大型曝氣生物濾池污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計(jì)

汪啟光

[上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引言

曝氣生物濾池是將生物接觸氧化與過(guò)濾原理相結(jié)合的污水處理工藝[1]，以顆粒狀填料及其附著生長(zhǎng)的生物膜作為處理介質(zhì)[2]，在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)生物氧化與固液分離功能[3]。該工藝具備優(yōu)良的過(guò)濾吸附作用，以占地面積少、流程簡(jiǎn)單、處理效率高著稱(chēng)[4]。在國(guó)內(nèi)已建的數(shù)十座曝氣生物濾池工藝污水處理廠中，沈陽(yáng)仙女河污水處理廠在處理規(guī)模上首屈一指，達(dá)到40 萬(wàn)m3/d[5]。由于建設(shè)時(shí)間較早，該廠出水水質(zhì)已無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，亟待提標(biāo)改造；同時(shí)本工程還存在用地緊張、需要不停產(chǎn)施工等難點(diǎn)。

本文通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)仙女河污水處理廠提標(biāo)改造工程的介紹，旨在為類(lèi)似污水處理廠的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

1.1 污水處理廠現(xiàn)況

仙女河污水處理廠位于沈陽(yáng)市于洪區(qū)，現(xiàn)狀總處理規(guī)模為40 萬(wàn)m3/d，服務(wù)范圍總面積為44 km2，服務(wù)人口近80 萬(wàn)。該廠分2 期建設(shè)，1 期規(guī)模20 萬(wàn)m3/d，于2003 年底建成投產(chǎn)；2 期規(guī)模20 萬(wàn)m3/d，于2005 年底建成投產(chǎn)。該廠現(xiàn)狀生物處理工藝采用曝氣生物濾池工藝，處理后的達(dá)標(biāo)尾水排入細(xì)河。

仙女河污水處理廠提標(biāo)改造前的實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。表1 中：CODcr為化學(xué)需氧量；BOD5為5日生物需氧量；SS 為懸浮物含量；NH3-N 為氨氮含量；TN 為總氮含量；TP 為總磷含量。由表1 可見(jiàn)，該廠出水水質(zhì)已達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)遼寧省政府保護(hù)渾河流域生態(tài)環(huán)境的戰(zhàn)略目標(biāo)，該廠出水標(biāo)準(zhǔn)須提高至一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。顯然，該廠實(shí)際出水水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)均與一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)有一定差距。

表1 仙女河污水處理廠提標(biāo)改造前實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì) 單位：mg/L

1.2 工程難點(diǎn)

（1）建設(shè)用地極為緊張。仙女河污水處理廠地處沈陽(yáng)市中心區(qū)域，現(xiàn)狀廠區(qū)占地面積約6.59 hm2，加上廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地0.62 hm2，合計(jì)為7.21 hm2?，F(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)部用地基本飽和，本工程的建設(shè)除利用新劃撥用地外，還需要通過(guò)拆除廠前區(qū)現(xiàn)狀建筑進(jìn)行用地挖潛，為新建構(gòu)筑物提供用地。

（2）不停產(chǎn)施工的要求。仙女河污水處理廠不具備將現(xiàn)狀處理污水量全部轉(zhuǎn)輸至其他廠的條件，為避免環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)保部門(mén)要求本工程在提標(biāo)改造過(guò)程中不得出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)、減產(chǎn)。為此，在對(duì)廠內(nèi)原有處理構(gòu)筑物實(shí)施改造，并新增處理構(gòu)筑物的同時(shí)，需要建設(shè)應(yīng)急處理系統(tǒng)，在總體工藝改造期間對(duì)進(jìn)水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理。

2 工藝方案

2.1 總體工藝改造方案

仙女河污水處理廠處理對(duì)象為以生活污水為主的典型城市污水，現(xiàn)狀運(yùn)行基本正常，但出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均與一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)有一定差距，需要通過(guò)進(jìn)一步處理以滿(mǎn)足提標(biāo)要求。此外，由于原設(shè)計(jì)執(zhí)行的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)總氮（TN）指標(biāo)無(wú)要求，現(xiàn)狀廠內(nèi)采用的二級(jí)曝氣生物濾池工藝不具備反硝化功能，如何通過(guò)反硝化生物脫氮來(lái)實(shí)現(xiàn)TN 達(dá)標(biāo)，是本次提標(biāo)改造的重點(diǎn)。

總體工藝改造思路為：進(jìn)一步提高生物處理系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物及氨氮的處理效果；對(duì)現(xiàn)狀生物處理系統(tǒng)進(jìn)行改造使其具備反硝化功能；通過(guò)新增深度處理系統(tǒng)來(lái)加強(qiáng)對(duì)懸浮物和總磷的去除。

總體工藝改造方案由預(yù)處理、生物處理、深度處理系統(tǒng)組成。

2.1.1 預(yù)處理系統(tǒng)

對(duì)1 期、2 期預(yù)處理構(gòu)筑物進(jìn)行改造利用，包括粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、高密度沉淀池。

2.1.2 生物處理系統(tǒng)

為強(qiáng)化反硝化生物脫氮，將現(xiàn)狀二級(jí)曝氣生物濾池改造為帶反硝化功能的三級(jí)生物濾池，即“前置反硝化生物濾池+ 曝氣生物濾池+ 后置反硝化生物濾池”。

前置反硝化生物濾池：將1 期、2 期第一級(jí)曝氣生物濾池改造為前置反硝化生物濾池，1 期、2 期前置反硝化生物濾池處理水量分別按18 萬(wàn)m3/d、22 萬(wàn)m3/d（不含回流硝化液）進(jìn)行分配，使2 組濾池水力負(fù)荷（濾速）基本一致。

曝氣生物濾池：在保留利用1 期、2 期第二級(jí)曝氣生物濾池的基礎(chǔ)上，新建1 組曝氣生物濾池以保證好氧段對(duì)有機(jī)物、氨氮的有效處理；1 期、2 期、新建曝氣生物濾池處理水量分別按11 萬(wàn)m3/d、12 萬(wàn)m3/d、17 萬(wàn)m3/d（不含回流硝化液）進(jìn)行分配，使3 組濾池水力負(fù)荷（濾速）基本一致。

后置反硝化生物濾池：新建后置反硝化生物濾池，對(duì)曝氣生物濾池出水進(jìn)行進(jìn)一步脫氮處理。

2.1.3 深度處理系統(tǒng)

三級(jí)生物濾池出水需要進(jìn)一步去除總磷及懸浮物，本工程深度處理工藝采用了投加介質(zhì)的改良型高效沉淀池——加砂沉淀池，在保證處理效果的前提下提高表面負(fù)荷以節(jié)約用地。出水經(jīng)紫外線消毒，達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)后排放。

總體工藝改造流程見(jiàn)圖1。

圖1 總體工藝改造流程

2.2 應(yīng)急處理工藝方案

本工程應(yīng)急處理系統(tǒng)建設(shè)用地為廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地，由于用地面積僅0.62 hm2，不具備生物處理工藝的用地條件，應(yīng)急處理工藝原則上采用一級(jí)強(qiáng)化物化法工藝。本工程應(yīng)急處理采用了與深度處理相同的加砂沉淀池工藝，兼顧處理效果和節(jié)約用地兩方面的要求，同時(shí)也便于生產(chǎn)管理。

應(yīng)急處理工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 應(yīng)急處理工藝流程

在污水處理廠總體工藝改造期間，進(jìn)水經(jīng)過(guò)應(yīng)急處理系統(tǒng)所包含的粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、加砂沉淀池，出水達(dá)到目前執(zhí)行的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排放。

2.3 用地布局方案

1 期改造片區(qū)、2 期改造片區(qū)位于現(xiàn)狀廠區(qū)中部，包含1 期、2 期保留利用的預(yù)處理及生物處理構(gòu)筑物。

新建片區(qū)由現(xiàn)狀廠區(qū)南部的廠前區(qū)和北部的污泥處理區(qū)組成：拆除現(xiàn)狀廠前區(qū)的變電所、鍋爐房、綜合樓、宿舍樓、消毒池，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污水處理構(gòu)筑物以及廠區(qū)生產(chǎn)管理建筑，主要包括曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池、加砂沉淀池、紫外線消毒渠、巴氏計(jì)量槽及回用水泵池、反沖洗鼓風(fēng)機(jī)房及除臭間、加藥間及換熱站、1#綜合樓、2# 綜合樓、變電所；污泥處理區(qū)拆除現(xiàn)狀污泥堆棚、污泥轉(zhuǎn)運(yùn)棚，騰出用地用以布置總體工藝改造所需的污泥脫水間、污泥料倉(cāng)間。

應(yīng)急片區(qū)為現(xiàn)狀廠區(qū)東北側(cè)新劃撥用地，布置應(yīng)急處理系統(tǒng)所包含的預(yù)處理構(gòu)筑物、加砂沉淀池、加藥間、巴氏計(jì)量槽及提升泵池。

提標(biāo)改造工程平面布置見(jiàn)圖3。

圖3 提標(biāo)改造工程平面布置

3 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

3.1 1 期生物濾池改造

已建1 期生物濾池共2 座，每座含12 格一級(jí)濾池、12 格二級(jí)濾池。通過(guò)運(yùn)行模式的調(diào)整，將第一級(jí)曝氣生物濾池調(diào)整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級(jí)曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為18 萬(wàn)m3/d，考慮硝化液回流后的實(shí)際進(jìn)水量為36 萬(wàn)m3/d；部分分流至新建區(qū)后，曝氣生物濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為11 萬(wàn)m3/d，考慮硝化液回流后的實(shí)際進(jìn)水量為22 萬(wàn)m3/d。

為滿(mǎn)足提標(biāo)要求，濾料及濾池內(nèi)的濾梁、濾板、承托層需進(jìn)行更換，并對(duì)現(xiàn)有曝氣風(fēng)機(jī)、反沖洗風(fēng)機(jī)、反沖洗水泵、反沖洗排水泵進(jìn)行更換。

3.2 2 期生物濾池改造

已建2 期生物濾池1 座，含16 格一級(jí)濾池、16格二級(jí)濾池。通過(guò)運(yùn)行模式的調(diào)整，將第一級(jí)曝氣生物濾池調(diào)整為前置反硝化生物濾池，并沿用第二級(jí)曝氣生物濾池。前置反硝化生物濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為22 萬(wàn)m3/d，考慮硝化液回流后的實(shí)際進(jìn)水量為44 萬(wàn)m3/d；部分分流至新建區(qū)后，曝氣生物濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為12 萬(wàn)m3/d，考慮硝化液回流后的實(shí)際進(jìn)水量為24 萬(wàn)m3/d。

土建及設(shè)備改造內(nèi)容與1 期濾池類(lèi)似。

3.3 新建曝氣生物濾池

新建的曝氣生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構(gòu)筑物。上層為濾池，分為24 格，設(shè)計(jì)規(guī)模為17 萬(wàn)m3/d，考慮硝化液回流后的實(shí)際進(jìn)水量為34 萬(wàn)m3/d；下層為中途提升泵、硝化液回流泵、反沖洗泵共用的調(diào)蓄池，上層濾池處理后的出水直接進(jìn)入調(diào)蓄池，由承擔(dān)不同功能的泵組轉(zhuǎn)輸。

3.4 新建后置反硝化生物濾池

新建的后置反硝化生物濾池為上下兩部分功能單元合建而成的構(gòu)筑物。上層為濾池，分為14 格，設(shè)計(jì)規(guī)模為40 萬(wàn)m3/d；下層為反沖洗廢水池，用于接納新建曝氣生物濾池、后置反硝化生物濾池反沖洗廢水，經(jīng)反沖洗排水泵轉(zhuǎn)輸至應(yīng)急區(qū)預(yù)處理構(gòu)筑物。

現(xiàn)狀濾池改造、新建濾池設(shè)計(jì)工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 濾池設(shè)計(jì)工藝參數(shù)

3.5 加砂沉淀池

新建片區(qū)與應(yīng)急片區(qū)各建設(shè)加砂沉淀池1 座，布置形式和設(shè)計(jì)參數(shù)基本相同。加砂沉淀池設(shè)計(jì)規(guī)模為40 萬(wàn)m3/d，分為4 組，每組由快混池、絮凝池、斜管沉淀池組成，沉淀池表面負(fù)荷為27.1 m3/（m2·h）。附屬機(jī)器間內(nèi)設(shè)有微砂循環(huán)泵，沉淀池底混合微砂的污泥經(jīng)微砂循環(huán)泵提升后，由水力旋流器分離，微砂回流至絮凝池，剩余污泥排至污泥處理系統(tǒng)。

4 提標(biāo)改造效果

項(xiàng)目總投資為人民幣64727.29 萬(wàn)元。提標(biāo)改造完成后，全廠單位處理耗電量為0.80（kW·h）/t，單位處理成本為1.64 元/ t，單位經(jīng)營(yíng)成本為1.23 元/t。

本工程于2018 年4 月開(kāi)工建設(shè)，于2018 年12月通水試運(yùn)行。通過(guò)合理組織分階段實(shí)施方案，提標(biāo)改造建設(shè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了不停產(chǎn)施工、不降低排放標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期目標(biāo)。完成調(diào)試和試運(yùn)行階段后，項(xiàng)目于2021 年6 月正式驗(yàn)收。項(xiàng)目驗(yàn)收運(yùn)行至今，其實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)如表3 所示。由表3 可見(jiàn)，提標(biāo)改造后，該廠出水水質(zhì)達(dá)到了一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境效益顯著。

表3 提標(biāo)改造完成后的實(shí)際出水水質(zhì) 單位：mg/L

提標(biāo)改造完成后，整套處理工藝自動(dòng)化程度高，可靠性好，運(yùn)行管理便捷。此外，本項(xiàng)目建設(shè)的應(yīng)急處理系統(tǒng)在完成改造期處理任務(wù)后，繼續(xù)保留利用，承擔(dān)全廠改造、新建生物濾池反沖洗廢水的旁路處理，解決了大水量、高濃度反沖洗廢水的沖擊問(wèn)題，使全廠的運(yùn)行條件得到了極大改善。

5 結(jié)語(yǔ)

在沈陽(yáng)仙女河污水處理廠的提標(biāo)改造工程中，在全廠用地僅有7.21 hm2的條件下，將現(xiàn)狀二級(jí)曝氣生物濾池改造成了帶反硝化功能的三級(jí)生物濾池，并采用加砂沉淀池作為深度處理單元，使其出水水質(zhì)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)通過(guò)建設(shè)應(yīng)急處理系統(tǒng)，合理組織分階段實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了提標(biāo)改造工程不停產(chǎn)施工、不降低排放標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期目標(biāo)。