菏澤市某污水處理廠提標改造工程設計
2025-11-15 00:00:00南彥剛
中國資源綜合利用 2025年5期
關鍵詞：污水處理廠；提標改造；工藝設計
中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0254-05
DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.077
Abstract： Withthe improvementofefluentqualitystandards，asewage treatment plantin Hezecity，Shandong province urgently needs toundergo upgrading andrenovation.Onthepremiseof notchanging the curentcapacityof the biochemical reactiontank，thesewagetreatmentplantundergoesadeepupgrading transformation，using acombinationprocess ofmagnetic coagulation + ozone catalytic oxidation + aerated biological filter + rotary filter” to treat fluorine-containing wastewater， providing reference forthedesign ofsimilarsewage treatment plants.Theresultsshowthat the average concentrations of Chemical Oxygen Demand （COD），ammonia nitrogen （NH 3 -N），Total Phosphorus （TP），and fluoride in the effluent are less than 25，1， 0.2， 1.5mg/L ，respectively，and the water quality can stably meet the requirement of design standards.
Keywords： sewage treatment plant; upgrading and renovation; process design
山東省菏澤市某污水處理廠建設于2008年，設計污水處理規模為 40000m3/d ，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級B標準，主要處理市政污水。2011年，該污水處理廠進行提標改造，增加深度處理工序，出水標準提升至一級A標準。2017年，該污水處理廠承接部分化工園區污水，對預處理工序進行改造，生產規模不變。2021年4月，根據菏澤市最新政策要求，該污水處理廠開始加快提標改造項目建設，在執行市級標準基礎上進一步提高出水水質標準，確保化學需氧量（Chemical OxygenDemand，COD）、氨氮、總磷（TotalPhosphorus，TP）、氟化物等指標的濃度均值穩定不超過 25、1、0.2、 1.5mg/L 。改造前，污水處理工藝流程如圖1所示。
1 項目運行現狀
1.1 現狀進出水水質
改造前，污水處理廠設計進水水質與實際進水水質對比如表1所示。主要監測指標有COD、生化需氧量（Biochemical OxygenDemand，BOD）、懸浮物（Suspended Solids，SS）、總氮（Total Nitrogen，TN）、氨氮（ NH3-N ）、TP和氟化物。經檢測，氟化物進水濃度為 4.11mg/L ，出水濃度為 3.53mg/L. 實際進水TN濃度明顯大于設計進水濃度，且增加氟化物，現狀工藝已無法滿足進水水質要求，導致TN和氟化物無法穩定達標。出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準。
圖1改造前污水處理工藝流程
表1改造前設計進水水質與實際進水水質對比
1.2 存在的問題
由于工業廢水的匯入，原水可生化性變差，水解酸化單元無專門的水解微生物分離單元，實際上只是增加反硝化段，總回流比偏低，出水TN濃度缺乏保證，需要建設硝化液回流系統。實際進水TN濃度遠超設計進水水質，原生化系統脫氮能力差，要有效地利用現有系統調整生化單元，提高生化脫氮效率。原生化系統采用表面曝氣，充氧效率低，不能滿足后續提標改造中去除有機物和氨氮的新增供氧要求，后期改造中，應更換為充氧曝氣。
系統未設計混凝沉淀工藝單元，二沉池出水直接進入濾布濾池；除磷劑投加在氧化溝出水口，由于污泥回流的原因，生化系統內進入大量的鐵鹽，生物活性受到部分影響，也導致生物池內的設備被嚴重腐蝕，嚴重影響濾布濾池的正常運行。脫水污泥無處消納，導致現有系統污泥濃度偏高，污泥老化嚴重。現有脫水系統已經無法滿足后續提標的污泥增量處理需求，要通過校核增加污泥處理設施。碳源投加系統為臨時設施。缺乏保證達到更嚴格標準的去除COD、氨氮、TN和TP的系統，需要增加深度處理系統。系統無除氟能力，為了降低產水氟化物濃度，要單獨增加除氟工藝單元，提升除氟成本。
2提標改造設計方案
2.1設計規模及進出水水質
改造前，該污水處理廠處理規模為 40000m3/d 現已滿負荷運行，現有場地內亦無新增用地。本次提標改造仍然按照此規模進行建設，設計處理規模為40000m3/d ，總變化系數為1.412。結合現狀 95% 保證率進水水質及未來進水變化，并考慮工業廢水的影響，確定設計進出水水質，如表2所示。COD、氨氮、TP和氟化物的濃度應滿足菏澤市生態環境保護要求，即分別小于25、1、0.2、 1.5mg/L ，其余設計出水水質指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準。
表2改造后設計進出水水質
2.2 提標改造方案論證
2.2.1 設計進水水質分析
項目進水BOD/COD為0.36，原水屬于可生化污水，但根據現狀實際運營情況，污水仍含有部分難降解有機物，后續工藝設計需要重點關注。項目設計進水BOD/TN為3，碳源濃度達不到反硝化理論所需水平，本次提標改造需要增加碳源投加設施。項目設計進水BOD/TP為36，生物除磷效果較好，但實際出水要求TP濃度小于 0.2mg/L ，設計仍需要考慮化學輔助除磷。
2.2.2 重點污染物判定及去除思路分析
從現狀進出水水質特點可以看出，現狀進水水質與原設計水質存在較大差異，出水水質要求更加嚴格，遠高于一級A標準。重點污染物主要有6種。
項目進水COD濃度由 380mg/L 提升至 500mg/L 出水要求COD 小于 25mg/L ，整體去除率要求較高，單獨以現有二級處理工藝無法達到更嚴格的標準。現狀污水處理廠除了承接市政污水外，還處理部分工業廢水，其中部分為精細化工（化工園區污水處理廠）、印染等行業排放的廢水，總量約為 5500m3/d ，占總進水量的 13.75% ，且這些廢水均在本廠內進行預處理，大量易生物降解和可生物降解的有機物已經在原廠內得到去除。排放到城鎮排水管道的廢水中的有機物以難降解和不可生物降解的有機物為主，僅靠傳統二級生化處理難以將上述物質有效去除，需要通過高級氧化進行深度處理，或者通過強氧化作用破除這些有機物中的難降解基團，提高其可生化性，再進行深度生化處理，確保COD達標。
項目進水BOD較低，廠內現狀各期工程BOD處理效果理想，因此BOD不是本次提標改造的重點處理對象，但是需要提高水中有機物可生化性，解決碳源不足的問題。常規SS通過過濾可保證達標，化學除磷過程會產生更多化學污泥，只有有效去除SS，才能保證除磷效果。因此，應考慮增加過濾或其他處理工藝，進一步去除 SS。將SS和TP的去除作為本次設計的重點控制項目。現狀實際進水C/N均低，要考慮升級改造后出水指標，重點考察TN濃度，以新的設計進水水質對現有生化處理工藝段進行核算，考慮增加反硝化碳源，增大反硝化反應單元的有效容積。項目進水含有工業廢水，其中存在非凱氏氮類含氮有機物，會在深度處理的高級氧化反應后析出，影響最終出水氨氮濃度，要考慮深度處理的除氨氮效果。項目要求出水TP濃度不大于 0.2mg/L ，而生物除磷很難穩定達標。須采用深度除磷工藝，并采取過濾措施。因此，TP為本工程的重點處理項目。
2.2.3 預處理方案工藝選擇
該污水處理廠已在2017年進行預處理工程改造，主要建設內容為在廠內新建粗格柵、提升泵房、細格柵、曝氣沉砂池以及相應的除臭系統。目前，預處理工藝單元滿足水量需求，本次提標改造不對預處理設施進行調整。
2.2.4污水生物處理方案工藝比選
一是現狀生物池處理能力核算。為充分利用現狀生物池，根據前述設計進出水水質，對現狀生物處理設施進行能力核算。現狀水解酸化池與氧化溝的總水力停留時間為 22h ，通過生化反應核算，設計水質條件，生化段總水力停留時間為 20.8h ，現有生化系統有效容積滿足要求，可進行改造。二是改造工藝比選。目前，主流生化處理工藝為厭氧－缺氧－好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic，AAO）工藝及其變型，根據現場實際情況，采用兩級厭氧好氧（AnaerobicOxic，AO） + 前部厭氧工藝作為生化處理方案。
2.2.5 深度處理工藝方案比選
一是混凝沉淀工藝比選。項目可選擇的混凝沉淀池有平流沉淀池、高效沉淀池、磁混凝沉淀池等。磁混凝沉淀池占地面積很小，對原水水質的適應性較強，在中水處理中已有較多應用，為節約占地，推薦采用磁混凝沉淀池。二是過濾工藝比選。污水深度處理工程中，新興的轉盤濾池也得到較多應用。本工程可選擇的過濾工藝有均質濾料濾池、連續砂濾池、轉盤濾池等。轉盤濾池占地面積很小，對原水水質的適應性較強，在本項目中已經應用且有較好的處理效果。本工程過濾工藝推薦采用轉盤濾池，但是需要在提標改造中對現有轉盤濾池進行大修。三是高級氧化工藝。目前，市場上應用較多的高級氧化工藝主要包括臭氧氧化、芬頓氧化、電化學氧化以及由多種高級氧化工藝組合的催化氧化[]。芬頓氧化需要運輸和存儲大量化學藥劑，化學污泥產生量較大，臭氧應用相對廣泛，技術成熟，出水水質有保障，工程經濟性相對可接受，建議采用臭氧催化氧化作為深度處理的高級氧化單元[2-3]。四是深度脫氨氮工藝比選。目前，在深度處理工藝中，去除氨氮的工藝主要包括移動床生物膜反應器、曝氣濾池、生物膜接觸氧化等。采用移動床生物膜反應器，需要二沉池等輔助設施，項目用地非常緊張，需要選用占地更加經濟的單元，所以選用曝氣生物濾池作為氨氮最終保障工藝單元。
2.2.6 提標改造工藝確定
經設計優化，本工程提標改造工藝如圖2所示。
3提標改造工程設計
3.1粗格柵及進水泵房（利舊）
粗格柵與進水泵房合建，設計處理規模為0.6萬 m3/d ，變化系數為2.0，利舊。剩余污水由場外泵站提升，直接進入細格柵前端。
3.2細格柵及曝氣沉砂池（利舊）
細格柵與曝氣沉砂池合建，設計處理規模為4萬 m3/d ，總變化系數為1.412，主體設施利舊，損壞設備維修后使用。
3.3水解酸化池（利舊）
水解酸化池設計處理規模為4萬 m3/d ，水力停留時間為 4h ，將水解池在保留原有功能的基礎上部分改造為二級生化池的缺氧厭氧段，通過增加來自二級生化池的混合液回流管道、污泥回流管道的進口，靈活調整本池的水解、反硝化、厭氧除磷功能。
3.4 生化池（利舊改造）
生化池水力停留時間可滿足使用要求，項目主要改造工作為對池體進行分隔，水力流態改造為推流式，曝氣方式改造為充氧曝氣，采用提升式曝氣器，增加混合液回流系統。設計流量為 1667m3/h ，污泥回流量為 1667m3/h ，混合液回流量為 3334m3/h ，污泥濃度為 4000～5000mg/L ，污泥齡期為 
，水力停留時間為 17.2h ，污泥負荷為 0.1kgBOD/ （ kgMLSS?d? ）。
3.5二沉池（利舊）及污泥泵房（改造）
現狀二沉池設計處理規模為4萬 m3/d ，總變化系數為1.412，單池直徑為 42m ，利舊。由于污泥儲池及脫水間調整位置，較之前剩余污泥管道增加約300m ，現狀污泥泵房內剩余污泥泵型號為65WQ42-11-3，不滿足要求，新增2臺剩余污泥泵，單泵流量為 50m3/h ，揚程為 15m ，功率為 5.5kW ，以滿足污泥排放需求。
3.6二次提升泵站（改造）
提標改造后，現狀提升泵提升能力不能滿足要求，更換4臺提升泵，更換后單泵流量為 800m3/h 揚程為 12.5m ，功率為 45kW。
3.7 磁混凝沉淀池（新建）
磁混凝沉淀池規格為 19.2m×15.4m×7.95m （長 × 寬 × 高），采用鋼筋混凝土結構。設計處理規模為4萬 m3/d ，池體為1座2格，斜管區表面負荷為15.78m3/（m2?h） ，瞬時最大表面負荷為 23.9m3/（m2?h） O主要設施有混凝攪拌器2臺，單臺功率為 3kW ；加載攪拌器配備2臺，單臺功率為 4kW ；絮凝攪拌器配備2臺，功率為 5.5kW ；刮泥機配備2臺，直徑為8m ，功率為 1.5kW。
3.8 催化氧化池（新建）
按照常規去除濃度 15mg/L 的難降解COD考慮，不利情況進水COD小于 45mg/L ，出水COD小于25mg/L 。池體規格為 32.2m×18.0m×8.5m （長 × 寬 × 高），采用鋼筋混凝土結構，池體為1座2格，有效水深為 6.9m ，水力停留時間為 60min ，采用3段式，第一級填充，后兩級直接臭氧氧化，臭氧投加量比例為 2：1：1。
3.9 曝氣生物濾池（新建）
主要功能為去除系統剩余氨氮和經過高級氧化單元后的痕量可降解COD，池體尺寸為 26m×26m× 7.5m （長 × 寬 × 高），采用鋼筋混凝土結構，池體為1座8格，單格表面積為 60m2 ，填料深度為 3.7m 來自場外提升泵站
圖2提標改造工藝流程
空床水力停留時間為 1h ，峰值水量停留時間為 40min 平均表面水力負荷為 3.5m3/ （ （m2?h） ，峰值表面水力負荷為 5.3m3/（m2?h） ，反洗強制濾速為 6m/h 填料有效粒徑為 3～5mm ，空氣反洗強度為 10～ 15L/（m2?s） ，常規水反洗強度為 20m3/（m2?h） ，加強水反洗強度為 30m3/（m2?h） ，氣洗 3～5min 氣水聯合反洗 3～5min ，水反洗 5～10min ，整個反洗過程耗時 15min 。
3.10轉盤濾池（新建）
池體尺寸為 12.4m×10.4m×5m6 （長 × 寬 × 高），采用鋼筋混凝土結構，配備2組轉盤濾池，單組濾池轉盤有8片，轉盤直徑為 3m ，單套過濾面積為 113m2 ，濾布通量為 8～12m3/（m2?h） 。
3.11消毒接觸池（新建）
池體尺寸為 20m×11.4m×5.7m ，采用鋼筋混凝土結構，與轉盤濾池合建，接觸時間大于 30min 。
3.12污泥儲池及帶機反沖洗水池（新建）
改造后，生化污泥量為 6462kgDS/d ，化學污泥量為 3174kgDS/d ，總濕污泥產生量為 40.27m3/h 。拆除現狀污泥儲池和反沖洗水池，新建1座規格 10.7m× 6.6m×3.7m （長 × 寬 × 高）的污泥儲池，采用鋼筋混凝土結構，設置1臺攪拌器。
3.13 脫水機房（新建）
拆除現狀脫水機房及污泥棚，新建1座規格22.8m×13.8m×5.0m （長 × 寬 × 高）的污泥脫水機房，采用框架結構，新增帶式濃縮脫水一體機2套，帶寬為 2m ，處理能力為 30～60m3/h ，單臺每日工作時間為 8h 。
3.14 鼓風機房（新建）
新建鼓風機房1座，采用單層框架結構，規格為13.8m×7.2m×5.0m （長 × 寬 × 高），總空氣用量為 294.5m3/min 。空氣懸浮離心風機配備3臺（2用1備），單體流量為 150m3/h ，揚程為 49kPa ，功率為 150kW ，變頻運行。
3.15液氧站及臭氧制備間（新建）
配置 50m3 液氧儲罐1臺，直徑為 3.2m ，氧氣氣化系統配備1套。臭氧制備間采用框架結構，為單層，規格為 23.3m×10.3m×6.1m （長 × 寬 × 高），內設臭氧發生器3臺，單臺產量為 35kgO3/h 。
3.16 除氟工藝設計
設計進水氟化物濃度按照 5mg/L 考慮，氟化物去除率按照 70% 考慮，出水氟化物濃度不大于 1.5mg/L. 門新增除氟劑投加裝置1套，含閥門組1套，投加液體商品除氟劑。
4運維出水水質及成本
4.1運維出水水質
自2023年運行以來，水廠出水水質如表3所示。目前，給水廠各項出水指標都在安全范圍內，出水穩定達標。
表3運維出水水質 單位：mg/L
4.2 運營成本
目前，水廠動力費用約為493.41萬元/年，原材料費用為140.16萬元/年，加之職工薪酬、污泥處理費用、管理費用和制造費用、充值費等，噸水直接運行成本約為1.3元。
5結論
經提標改造，污水處理廠出水可穩定達標。現狀水解酸化池和氧化溝改造為AAO生化池，能夠完全滿足水力停留時間要求，節省建造成本。通過對廠區部分設施進行拆除，新建深度處理磁混凝沉淀池、臭氧催化氧化池和曝氣生物濾池，保障出水難降解COD、總氮、TP和氟化物穩定達標。在無法新增占地的情況下，充分利用現有水廠構筑物和設備，合理進行布局，最大限度地挖掘現狀生化池和設備設施的處理能力，使出水水質滿足設計要求。
參考文獻
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