理工藝，有效利用進水碳源，可在不增加廠區面積基礎上提高出水水質。生化池升級改造，多采用可較好與原工藝轉化的工藝，獲得良好的綜合效益[3]。污水處理廠升級改造工程中生化池改造案例如表1 所示。

表1 生化池改造案例

2.2.2 在原工藝末端增加深度處理

污水深度處理主要通過進一步去除水中殘留污染物，達到相應的回用水標準。當前我國污水處理廠升級改造中主要采用增設反硝化濾池或是高效沉淀池的方法，本質主要是強化SS 的去除，SS 中通常含BOD、TN、TP，因此通過此種方式可有效降低出水中其他指標。污水處理廠升級改造增設深度處理工藝的案例如表2所示。

表2 增設深度處理工藝案例

2.2.3 生化池改造+深度處理

此種改造思路是向上述兩種方法結合應用，在加強同步脫氮除磷能力的同時確保出水SS、BOD 等達標[4]。污水處理廠升級改造中生化池改造+深度處理案例如表3 所示。

表3 生化池改造+深度處理案例

3 實例分析污水處理廠升級改造工程設計

3.1 項目概況

本項目為2009 年12 月正式投產運行的污水處理廠，一期工程設計規模為1 萬m3/d，廠區占地面積約為9000m2（合計13.50 畝），設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級B 標準，工藝流程如下：進水→粗格柵及提升泵站→細格柵及旋流沉砂池→CASS 生化池（一座兩組）→接觸消毒池→達標排放。近年來，隨著居民、企業數量的增加，排污管網逐漸完善，污水量逐年遞增，而污水廠現有的處理能力已不能滿足污水量日益增長的要求，因此，考慮在一期建設的基礎上再擴建1.0 萬m3/d，同時出水水質標準提高至一級A 標。

3.2 升級改造設計思路

根據項目的實際要求，提出以下升級改造思路。

（1）將原CASS 池前段改造為單獨的缺氧區和好氧區；為充分發揮生物除磷作用，同時考慮原CASS 池容積有限，于廠區東側新建一座厭氧池；為彌補好氧區容積的不足，在該區投加填料，將其升級改造為MBBR，保證其硝化能力；輔助配套攔截篩網、內回流泵，改造原有曝氣系統。通過重構生化池功能分區，提高系統的整體生物濃度，在強化脫氮除磷效果的同時，最大限度利用和節省池容。

（2）由于改變了生化系統的構造和流態，所以將原CASS 池后端改造為二沉池，考慮池形限制，二沉池采用矩形周進周出式，并配套新建進出水渠道、排泥管和刮泥機等。

（3）深度處理工藝主要是用于強化對TP 和SS 的去除，目前污水廠采用的絮凝沉淀和過濾工藝以提標至一級A 標。相比于高效沉淀池，磁混凝沉淀池負荷更高、占地面積更少、抗沖擊負荷能力強、運行費用省且能與MBBR 工藝良好契合，考慮本工程用地緊張，不具備建設濾池的條件，因此，深度處理采用磁混凝沉淀池。鑒于廠區現狀已無擴建用地，將原接觸消毒池拆除并在此新建磁混凝池，且于廠區西側新建紫外消毒渠。

（4）設計新建污泥泵站一座、貯泥池一座、在線監測間一座，同時改造原有預處理設施、鼓風機房、加藥間等。

（5）不停水施工方案：優先建設紫外消毒渠、厭氧池→拆除接觸消毒池、新建磁混凝沉淀池和污泥泵站→將CASS 池單格逐一改造為MBBR 生化池（缺氧區+好氧區）+矩形二沉池→配套鼓風機房、預處理等，并配套新建各構筑物連接管。

3.3 升級改造方案設計

3.3.1 改造后工藝流程

結合現場條件，并綜合考慮處理效果、運行效果等因素，將原CASS 池改造為MBBR+二沉池，提高了生物脫氮除磷能力；考慮用地緊張，深度處理則采用沉淀負荷高、運行成本低的磁混凝沉淀池；消毒工藝采用紫外消毒，并在加藥間新增一套次氯酸鈉投加系統、應急消毒系統；污泥處理沿用原低溫脫水除濕干化工藝，污泥脫水后含水率為60%。其具體工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

3.3.2 主要構筑物設計

（1）生化池改造（MBBR 池）。原CASS 池體總尺寸為89.4m×20.4m×5.5m，有效水深為5.0m，分為獨立的兩格，設有生物選擇區、缺氧區和主反應區；由于池容限制，在廠區東南側新建MBBR 生化池的厭氧區，總體尺寸為7.0m×20.5m×6.5m，有效水深為6.0m，有效容積為792m3，停留時間0.95h；將原CASS 池改造為缺氧區、好氧區及周進周出式矩形二沉池，MBBR 缺氧區由原CASS 池的生物選擇區、缺氧區以及部分好氧區組成，單格尺寸為22.8m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容積為1144m3，停留時間2.74h；好氧池由原CASS池部分池體組成，單格尺寸為24.1m×10.0m×5.5m，有效水深5.2m，有效容積為1222.0m3，停留時間2.93h，因好氧區需投加懸浮填料，所以設置進出水攔截系統及輔助穿孔曝氣系統；生化池總設計停留時間6.62h，設計混合液懸浮物固體濃度（MLSS）4g/L，污泥回流比R=50%～100%，混合液回流比為200%，膜面負荷：0.52gNH4-N/m2·d，污泥負荷：Fw=0.1194kgBOD5/kgMLSS·d，容積負荷Fr=0.4779kgBOD5/m3·d，好氧區有效生物膜面積：8.5137×105m2，填料比表面積：800m2/m3。

（2）生化池后段改造（矩形二沉池）。將原CASS 池后段改造為矩形周進周出式二沉池，工程設計規模為2萬m3/d，設置兩組二沉池，單組有效池容41.8m×10m×5.5m（有效水深4.8m），平均流量表面負荷0.99m3/m2·h，峰值流量表面負荷1.51m3/（m2·h）。

（3）磁混凝沉淀池。共設置2 組磁混凝沉淀池，單組設計水量為1 萬m3/d，變化系數為1.49，土建尺寸為23.15×7.0m。整個系統主要包括混合池、磁種加載池、絮凝反應池、沉淀池、磁種回收及污泥排放等。混凝反應區停留時間1min，磁粉反應時間1.36min，絮凝反應時間1.37min，沉淀池液面負荷13.55m3/（m2·h）。

除以上構筑物外，本次提質擴容工程還新建污泥泵站、水質在線監測間、貯泥池、紫外消毒池各一座，并對原有鼓風機房、加藥間等進行改造。

3.4 升級改造后運行效果

此污水廠升級改造完工、調試后，進出水水質監測分析如下：①改造后，COD 和BOD5的出水均值分別為18.7 mg/L、3.4mg/L，雖然進水有機物濃度、進水水量波動較大，但出水依然能穩定達到一級A 標，說明生化系統的改造對有機物的去除具有良好作用，而且有良好的抗水量、水質沖擊的能力。②改造后，TN 和氨氮的出水均值分別為4.7mg/L、2.2mg/L，去除率平均為81.7%、75.2%，均能穩定達標；由于冬季低溫對TN、氨氮的去除影響較大，當冬季生化池水溫為10～12℃時，出水TN、氨氮濃度有所上升，但仍能穩定達到一級A 標準，而改造后的生化系統表現出對低溫的良好適應性。③改造后，TP 和SS 的出水均值分別為0.26mg/L、6.25mg/L，系統進水TP、SS 波動較大，但出水均能穩定達標。

4 結語

綜上所述，污水處理廠是生活、生產廢水處理的核心場所，其處理效果直接決定區域生態環境和水資源的再次利用情況，對污水處理廠進行升級改造、提高出水水質具有必要性。在污水處理廠升級改造設計中，應充分發揮原有工藝處理單元的能力，根據實際工藝特點、出水水質的情況，因地制宜的選擇效果更好的處理工藝加以改造，獲得良好的社會經濟效益。