污水廠準Ⅳ類提標改造期間的應(yīng)急保障工藝應(yīng)用

姚 亮 李 鵬 張 賽 聶 邦

(北京恩菲環(huán)保股份有限公司， 北京 100038)

0 前言

污水處理是生態(tài)文明建設(shè)的重要一環(huán)。近年來，各地環(huán)保政策進一步提高污水處理廠的污染物排放標準，監(jiān)管趨嚴，國內(nèi)大部分城市的現(xiàn)有污水處理廠往往面臨著提標、擴容及改造壓力[1-3]。然而存量污水處理廠的提標改造工作一般比較復(fù)雜，施工困難多，工期長；尤其早期建設(shè)的污水處理廠原本位于城市遠郊或邊緣地區(qū)，但隨著城市拓展，現(xiàn)在已經(jīng)被居民區(qū)或者工廠包圍，污水廠只能在現(xiàn)有用地基礎(chǔ)上開展提標改造，而提標改造工藝一般需要增加新工藝單元及建構(gòu)筑物，但實際情況又不允許；同時改造期間既要保證水廠生產(chǎn)穩(wěn)定，不對下游河道造成污染，避免引發(fā)環(huán)境問題，又要如期完成提標改造的目標，進一步增加了提標改造工作的難度[4-5]。目前提標改造研究多側(cè)重于實現(xiàn)更高出水水質(zhì)標準的技術(shù)路線方面[6-9]，對如何保障生產(chǎn)與施工的同步實施、如何采用更合適的應(yīng)急措施保障改造期間的生產(chǎn)穩(wěn)定及達標排放等問題關(guān)注較少。

本文以華北某污水處理廠提標改造項目為例，針對該污水處理廠準Ⅳ類提標改造期間的出水水質(zhì)要求及生產(chǎn)需求，結(jié)合提標改造的施工內(nèi)容，介紹采取的應(yīng)急保障工藝，使提標改造工程順利推進，同時滿足了改造期間穩(wěn)定生產(chǎn)的要求[10-12]。

1 項目概況

華北某污水處理廠設(shè)計規(guī)模40 000 m3/d，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準；現(xiàn)基本處于滿負荷運行狀態(tài)，經(jīng)處理后達標的尾水最終匯入拒馬河。污水處理采用“預(yù)處理+CASS+曝氣生物濾池+轉(zhuǎn)盤過濾+二氧化氯消毒”的工藝。

根據(jù)當?shù)丨h(huán)保部門的要求，從2021年1月1日起，污水處理廠出水應(yīng)滿足《大清河流域水污染物排放標準》(DB 13/2795—2018)中對重點控制區(qū)的排放限值要求。因此從2019年下半年，污水處理廠開始進行提標改造。根據(jù)批復(fù)的可研及設(shè)計文件，在充分利用原有工藝構(gòu)建筑物的基礎(chǔ)上，污水處理工藝改為“預(yù)處理+多級A/O生物池(現(xiàn)有CASS池改造)+MBR+臭氧接觸氧化+次氯酸鈉消毒”。該工藝具有占地少、抗負荷沖擊的特點[13]。

污水處理廠提標改造工程內(nèi)容主要包括新建膜格柵間1座、改造4線CASS池為2線多級AO生物池、新建MBR膜池1座、新建臭氧氧化接觸池1座、新建臭氧發(fā)生間1座等；其他工藝單元均利舊，對設(shè)備進行檢修維護乃至更換；根據(jù)調(diào)整后的工藝需求進行管線改造；施工期間需采取應(yīng)急措施保障污水處理廠生產(chǎn)穩(wěn)定達標。

2 改造期間的處理要求與難點分析

2.1 改造期間的處理要求

根據(jù)當?shù)丨h(huán)保部門的要求，提標改造期間要滿足區(qū)域內(nèi)污水處理的需求，既要實現(xiàn)不停產(chǎn)改造，又要保證出水的污染物排放指標達到原設(shè)計標準，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A排放標準。改造期間的減產(chǎn)污水不得直排下游管網(wǎng)及河道，避免高濃度的污染物進入地表水系，造成嚴重的環(huán)境污染問題。進、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

2.2 難點分析

提標改造期間一方面需保證施工進度，另一方面需保證廠內(nèi)的正常運營，滿足處理水量及出水排放水質(zhì)的要求。改造期間的難點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)施工難度大。廠內(nèi)交叉作業(yè)多，施工空間小，工期緊，施工要求高。其中新增的膜格柵、MBR膜池、臭氧接觸池、臭氧發(fā)生間僅能在廠內(nèi)原有構(gòu)建筑物之間的空地及綠化區(qū)域進行建設(shè)，需要保證原有構(gòu)建筑物的結(jié)構(gòu)安全，保障廠內(nèi)正常的人流、車流、物流。

2)不停產(chǎn)改造。停產(chǎn)改造是污水處理廠改造最快、最便捷的方式，然而由于區(qū)域環(huán)境需求及環(huán)保部門的要求，不停產(chǎn)、不減產(chǎn)改造已經(jīng)成為一種越來越普遍的要求。然而，多級A/O生物池需要利用原有CASS池進行分步改造——將4組CASS池改為2條線的多級A/O生物池，這將造成生化系統(tǒng)處理能力下降，但又不能降低入廠水量，造成污水直排。

3)出水標準不降低。生化系統(tǒng)處理能力下降后一般應(yīng)采取減產(chǎn)措施，才能保證處理效果，反之，出水水質(zhì)則存在超標風險。

因此，提標改造期間需采取保障應(yīng)急工藝，優(yōu)化施工組織與施工步序，充分利用原有工藝單元及新增工藝單元，從而實現(xiàn)提標改造施工順利進行、廠內(nèi)生產(chǎn)穩(wěn)定有序的雙重任務(wù)。

3 應(yīng)急保障工藝設(shè)計

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘及分析，考慮將提標改造工程與生產(chǎn)保障相結(jié)合，合理安排施工計劃，將提標改造工程中新建子項加以利用，并結(jié)合原工藝單元，增加必要的臨時工藝，盡量降低改造對水廠現(xiàn)狀運營的影響，在保障污水處理規(guī)模不下降的同時，保證出水水質(zhì)滿足排放標準，思路如下：

1)優(yōu)先建設(shè)新建子項中的膜格柵及MBR膜池，建設(shè)完成后即投入使用。

2)采用“超磁預(yù)處理+膜格柵+MBR膜池”工藝形成一條臨時處理工藝線與原有CASS池分成2條線運行，對廠內(nèi)污水分流處理，為分步改造生化池創(chuàng)造條件。

3)在預(yù)處理段增加一級處理強化措施，強化對污水的預(yù)處理。

3.1 應(yīng)急保障工藝流程

應(yīng)急保障工藝流程如圖1所示。

3.2 應(yīng)急保障工藝設(shè)計特點

1)新舊結(jié)合，分線處理。由于核心生物處理工藝CASS生物池需要分步改造，生物池污水處理能力降低50%，因此一級、二級處理增加一條臨時工藝線，削減污水中的大部分污染物，以有效降低污染物負荷，然后再與原有CASS生物池處理后的污水在中間水池匯合，進入原深度處理工藝，即曝氣生物濾池+轉(zhuǎn)盤濾池，經(jīng)消毒后外排。

2)優(yōu)選工藝，構(gòu)建臨時工藝線。來水經(jīng)粗格柵后，利用進水提升泵將一半的污水分流，然后經(jīng)過一級強化處理裝置即超磁一體化處理裝置進行處理。該裝置基于磁分離技術(shù)，將微絮凝、磁盤固液分離及磁粉回收技術(shù)集成化，通過向污水中投加磁粉及絮凝藥劑，使污水中的懸浮物等非溶解性污染物形成帶有磁粉的污泥絮體，經(jīng)過磁盤分離，從水中去除，從而使水體得到凈化，水力停留時間3～6 min，具有占地小、處理效率高、安裝操作方便的特點，但超磁技術(shù)去除氨氮、總氮等溶解性有機污染物的效果較差[14]。利用超磁裝置，結(jié)合本次提標改造新建的膜格柵、MBR膜池將分流的污水進一步處理，通過物理攔截、生化和膜分離作用去除污水中的各項污染物，然后污水排入原中間水池與原工藝線出水混合，再進入后續(xù)工藝單元進行處理。

3)強化運行管控。考慮提標改造應(yīng)急保障工藝的特點及局限性，尤其臨時工藝系統(tǒng)水力停留時間短，受水量水質(zhì)波動影響大，為保障出水達標，同時采取加藥強化措施，即在膜池及原生化池投加氨氮菌劑促進氨氮污染物的去除，在原生化池及生物濾池投加碳源去除總氮污染物。其中，氨氮菌劑含有從自然界中經(jīng)過篩選及培養(yǎng)的亞硝化菌及硝化菌，同時復(fù)配了氮同化率高的兼性菌，并含有促進增長的營養(yǎng)物質(zhì)，具有很高的生物活性，可以增加生化系統(tǒng)中硝化細菌數(shù)量及繁殖速率，穩(wěn)定及提高生化系統(tǒng)的硝化能力，抵抗污水的負荷沖擊。

3.3 主要工藝設(shè)計參數(shù)

原工藝建構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)模為4萬m3/d，可滿足提標改造階段應(yīng)急保障措施的運行需求，其設(shè)計參數(shù)本文中不再贅述，主要對臨時工藝線的設(shè)計參數(shù)進行介紹。

3.3.1 超磁裝置

超磁裝置為臨時應(yīng)急措施，設(shè)計規(guī)模為2萬m3/d。超磁裝置包括3個一體化設(shè)備集成集裝箱，分別為混凝箱、超磁處理箱、加藥及污泥處理箱，每個尺寸約為12.0 m×2.7 m×3.0 m。超磁裝置產(chǎn)生的污泥排入原有污泥池，通過原污泥處理系統(tǒng)處理。

3.3.2 膜格柵間

膜格柵間單元為新建，設(shè)計規(guī)模為4萬m3/d，提標改造應(yīng)急運行規(guī)模為2萬m3/d。膜格柵間設(shè)2條柵渠，設(shè)置內(nèi)進流式垂直孔板格柵2臺，格柵渠寬度1.6 m，渠深3.9 m，柵孔1 mm，配套溜槽、壓榨機、沖洗系統(tǒng)等。

3.3.3 MBR膜池及設(shè)備間

新建MBR膜池及設(shè)備間，MBR系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模4萬m3/d，提標改造應(yīng)急運行規(guī)模為2萬m3/d。設(shè)置8個系列，每個系列即可單獨運行，也可同時運行，分別實現(xiàn)正常運行、反洗、在線藥洗、離線清洗等功能。每個系列膜池尺寸6.9 m×14.2 m，可安裝12個膜組器(1個膜位預(yù)留)。膜組器采用落地安裝方式，采用中空纖維膜絲，孔徑為0.04 μm，材質(zhì)為改性聚偏氟乙烯(PVDF)；擦洗曝氣量為0.15 m3/(m2·h)，每個系列膜池曝氣采用脈沖曝氣，通過強弱氣量循環(huán)沖洗，有效緩解膜絲表面污染物的聚集，同時降低系統(tǒng)運行能耗；MBR設(shè)備設(shè)有自動過程控制裝置，可根據(jù)跨膜壓差或設(shè)定的運行周期自動轉(zhuǎn)入反洗工作過程和化學清洗過程。MBR膜系統(tǒng)主要由產(chǎn)水、反洗、加藥、壓縮空氣、抽真空以及電氣自控等設(shè)備構(gòu)成；其中，膜組器88套，膜箱尺寸1 840 mm×1 710 mm×2 610 mm。

3.4 工藝運行效果分析

新建的膜格柵、MBR膜池及臨時超磁裝置于2020年6月、7月相繼完成安裝調(diào)試，提標改造應(yīng)急工藝于2020年8月實現(xiàn)通水并開始運行，同時停止了2組CASS池并進行改造。應(yīng)急運行周期約1.5個月，在此期間對該工藝進行了水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(包括進水、中間水池、總出水)，主要污染物指標(CODcr、氨氮、總磷、總氮)的去除效果見表2。

由表2可知，應(yīng)急保障措施通過臨時工藝線與原有工藝線的分流處理，在中間水池混合后，部分指標存在超出排放標準的情況，但經(jīng)過后續(xù)單元的進一步處理，總出水水質(zhì)可穩(wěn)定達標。這說明應(yīng)急工藝既滿足了提標改造分步施工的需求，也使末端出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，滿足了提標改造期間的生產(chǎn)需求。

表2 主要污染物去除效果

4 結(jié)束語

本次提標改造過程中，充分利用了新建工藝單元與廠內(nèi)原有的工藝單元，采用“超磁預(yù)處理+膜格柵+MBR膜池”臨時工藝線，實質(zhì)上僅增加了超磁裝置，投入費用較低，而且超磁使用時間短，可采用租賃方式。通過新舊系統(tǒng)的分流處理，既為生化池的改造創(chuàng)造了條件，使工程順利進行，也滿足了污水處理穩(wěn)定運行的要求，可為類似污水處理廠提標改造工程提供借鑒經(jīng)驗。