太湖流域新地標要求下某SBR污水處理廠提標改造設計

馮仕訓，張萬里，蔣嵐嵐

(無錫市政設計研究院有限公司，江蘇無錫 214072)

隨著《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)新標準的頒布，對污水處理廠污染物排放標準提出了更高的要求，勢必要求污水處理進行提標改造以滿足新標準。而對氮、磷指標的進一步去除，給污水處理廠的提標改造帶來了更大的挑戰[1-2]。江蘇省太湖流域某SBR污水處理廠位于太湖流域一、二級保護區之外，按照《江蘇省太湖地區城鎮污水處理廠DB 32/1072提標技術指引》(2018版)要求對污水處理廠進行升級改造。主要提升的指標為氮、磷，對氮、磷指標的提升宜先進行生物強化，后進行物化輔助，而常規的生物強化手段主要為AAO、Bardenpho、Phoredox、UCT、VIP工藝等其他AAO工藝的變形，這些工藝較難同時兼顧生物脫氮和除磷。根據《江蘇省太湖地區城鎮污水處理廠DB 32/1072提標技術指引》(2018版)推薦的生物處理主要由預缺氧區、厭氧區、缺氧區、好氧區、消氧區、后缺氧區、后好氧區組成，系統具有獨立的空間功能分區，脫氮除磷效果優，運行模式可調控。

1 污水處理廠現狀

污水處理廠一期工程設計規模為2.0萬m3/d，進水中以生活污水為主(70%)，工業廢水類型主要以機械加工、電子行業為主，主體工藝為SBR，出水執行一級A標準，尾水排入雙涇河，污泥處理采用機械濃縮,脫水至含水率≤80%后外運至專業公司處置，污水處理廠現狀工藝流程如圖1所示。

圖1 廠區一期工程現狀工藝流程

污水處理廠現狀主要構筑物的設計參數如下：水解酸化池采用升流式污泥床型，停留時間為8.1 h；SBR池設1座，分4組，生物選擇區停留時間為1.8 h、主反應區停留時間為17.8 h，每天運行4個周期，進水1.5 h、反應2.5 h、沉淀1.0 h、潷水1.0 h；曝氣生物濾池(BAF)設1座，分4格，表面水力負荷為4.9 m/h，中間水池有效容積為800 m3，均衡SBR出水并設3臺潛污泵進行提升，提供后續處理構筑物所需水頭。

以污水處理廠近3年實際進水中各項指標90%涵蓋率為基準確定進水水質，污水處理廠現狀進出水水質如表1所示。

表1 現狀污水處理廠近3年的進出水水質

污水處理廠目前的出水水質可以穩定達到一級A排放標準，對比提標后的出水標準，CODCr、BOD5、SS、TP這4個指標沒有進一步提高標準，可以滿足提標后的出水要求，氨氮、TN的達標率分別為97.81%和84.90%，本次提標改造主要針對氨氮、TN這兩個指標采取相應的措施，同時完善廠區一些設備設施。

2 提標改造技術路線

2.1 污水處理廠現狀基本情況

(1)預處理效果一般，不能為后續工藝段正常運行提供保障

粗格柵進水泵房采用傳統回轉式多耙粗格柵，每排耙齒的間距較大，除渣效果較差；細格柵采用回轉式細格柵，截污效果一般，對廠區后續工藝段的正常運行帶來一定影響；水解酸化池底泥沉積較嚴重，排泥不暢，未充分發揮水解酸化功能。

(2)生化段生物脫氮除磷效果一般

主體工藝SBR池沒有獨立的厭、缺氧區，依靠每一格的間歇運行在時序上形成厭、缺氧區，生物脫氮除磷效果一般[3]。在主反應投加化學除磷藥劑聚合氯化鋁(PAC，10%溶液)，藥劑消耗量較大，每天投加量約為2.5 m3。

(3)缺乏有效的深度處理工藝段

深度處理段設施為BAF工藝，該工藝段處理效果一般，且受前置的生化池出水SS的影響較大，很容易造成濾池配水濾頭堵塞，運行不穩定，且不能進一步進行生物脫氮和化學除磷。

2.2 提標改造工作重難點

2.2.1 新標準下各指標達標分析

(1)氨氮指標目前出水的達標率為97.81%，平均質量濃度為2.40 mg/L，處于較低的水平，后期主要通過增大好氧區活性污泥濃度、提高生物系統的好氧泥齡、提高溶解氧濃度、提高好氧區水力停留時間等措施來提高系統硝化能力，保證氨氮穩定達標[4]。

(2)TN指標目前出水的達標率為84.90%，平均質量濃度為12.1 mg/L，距離目標水質有一定的距離，是本次提標改造工作的重點。

(3)TP指標目前已經穩定達標，但主要依靠化學除磷，藥劑投加量較高，結合本工程生化段和深度處理段的改造，在深度處理段新建高效沉淀池，生物除磷和化學除磷相結合，降低除磷藥劑的消耗。

(4)優化完善廠區的一些處理設備，更換粗細格柵及沉砂設備，加強現狀水解池排泥并增設超越管，根據進水CODCr濃度的實際情況決定是否超越水解酸化池，為后續生化段的高效運行創造良好條件?，F狀紫外線消毒效果容易受出水SS及燈管清洗效果的影響，消毒效果不穩定，提標改造工程將紫外線消毒更換為次氯酸鈉接觸消毒，新建1座接觸消毒池。

(5)根據廠區運營需求，在工藝流程中增加一些過程儀表為廠區運營提供依據。

2.2.2 提標改造工作重點難點

根據上述分析，本工程主要的工作重點難點為TN指標的有效控制以及深度處理工藝段的加強。

2.3 提標改造技術路線

2.3.1 TN指標的去除

(1)進一步挖掘現有生物池的處理能力，將現狀一期工程SBR改造為有較強硝化反硝化作用的多級AO池，充分發揮生化池脫氮除磷作用。

(2)在缺氧區、后置缺氧區設置碳源投加點，當進水碳源不足時投加外部碳源。

(3)現狀深度處理段的BAF濾料板結嚴重，配水配氣不均勻，無法正常運行。結合該實際情況，同時考慮遠期TN指標進一步提標的可能性，將BAF拆除后新建反硝化深床濾池，生化段出水TN指標達標時作為普通濾池運行，保障SS提標穩定達標，生化段出水TN指標不達標時在深床反硝化濾池段投加碳源進行深度脫氮。

2.3.2 深度處理的加強

結合對氮、磷指標的進一步保障和現狀深度處理設施的實際運行狀況，在二沉池后新建反硝化深床濾池和高效沉淀池深度處理設施。

2.4 提標改造后的工藝流程

提標改造后的工藝流程如圖2所示。

圖2 提標改造工程工藝流程

3 提標改造設計

3.1 預處理段

將現狀粗格柵進水泵房中傳統回轉式多耙粗格柵更換為新型回轉式粗格柵，數量為2臺,柵寬為1 100 mm,間隙為10 mm;將現狀細格柵更換為3 mm孔徑的內進流細格柵，數量為2臺,網板寬度為1 200 mm,網孔直徑為3 mm，配套相應的反沖洗設施。

污水處理廠進水中有一部分工業廢水(約占25%)，因此，提標改造時恢復水解酸化池功能。主要改造措施為：池內淤泥清淤、更換穿孔排泥管及管路上閥門、更換池內填料、在重力排泥管路上增加管道泵提高排泥效果、增加該構筑物的超越管路及閥門。為充分利用進水中碳源，避免碳源在水解酸化池內浪費，超越管路根據進水實際B/C的情況使用(大于0.3時可考慮部分或者全部超越水解酸化池)。

3.2 SBR池改造

現狀SBR池1座分4格，單格分為生物選擇區、反應區、出水區，單格平面尺寸為82.5 m×39.6 m×5.0 m，平面布置如圖3所示，設計參數如表2所示。

表2 現狀一期工程SBR池設計參數

圖3 現狀一期工程SBR池平面布置

本次提標改造工程將現狀SBR池的2格改造成1組多級AO生化池，最終形成2組平行的多級AO生化池。在其中1格池體內新建隔墻，形成預缺氧區、厭氧區、缺氧區、后缺氧區、后好氧區，停留時間分別為1.2、1.5、4.9、1.7、0.5 h，另一格作為主體好氧區，停留時間為9.8 h。同時，在現狀墻體上新建進水分配渠，渠道上設進水分配堰門，使進水能同時進入預缺氧區、厭氧區、缺氧區，根據生物除磷和脫氮的需求調配各段的進水量，新建硝化液回流管，將主體好氧區末端硝化液回流至缺氧區前端。在缺氧區和后缺氧區設置碳源投加點。該工藝中，回流污泥全部進入生物池前端預缺氧區，污水分多段多點分別進入生物池預缺氧區、厭氧區、缺氧區，在生物池內形成由高到低的污泥濃度梯度。且生物池內各級有機物分布均勻，處于低碳源狀態，可最大限度地利用原污水中的碳源進行脫氮除磷。好氧區硝化液直接進入后段缺氧區，減少了內回流設施和動力費用，同時全流量的好氧缺氧交替反應可合理利用水中碳源和堿度，整體上提高了系統脫氮效率，缺氧好氧交替環境的存在，有利于菌膠團細菌的生長，抑制絲狀菌的過度生長繁殖，減少污泥膨脹[5]。

由圖4可知，本次SBR改造涉及在現狀池體內新建隔墻和渠道，整個池體需要清空后方能實施，需要停產。為了給改造創造實施條件，一部分進廠污水在上游泵站進行流量分配,將0.5萬m3/d的流量，轉輸至其他污水處理廠，根據污水規劃，該污水處理廠近期需要擴建1.5萬m3/d(已預留土建)，因此，提標改造前完成擴建計劃，將1.5萬m3/d的污水轉至擴建工程。

圖4 SBR池改造后平面布置

3.3 新建配水井、污泥回流泵房及二沉池

為保證生化池出水均勻進入后續2座二沉池及滿足生化系統污泥回流和排放的需求，新建配水井及污泥回流泵房1座、二沉池2座，兩個功能區組合為一個構筑物，污泥回流比為50%～100%，采用周進周出式二沉池，單座二沉池直徑為25.0 m，最大時表面負荷為1.17 m3/(m2·h)。

3.4 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分2組，絮凝劑采用PAC，助凝劑采用聚丙烯酰胺(PAM)，單組集反應、澄清、濃縮及污泥回流為一體，分為混合區、反應區、沉淀/濃縮區[6]。通過回流污泥并進行加藥，使水中的懸浮物形成大的絮凝體，增大了絮凝體的密度和半徑，增加沉淀速度，沉淀區上升流速為9.6 m/h，混合時間為50 s，絮凝時間為12 min，污泥回流比為4%～6%。

3.5 反硝化深床濾池

反硝化濾池是集生物脫氮及過濾功能的處理單元,是脫氮及過濾并舉的處理工藝，可按兩種模式運行：(1)僅作濾池使用；(2)用作反硝化濾池使用。根據二沉池出水水質的監測結果選擇不同的運行模式。提標改造工程新建反硝化深床濾池1座，將設備間、反沖洗廢水池、反沖洗風機房組合成1座構筑物，濾池分4格，總過濾面積為156.8 m2，濾速為5.30 m/h，強制濾速為7.07 m/h，水反沖強度為15.0 m/h，空氣反沖強度為92.0 m/h，濾料厚度(不包括承托層)為1.83 m。

3.6 接觸消毒池

新建接觸消毒池1座，有效水深為3.5 m，接觸時間為45 min，采用投加成品次氯酸鈉溶液消毒方式。

3.7 儀表控制

為便于污水處理廠后期全面準確了解各工藝段運行效果，除設置常規監測儀表外，本次提標改造工程在二沉池出水段設置氨氮、TN、TP、SS、CODCr監測儀表，為運營單位了解生化段運行效果、調控深度處理的運行方式提供依據。

4 運行評價

4.1 提標后出水水質分析

污水處理廠提標改造完成后已有14個月，對近一年的二沉池出水水質及污水處理廠總出水水質數據統計分析結果，如表3所示，其中反硝化深床濾池僅在2020年12月1日—2021年3月12日投加碳源作為反硝化深床濾池的模式運行，其余時間段僅作為深床濾池模式運行。

由表3 可知，污水處理廠目前最終出水穩定達到提標后的出水要求，由二沉池出水水質可知，氨氮指標已經穩定達標，TN指標的平均值、最小值均能達到提標后的要求，僅在少部分時間段不能達到出水標準，需要依靠后續的反硝化深床濾池深度脫氮后達標，對比表1現狀污水處理廠出水水質TN、氨氮指標有明顯下降，說明生化系統生物脫氮和硝化能力較好。二沉池出水CODCr、BOD5在大部分時間段能達到出水標準，但是最終出水想穩定達標需要進一步的混凝沉淀過濾。二沉池出水SS、TP指標距離目標水質有一定距離，生物除磷效果一般，需要進一步的化學除磷才能穩定達標，SS需要進一步的混凝沉淀過濾才能穩定達標。

表3 污水處理廠提標改造后出水水質

4.2 工程投資及效益分析

工程總投資為5 056.04萬元，工程直接費用為4 021.53萬元，單位處理費用由1.03元/m3增加至1.48元/m3,增加總處理費用為0.45元/m3。

5 結論

(1)根據改造后二沉池出水與改造前污水處理廠出水水質氨氮、TN指標的對比分析，SBR工藝改造為多級AO工藝，生化系統生物脫氮硝化功能明顯增強。

(2)對主體工藝進行改造時，大部分情況下會影響廠區的正常生產，因此，提標改造工程的實施需要與區域污水調配或者與廠區的擴建相配合，為提標改造工程的實施創造條件。

(3)太湖流域內某污水處理廠將SBR工藝改造為多級AO工藝，深度處理工藝為高效沉淀池+反硝化濾池+接觸消毒池，出水實際運行結果表明，處理出水滿足《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中的相關標準。