0前言

污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為20×104m3/d，占地 面 積 約16.14hm2。該 工 程 始 建 于2013年，采用“AAO+二 沉 池+混 合 反 應(yīng) 沉 淀 池+V型 濾池”工藝，原設(shè)計(jì)出 水 水 質(zhì) 執(zhí) 行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放 標(biāo) 準(zhǔn)》(GB18918—2002)中 的 一 級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)當(dāng)?shù)厮廴痉乐晤I(lǐng)導(dǎo)小組文件，要 求在2020年年底前，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施外排污水的化學(xué)需氧 量、氨 氮、總 磷 三 項(xiàng) 指 標(biāo) 滿 足《地 表 水 環(huán)境質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)》(GB3838—2002)中 的V類 水 體 標(biāo)準(zhǔn)，其余水 質(zhì) 指 標(biāo) 仍 執(zhí) 行 國(guó) 標(biāo) 一 級(jí)A標(biāo) 準(zhǔn)。因 出水標(biāo)準(zhǔn)提高，原設(shè)計(jì)無法滿足要求，為 此 對(duì) 污 水 廠進(jìn)行提 標(biāo) 改 造。以該廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)為例，從工藝設(shè)計(jì)、新舊工 程 結(jié) 合、改 造 后 的 運(yùn) 行 效 果 等幾個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行探討。

1改造前工程概況

1.1實(shí)際處理水量及進(jìn)、出水水質(zhì)該廠原設(shè)計(jì)總規(guī)模20×104m3/d，目前已滿負(fù)荷運(yùn)行。為保證設(shè)計(jì)滿足新出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)改造前實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)進(jìn)行了分析，提標(biāo)前、后設(shè)計(jì)進(jìn)出水。

1)該廠95%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)均已超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，即使是85%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水，其SS、NH3-N、TN、TP指標(biāo)也不同程度超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水。因此結(jié)合近年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，確定了本次提標(biāo)改造工程的設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo);

2)雖然實(shí)際進(jìn)水指標(biāo)超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，但就95%覆蓋率實(shí)際出水指標(biāo)而言，原設(shè)計(jì)抗波動(dòng)能力較強(qiáng);對(duì)比提標(biāo) 前、后 出 水 指 標(biāo)，NH3-N、TP兩 項(xiàng) 指 標(biāo) 需 重 點(diǎn)關(guān)注。

1.2改造前工藝流程改造前工藝流程如圖1所示。污水處理主體工藝為“預(yù)處理+AAO+混凝過濾”。AAO總水力停留時(shí)間19.6h，泥齡20d，污泥負(fù)荷0.077kgBOD/kgMLSS。混凝反應(yīng)池水力停留時(shí)間28min，斜板沉淀清水區(qū)上升流速1.8mm/s。V型濾池最大流量濾速6.4m/h，強(qiáng)制濾速6.8m/h。鼓風(fēng)機(jī)房配套滿足20×104m3/d規(guī)模，風(fēng)機(jī)形式為多級(jí)離心，單臺(tái)風(fēng)量195m3/min，共6臺(tái)。

2提標(biāo)改造方案分析本項(xiàng)目在可利用占地面積有限、實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)超出原設(shè) 計(jì) 進(jìn) 水 水 質(zhì)、并盡可能減弱改造工程對(duì)污水處理廠正常運(yùn)行造成的影響的情況下，主 要面臨出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的問題，同 時(shí) 還 應(yīng) 核 算 因進(jìn)、出水水質(zhì)的變化 對(duì) 曝 氣 系 統(tǒng)、污 泥 脫 水 系 統(tǒng) 帶來的影響。

1)經(jīng)對(duì)比實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)與設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，需重點(diǎn)關(guān)注的污染物指標(biāo)為氨氮含量。該廠改造前出水氨氮含量無法滿足新出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。以 該 廠95%覆蓋率實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)、提標(biāo)改造后設(shè)計(jì)出水水質(zhì)核算現(xiàn)有生化池的情況，總池容及各區(qū)水力停留時(shí)間不滿足要求。基于此，為實(shí)現(xiàn)氨氮的達(dá)標(biāo)排放，可采用的措施主要有:

①擴(kuò)建生物池，增加原有生物池有效池容;

②新建曝氣生物濾池，將部分氨氮的去除“后置”;

③在現(xiàn)有生物池池體內(nèi)投加填料，將 原AAO工藝改造為MBBR工藝。MBBR工藝中的填料具有較大比表面積，為微生物提供了良好的生長(zhǎng)繁殖環(huán)境，生長(zhǎng)在填料上的微生物泥齡長(zhǎng)，不受水力停留時(shí)間的影響，有利于世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌生長(zhǎng)繁殖，增強(qiáng)系統(tǒng)的硝化能力，從而提高 氨 氮 的 去 除 率，故針對(duì)出水的氨氮達(dá)標(biāo)提高，可 采 用MBBR工 藝。此 外，前 兩 個(gè) 措施涉及新建 土 建 設(shè) 施，具 有 工 期 較 長(zhǎng)、工 程 投 資 較高、水力高程相對(duì)復(fù)雜、占用未來可能的再次提標(biāo)用地等缺點(diǎn)，而將原AAO工藝改造為MBBR工藝施可實(shí)現(xiàn)不停水改造。綜上，MBBR工藝對(duì)污水處理廠正常運(yùn)行帶來的影響最小，是反應(yīng)器升級(jí)改造的較優(yōu)選擇。另外，需要進(jìn)一步提高生物系統(tǒng)反硝化脫氮能力，為TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供保障。結(jié)合工程實(shí)際，基于提高原二級(jí)處理系統(tǒng)脫氮除磷能力以及節(jié)約碳源的目的，在核算總水力停留時(shí)間的基礎(chǔ)上，通過對(duì)原有生化系統(tǒng)重新分區(qū)，將其改造為五段式AO工藝，強(qiáng)化生物脫氮效果。

2)基于以上生化池的主體工藝改造思路，經(jīng)核算，原有曝氣系統(tǒng)和回流系統(tǒng)無法滿足要求，故需對(duì)原有曝氣系統(tǒng)、內(nèi)回流系統(tǒng)做相應(yīng)改造。

3)結(jié)合該廠95%覆蓋率實(shí)際出水TP指標(biāo)、原有工藝路線和工藝參數(shù)，TP的達(dá)標(biāo)壓力不大，僅需在實(shí)際運(yùn)行中合理控制加藥量即可，增加的單位成本基本可以忽略。

4)可知，實(shí)際進(jìn)水SS、CODCr、TN、TP等指標(biāo)超出原設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際進(jìn)水統(tǒng)計(jì)調(diào)整相應(yīng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)，重點(diǎn)核算生化系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

5)改造前該廠污泥脫水系統(tǒng)已超負(fù)荷運(yùn)行，結(jié)合本次新的出水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)核算，原有污泥脫水系統(tǒng)處理能力偏低，無法滿足要求，需對(duì)污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造。

3改擴(kuò)建工程工藝設(shè)計(jì)

3.1改擴(kuò)建工程工藝流程經(jīng)上述方案分析，改造后的工藝流程如圖2所示。

3.2主要改造建構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

3.2.1生物池本次改造保持原生化池厭氧區(qū)、回流污泥及反硝化區(qū)、缺氧區(qū)的原狀和功能，原好氧區(qū)前3條廊道仍作為好氧區(qū)，將第4條廊道大部分改造為后置缺氧區(qū)，該條廊道剩余部分改造為后置好氧區(qū)。在劃分后的好氧區(qū)前2條廊道內(nèi)投加填料，提高容積負(fù)荷，并于第2條廊道末端設(shè)攔截篩網(wǎng)，于前兩條廊道內(nèi)道間隔墻增開過水洞，增設(shè)曝氣系統(tǒng)與攪拌裝置等輔助流化設(shè)施，保證填料總體處于循環(huán)流態(tài)，提高填料與水流的有效接觸反應(yīng)時(shí)間。改造后碳源可投加于后置缺氧區(qū)，提高碳源利用率。同時(shí)，因功能區(qū)的重新劃分，需對(duì)內(nèi)回流點(diǎn)做出相應(yīng)調(diào)整，將其改至改造后的好氧區(qū)末端。改造后的生化池預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、后置缺氧區(qū)、后置好氧區(qū)的水力停留時(shí)間分別為1.6h、1.6h、6.1h、7.7h、2.1h和0.5h。設(shè)計(jì)氣水比7.8，設(shè)計(jì)污泥濃度4～4.5g/L(不含填料換算污泥濃度) ，設(shè)計(jì)內(nèi)回流比200%，外回流比100%。以好氧區(qū)計(jì)填料投加比為17%，填料有效生物膜面積8.8×106m2，有效比表面積800m2/m3。新增填料區(qū)專用攪拌器8臺(tái)，單臺(tái)功率5.6kW，新增后缺氧區(qū)攪拌器16臺(tái)，單臺(tái)功率3.5kW。新增MBBR工藝配套不銹鋼粗孔曝氣管16套，新增微孔曝氣盤2800套(單 盤 通 量4m3/h，Φ268mm)。新增出水填料攔截裝置4套(b=3mm，Φ16mm) ，配套自清洗系統(tǒng)。

3.2.2鼓風(fēng)機(jī)房原有6臺(tái)多級(jí)離心風(fēng)機(jī)目前工況良好，本次改造予 以 保 留。因氣水比由原設(shè)計(jì)的6.9增 大 至7.8，且原有鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)已無空間增加風(fēng)機(jī)，在原鼓風(fēng)機(jī)房旁 另 新 建 鼓 風(fēng) 機(jī) 房。新建鼓風(fēng)機(jī)房尺寸為18m×15m×8m，設(shè)3個(gè)機(jī)位，暫新增2臺(tái)空氣懸浮式鼓風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)量225m3/min，風(fēng)壓H=7.5mH2O，N=330kW。改造后共8臺(tái)風(fēng)機(jī)，6用2備。

3.2.3污泥壓濾機(jī)脫水機(jī)房因現(xiàn)實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)較原設(shè)計(jì)發(fā)生較大變化(提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)泥量較原設(shè)計(jì)多16tDS/d) ，原設(shè)計(jì)污泥脫水系統(tǒng)已滿負(fù)荷運(yùn)行，本次另新建污泥脫水機(jī)房，尺寸為30m×17.4m×10m。另外，考慮到除臭要求及占地緊張等因素，本次脫水機(jī)形式采用離心脫水機(jī)，新建脫水機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)3個(gè)機(jī)位，暫新增2臺(tái)離心機(jī)及其配套進(jìn)泥泵、切割 機(jī)、加 藥 設(shè) 備 等，單臺(tái)離心機(jī)進(jìn)泥量75m3/h，設(shè)計(jì)污泥含固率2%，主 機(jī) 功 率110kW，輔 機(jī) 功 率30kW，轉(zhuǎn) 鼓 直 徑670mm，長(zhǎng)徑比4.0。

4運(yùn)行效果經(jīng)改造后1年的滿負(fù)荷運(yùn)行，生化池MBBR填料的流化狀態(tài)和掛膜情況均十分良好，出水水質(zhì)全面、穩(wěn)定達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

1)氨氮去除率由改造前的96.5%提高到99.0%，95%覆蓋率實(shí)際出水的氨氮含量由改造前的3.9mg/L降低為改造后的1.1mg/L，達(dá)到了改造目標(biāo);在冬季，出水氨氮均值由改造前的1.5mg/L降低為改造后的0.35mg/L，證明了工藝的抗沖擊性較強(qiáng);改造前冬季出水的氨氮含量 均 值 與95%覆蓋率出水的氨氮含量相差2.1mg/L，改造后兩者差值僅為0.75mg/L，證明了工藝的穩(wěn)定性;MBBR工藝在提升系統(tǒng)氨氮處理能力方面的效果達(dá)到了設(shè)計(jì)目的;

2)CODCr、BOD、SS、TP這四項(xiàng)指標(biāo)改造后去除率與改造前去除率相差無幾，一方面是由于這幾項(xiàng)指標(biāo)在改造前基本滿足設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，并非本次改造所重點(diǎn)針對(duì)的指標(biāo)，另外這幾項(xiàng)指標(biāo)是滿足出水達(dá)標(biāo)排放并考慮進(jìn)水中各污染物組分等前提下污水廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的“平衡點(diǎn)”;

3)TN去除率 雖 由 改 造 前 的86.6%略降低至改造后的84.3%，但改造后較改造前節(jié)約了碳源投加量約25mg/L(30%液體乙酸鈉計(jì)) ，這得益于五段式AO工藝較高的脫氮效率，活性污泥段強(qiáng)化了總氮的去除。

5工程特點(diǎn)

1)通過提前預(yù)制安裝攔截系統(tǒng)和MBBR填 料模塊，創(chuàng)新采用水下設(shè)備安裝及混凝土切割手段，合理安排施工計(jì)劃、采用合理施工措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠不停水改造。本項(xiàng)目主體工程施工周期僅約3個(gè)月，改造期間該廠基本未發(fā)生減產(chǎn)。

2)在不新建二級(jí)處理工藝或深度處理工藝土建設(shè)施的情況下，通過充分挖潛原有生化池并對(duì)其進(jìn)行合理化改造，強(qiáng)化其脫氮除磷能力，減少新增占地，在保證出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，節(jié)省運(yùn)行成本。

3)在原生化池好氧區(qū)投加填料時(shí)，在投加填料的兩條廊道內(nèi)道間隔墻增開過水洞，采用填料區(qū)專用攪拌器，在保證填料優(yōu)化的前提下避免填料和攪拌器互相破壞;采用專用填料攔截篩網(wǎng)并配套清洗設(shè)施，有效避免填料區(qū)填料流失或在篩網(wǎng)區(qū)堆積。

6結(jié)論

1)針對(duì)本提標(biāo)改造工程，在保證占地面積和處理規(guī)模不變，且不新建構(gòu)筑物的前提下，通過將核心工藝由AAO改造為五段AO-MBBR工藝，實(shí)現(xiàn)了尾水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，本項(xiàng)目所采用工藝的抗沖擊性、穩(wěn)定性均較強(qiáng);尤其對(duì)于冬季，當(dāng)項(xiàng)目所在地最低平均水溫僅為12.6°C時(shí)，五段AO-MBBR工藝有效提高了二級(jí)處理系統(tǒng)的硝化能力。

2)本工程總投資約1.4億元，單位經(jīng)營(yíng)成本較改造前增加0.36元/m3，改造后碳源投加量較改造前減少了約25mg/L。

3)本工程設(shè)計(jì)在各方面細(xì)節(jié)之處均進(jìn)行了研究、論證，在保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下，充分利用或改造現(xiàn)有設(shè)施，節(jié)約了工程投資和占地，突出了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，可為同類提標(biāo)改造工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

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