污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)例分析及研究

宋淑美

（煙臺(tái)市環(huán)保工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，山東 煙臺(tái) 265100）

引言

我國水資源短缺問題依然較為嚴(yán)峻。截至2021年底，我國人均水資源量為2 098.49 m3/人，屬輕度缺水狀態(tài)，略高于中度缺水線（2 000 m3/人）。從全國各省市分布來看，寧夏、山東、山西等省處于中度缺水狀態(tài)。2021年國家發(fā)改委、住建部聯(lián)合印發(fā)《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》，該《規(guī)劃》從城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)、污水處理設(shè)施、再生利用設(shè)施及污泥處置設(shè)施四個(gè)方面明確重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，提出到2025年全國城市生活污水集中收集率力爭達(dá)到70%以上，線程污水處理率達(dá)到95%以上，水環(huán)境敏感地區(qū)污水處理基本達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)[2]。某市污水處理廠為有效減少污染物排放，切實(shí)提升污水處理水平，需要對(duì)現(xiàn)有污水處理廠處理能力進(jìn)行提標(biāo)改造。

1 概況

某市污水處理廠主要處理中心城市老城區(qū)及部分新區(qū)、物流商貿(mào)區(qū)居民生活污水。改造前污水處理規(guī)模為5×104m3/d，污水處理選用氧化溝工藝。設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[1]的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水排入周邊河流，部分中水回用。但隨著服務(wù)區(qū)人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及商貿(mào)區(qū)生活污水排放治理的現(xiàn)實(shí)需求，原有設(shè)計(jì)規(guī)模日處理量已接近飽和，且根據(jù)該市城鎮(zhèn)污水處理廠再生水提標(biāo)改造行動(dòng)方案要求，至2025年全市城鎮(zhèn)污水處理廠處理出水水質(zhì)由設(shè)計(jì)時(shí)的“一級(jí)A”標(biāo)準(zhǔn)提高至地表“準(zhǔn)Ⅳ類”排放標(biāo)準(zhǔn)。由表1可知，本次提標(biāo)的“準(zhǔn)Ⅳ類”污水處理后的達(dá)標(biāo)水質(zhì)較原本設(shè)計(jì)的“一級(jí)A”標(biāo)準(zhǔn)有了顯著提升，之前設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)各項(xiàng)污染物指標(biāo)濃度值均過大，造成設(shè)備運(yùn)行浪費(fèi)，而過小又無法滿足新的污水處理達(dá)標(biāo)排放要求[3]。因此，進(jìn)行綜合比選分析并確定污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，選擇新的污水處理工藝，具有積極的指導(dǎo)和參考意義。

表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)及提標(biāo)水質(zhì)指標(biāo) 單位：mg/L（除pH外）

2 污水處理廠工藝運(yùn)行情況分析

原污水處理廠處理工藝是在污水收集進(jìn)入污水處理廠后，經(jīng)把式粗格柵初步過濾，再由提升泵房將污水提升至細(xì)格柵，通過重力流入曝氣沉砂池，去除污染物中難溶解的雜質(zhì)，再進(jìn)入氧化溝生物處理單元，經(jīng)高密度沉砂池進(jìn)行泥水分離處理，最后經(jīng)紫外消毒，實(shí)現(xiàn)“一級(jí)A”達(dá)標(biāo)并排放至周邊河流。目前，污水處理廠總體運(yùn)行較為穩(wěn)定，近三年的進(jìn)出水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，出水水質(zhì)較為穩(wěn)定，且達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但進(jìn)水水質(zhì)平均濃度低于設(shè)計(jì)值，且進(jìn)水水質(zhì)營養(yǎng)不均衡，主要表現(xiàn)為碳源偏少。

3 污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)情況

3.1 進(jìn)水水質(zhì)

由于該污水處理廠所處地區(qū)不同季節(jié)情況變化大，導(dǎo)致進(jìn)水水量存在不穩(wěn)定性，面臨較大的變化幅度。從污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，2020年4～6月，水量較平時(shí)有顯著提升，且水量較為穩(wěn)定，約為4.0～4.5萬m3/d，達(dá)到滿負(fù)荷的80%～90%。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)污染物濃度均值為：COD質(zhì)量濃度為480 mg/L，BOD5質(zhì)量濃度為260 mg/L，SS質(zhì)量濃度為300 mg/L，TN質(zhì)量濃度為50 mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為40 mg/L，TP質(zhì)量濃度為5.5 mg/L。

3.2 出水水質(zhì)

出水水質(zhì)總體保持穩(wěn)定，且均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）[1]的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但與“準(zhǔn)Ⅳ類”污水處理達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)和要求還有一定差距，需要進(jìn)一步做好提標(biāo)升級(jí)改造工程。本期提標(biāo)改造，在前期充分利用及改造氧化溝的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)水中難降解有機(jī)物含量較高的污染物，重點(diǎn)提升對(duì)TN、TP及SS污染物的處理效果，在生化階段去除更多TP，降低化學(xué)輔助除磷藥劑使用量，兼顧BOD、COD和氨氮等的去除率，保證出水水質(zhì)達(dá)到“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)，便于后期運(yùn)行管理。

4 污水處理廠提標(biāo)改造工藝比選及應(yīng)用

本文根據(jù)水質(zhì)“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)，以及本次污水處理廠提標(biāo)改造的重點(diǎn)是要提升對(duì)TN、TP及SS污染物的處理效果，并結(jié)合初期污水處理廠碳源供給不足的問題，在充分利用現(xiàn)有處理設(shè)施的基礎(chǔ)上，選擇了三種工藝組合：A2/O+反硝化生物濾池；A2/O+MBR；A2/O+MBBR，并從工藝特點(diǎn)、技術(shù)成熟度、主要工程內(nèi)容、直接投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行綜合比選。

4.1 工藝性能

A2/O+反硝化生物濾池新增構(gòu)筑物及碳源，投加化學(xué)除磷藥劑，處理效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；A2/O+MBR增加膜組件，輔助投加碳源相關(guān)設(shè)備，無需增設(shè)構(gòu)筑物；A2/O+MBBR在生物池投加填料，無需增設(shè)新的構(gòu)筑物[4]。

4.2 技術(shù)成熟度

A2/O+反硝化生物濾池工藝技術(shù)成熟，應(yīng)用普遍，污水處理針對(duì)性強(qiáng)；A2/O+MBR工藝技術(shù)成熟，使用廣泛；A2/O+MBBR工藝技術(shù)成熟度一般，實(shí)際推廣應(yīng)用較少。

4.3 工程內(nèi)容

A2/O+反硝化生物濾池改造及新增提升泵站各一座，新增反硝化深床濾池2座，輔之配套加藥及反洗等相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)[5]；A2/O+MBR工藝技術(shù)改造現(xiàn)有二沉池4座，增設(shè)一定數(shù)量膜組件，增設(shè)產(chǎn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、膜清洗設(shè)備等，增加碳源儲(chǔ)存及投加設(shè)備[6]；A2/O+MBBR投加專用填料及配套填料流化設(shè)備，增加鼓風(fēng)機(jī)及碳源儲(chǔ)存投加設(shè)備。

4.4 直接費(fèi)用

A2/O+反硝化生物濾池預(yù)計(jì)費(fèi)用為0.987億元；A2/O+MBR預(yù)計(jì)費(fèi)用為1.4億元，A2/O+MBBR預(yù)計(jì)費(fèi)用為0.67億元。

4.5 運(yùn)行費(fèi)用

A2/O+反硝化生物濾池運(yùn)行費(fèi)用為0.163元/t；A2/O+MBR運(yùn)行費(fèi)用為0.202元/t，A2/O+MBBR運(yùn)行費(fèi)用為0.147元/t。

4.6 工藝優(yōu)缺點(diǎn)

A2/O+反硝化生物濾池占地面積小，污染物處理效果好，運(yùn)行管理較復(fù)雜，提標(biāo)改造工程投入相對(duì)較少；但工程量較大，運(yùn)行控制要求高[7]。A2/O+MBR工藝技術(shù)出水水質(zhì)穩(wěn)定，便于后期回用，可提升污水處理經(jīng)濟(jì)效益，新增構(gòu)筑物少，便于改造；但工程投資大，運(yùn)行控制要求高。A2/O+MBBR工程改造工程量少，投資相對(duì)較少，運(yùn)行費(fèi)用低。本文綜合以上比選，選擇A2/O+反硝化生物濾池工藝進(jìn)行改造升級(jí)。提標(biāo)改造設(shè)計(jì)出水水質(zhì)見表2。

表2 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 單位：mg/L

分析原污水處理廠工藝，本輪提標(biāo)升級(jí)改造的難點(diǎn)主要是：一方面污水日處理能力接近設(shè)計(jì)限值，日均處理污水量接近飽和。隨著污水處理量的不斷增加，現(xiàn)有污水處理設(shè)計(jì)能力即將無法滿足處理需要，需盡快推動(dòng)改擴(kuò)建工程。除BOD5、SS達(dá)到設(shè)計(jì)處理標(biāo)準(zhǔn)，TN偶有超標(biāo)，其他各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到“一級(jí)A”標(biāo)準(zhǔn)，但與“準(zhǔn)Ⅳ類”標(biāo)準(zhǔn)還有一定差距。提標(biāo)升級(jí)改造，既要保證經(jīng)濟(jì)效益，做好現(xiàn)有設(shè)備的挖潛再利用，也需要選擇相應(yīng)的深度處理工藝[8]。作為本污水處理廠的核心處理構(gòu)筑物，生化池是處理BOD5、COD、TN、TP、NH4+-N等主要污染物的構(gòu)筑物，為進(jìn)一步提升生化反應(yīng)效率，可通過深挖生化池構(gòu)筑物潛力，達(dá)到盡可能在生化池去除更多污染物的目的。為此，本文通過計(jì)算攪拌功率、曝氣量、生化池反應(yīng)段容積等數(shù)據(jù)，檢查生化池相關(guān)設(shè)備安裝位置是否滿足設(shè)計(jì)要求，利用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，確定污水處理提標(biāo)升級(jí)改造回流比、污泥濃度值，如將原工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改造，設(shè)置多段A/O，投加處理填料，提升生化反應(yīng)效果，并輔之以投加碳源等措施[9-10]。本次提標(biāo)升級(jí)改造的重點(diǎn)是要處理TN、TP及SS等污染物，并在各單元升級(jí)改造時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行。根據(jù)工藝比選，本文選擇反硝化深床濾池以有效去除TN污染物，拆除現(xiàn)有2座纖維轉(zhuǎn)盤濾池，新增提升泵站1座，改造提升泵站1座，新增反硝化深床濾池2座，并配套相應(yīng)的加藥和反洗處理系統(tǒng)，以提升整體處理效果。

5 結(jié)語

隨著污水處理產(chǎn)能的增加，以及污水處理標(biāo)準(zhǔn)的提升，某市需要對(duì)現(xiàn)有污水處理廠的工藝、構(gòu)筑物及設(shè)備進(jìn)行提標(biāo)升級(jí)改造。本文首先分析了污水處理廠提標(biāo)改造前后主要污染物及其達(dá)標(biāo)排放濃度值要求，綜合分析了水質(zhì)及工藝，從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和運(yùn)行管理等方面進(jìn)行綜合考慮，確定了最佳提標(biāo)升級(jí)工藝，達(dá)到了預(yù)期的提標(biāo)升級(jí)改造效果。本污水處理廠處理污水即將達(dá)到滿負(fù)荷，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行提標(biāo)升級(jí)改造。通過監(jiān)測(cè)提標(biāo)前后的水質(zhì)污染物，明確需要重點(diǎn)處理原水中的TN、TP及SS，經(jīng)工藝特點(diǎn)、技術(shù)成熟度、主要工程內(nèi)容、直接投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用和優(yōu)缺點(diǎn)綜合比選，本文最終確定選擇A2/O+反硝化生物濾池作為提標(biāo)升級(jí)改造工藝，該工藝具有較好的針對(duì)性，能夠確保改造達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。