某污水處理廠提標改造工程設計分析

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[摘要]隨著資水流域環(huán)保要求的提高，污水處理廠的排放標準也顯著提高。本文以湖南某污水處理廠提標至一級A標準為例，對項目的工程背景、實際運行情況、提標改造方案、設計參數(shù)和運行效果等進行介紹。通過對原有改良型氧化溝改造優(yōu)化，以及新增“高效沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”的深度處理工藝，提標后污水處理廠出水指標穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A排放標準。

[關鍵詞]污水處理廠；提標改造；改良型氧化溝；一級A標準；纖維轉(zhuǎn)盤濾池

1項目背景

湖南某污水處理廠一期工程建成于2009年，規(guī)模為2萬m3/d，于當年12月正式投入運行。由于進入污水處理廠的污水量逐年增大，為滿足處理要求，當?shù)卣?014年啟動二期擴建工程，擴建后規(guī)模為5萬m3/d。污水處理廠尾水排放標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級B排放標準，尾水排入資江。污水處理廠一期及二期工程均采用改良型氧化溝為主體工藝，其處理工藝流程為：來水→粗格柵間、提升泵站→細格柵、沉砂池→改良型氧化溝→二沉池→紫外光消毒池→(出水泵房)→資江。為保護資水流域環(huán)境，改善水環(huán)境質(zhì)量，響應國家相關政策要求，對污水處理廠進行提標改造，改造后出水達到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A排放標準。

2污水處理廠實際運行情況

2.1污水處理廠實際進出水水質(zhì)情況

污水處理廠擴建后實際進水量為3.9~4.8萬m3/d，平均出水水質(zhì)濃度滿足該廠執(zhí)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準。設計與實際進出水水質(zhì)見表1。由表1可以看出，污水處理廠實際平均進水水質(zhì)符合設計要求，同時平均出水水質(zhì)濃度滿足該廠執(zhí)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準。

2.2目前存在的問題

污水處理廠的現(xiàn)有出水執(zhí)行標準是《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級B標準，出水標準較低，不利于保護和改善資江水質(zhì)。同時，污水處理廠運行已有多年，通過長時間的運行及水質(zhì)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，TP、BOD5及SS實際出水平均值大于一級A標準限值，且TN出水不穩(wěn)定，排放值有時大于一級A標準限值。據(jù)調(diào)查，污水處理廠現(xiàn)有紫外消毒設施處理效果不穩(wěn)定，難以保證消毒效果，且一、二期改良型氧化溝的厭氧區(qū)積泥嚴重，泥水混合效果欠佳，出水水質(zhì)TN及TP指標偶爾出現(xiàn)超標情況。綜合以上情況，從保護資水流域水環(huán)境質(zhì)量和實際運行情況來看，污水處理廠提標改造勢在必行。

3提標改造工程設計方案

3.1設計進出水水質(zhì)及去除率

根據(jù)該項目提標改造可研報告及批復，污水處理廠提標改造工程出水水質(zhì)標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》中的一級A標準，尾水排入資江。提標后設計進出水水質(zhì)及去除率見表2。

3.2設計方案

3.2.1生化處理工藝目前污水處理廠二級生物處理工藝為改良型氧化溝工藝，現(xiàn)狀氧化溝的水力停留時間可滿足出水水質(zhì)達一級A標準的要求。對于目前一二期氧化溝TN處理效果不理想和厭氧池泥水混合不均的情況，采用增加內(nèi)回流及碳源投加、擴大缺氧區(qū)容積及更換現(xiàn)有高速攪拌機推流器的措施來進行改造，改善TN去除效果，強化泥水混合。

3.2.2深度處理工藝深度處理工藝選擇“高效沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”的組合工藝，主要用來去除出水中的SS和TP，并確保處理出水達標排放。高效沉淀池主要通過絮凝沉淀作用進一步去除水中SS和TP；沉淀后過濾工藝保證最終出水SS滿足一級A標準要求。高效沉淀池是采用泥渣循環(huán)及斜管沉淀的一種沉淀池，其在國內(nèi)許多污水處理廠的提標改造中廣泛應用并取得了較好的運行效果。

3.2.3污泥處理處置工藝現(xiàn)狀采用板框壓濾深度脫水工藝，脫水后污泥含水率達到60%以下，目前運行狀況良好，能夠滿足處理要求，本期不做改造。污泥處置方式仍沿用現(xiàn)有處置方式，送至填埋場進行填埋處置，本期不做改造。

3.2.4尾水消毒工藝現(xiàn)狀采用紫外光消毒，但消毒效果不穩(wěn)定，受處理水量波動的影響大，且設備檢修較頻繁。改造后采用國內(nèi)應用較多的次氯酸鈉消毒工藝，能保證水質(zhì)充分達標。采用現(xiàn)場制作的方式，其生產(chǎn)原料為食鹽，制作方式為電解食鹽水產(chǎn)生，購買和制作十分方便。

3.2.5除臭工藝目前污水處理廠設置有1套除臭設施。采用離子除臭工藝，對預處理、氧化溝、污泥脫水機房的臭氣進行處理，處理能力為25000m3/h。目前運行效果良好，本期不做改造。提標改造確定的處理工藝流程為：來水→粗格柵間、提升泵站→細格柵、沉砂池→改良型氧化溝→二沉池→高效沉淀池→纖維轉(zhuǎn)盤濾池→次氯酸鈉消毒池→(出水泵房)→資江。

4提標改造主要構筑物工藝設計

本次提標改造在考慮廠區(qū)的總體布置時，通過合理的布局將深度處理用地布置至現(xiàn)有預留地塊的南側(cè)，更為靠近現(xiàn)有一二期生產(chǎn)區(qū)域，將遠期預留用地留在更為靠近廠門口的區(qū)域(詳見圖1)。采用該布置方案后，遠期預留用地可以與北側(cè)圍墻內(nèi)可用地塊相連，如國家的排水標準進一步提高，污水廠則需進一步提標，該相連的地塊為遠期的總體布置提供了更多可能，且從工藝流程及出水水流方向上來說，深度處理與遠期進一步處理的銜接上也更為順暢。

4.1主要新

(改)建構筑物污水處理廠提標改造主要工程內(nèi)容為新建深度處理設施，規(guī)模為5.0×104m3/d，同時對現(xiàn)有部分構筑物進行改造，主要新建構建筑物包括1座中間提升泵站、1座高效沉淀池、1座纖維轉(zhuǎn)盤濾池、1座接觸消毒池、1座加氯及加藥間及1座變配電間，主要改造構建筑物包括一二期改良型氧化溝和紫外光消毒池。所有改造及新建構筑物工藝設計參數(shù)滿足相應標準和規(guī)范[1-3]要求。

4.2中間提升泵站

廠區(qū)新建中間提升泵站1座，將現(xiàn)狀二沉池出水提升到深度處理設施。中間提升泵站主要設計參數(shù)如下：數(shù)量1座，平面尺寸L×B=12.0m×7.9m。提升泵為潛水軸流泵，Q=1265~1588~1764m3/h，H=5.82~4.72~3.68m，N=30kW，共3臺，2用1備，其中1臺變頻。

4.3高效沉淀池

高效沉淀池集機械混合池、機械絮凝池和斜管沉淀池于一體。高效沉淀池主要設計參數(shù)如下：數(shù)量1組，分2格，單格尺寸L×B×H=13.2m×21.6m×7.25m。混合時間為1.52min，絮凝時間為12.93min，斜管沉淀區(qū)表面負荷為10.77m3/(m2•h)。主要設備有混合攪拌機2臺，N=15kW。絮凝攪拌機2臺，N=7.5kW。刮泥機2臺，D=11.7m，N=0.55kW?；亓魑勰啾肣=60m3/h，H=20m，N=11kW，3臺，2用1備。剩余污泥泵2臺，Q=60m3/h，H=20m，N=11kW。

4.4纖維轉(zhuǎn)盤濾池

高效沉淀池出水接入纖維轉(zhuǎn)盤濾池進行過濾。纖維轉(zhuǎn)盤濾池的工作流程如下：待處理的原水通過重力流入過濾盤片，在每個過濾盤片的兩側(cè)為高強度致密的聚酯濾布；水由濾布外側(cè)向內(nèi)流出，流入到清水槽，水中的細小顆粒在濾布外側(cè)聚積。纖維轉(zhuǎn)盤濾池主要設計參數(shù)如下：數(shù)量1座，尺寸為L×B×H=12.5m×10.50m×4.7m?？偙P片數(shù)量為20盤，總過濾面積為252m2，平均濾速為8.3m/h。

4.5接觸消毒池

污水經(jīng)過上述構筑物處理后，雖然水質(zhì)得到了改善，細菌數(shù)量也大幅減少，但水中還含有大量的細菌、病毒、寄生蟲卵和有毒有害物質(zhì)，因此，在排放水體前應進行消毒處理。在消毒池進水中投加次氯酸鈉，充分混合后在接觸消毒池中停留一定的時間，從而達到殺滅細菌、病原菌等微生物的目的。次氯酸鈉消毒后存在一定的余氯，為中水回用創(chuàng)造條件，廠區(qū)綠化用水考慮采用通過深度處理和消毒后的尾水。主要設計參數(shù)如下：數(shù)量1座，鋼筋混凝土結(jié)構。尺寸為L×B=22.0m×12.50m，有效水深5.5m，接觸時間30.8min(最大時)。

4.6加氯及加藥間

本工程考慮將加氯間、高效沉淀池加藥間及氧化溝加藥合建，平面尺寸為31.8m×9.0m。

4.6.1加氯間加氯間主要制備次氯酸鈉供尾水消毒使用。尾水消毒有效氯設計投加量為7mg/L。主要設計參數(shù)如下：尺寸為L×B=15.0m×9.0m，配備3套次氯酸鈉發(fā)生器，2用1備。

4.6.2高效沉淀池及氧化溝加藥間高效沉淀池加藥主要功能是保證出水SS和TP達標排放。氧化溝加藥間是針對目前污水廠進水水質(zhì)BOD5濃度偏低情況而設，是為了保證生化系統(tǒng)有足夠碳源，強化好氧段硝化及缺氧段反硝化效果，確保出水水質(zhì)達標。主要設計參數(shù)如下：尺寸為L×B=13.8m×9.0m。PAC制備濃度為10%，投加量為10~20mg/L。PAM制備濃度為0.1%，投加量為0.5~1mg/L。乙酸鈉投加濃度為25%，最大投加量116mg/L。

4.7氧化溝改造

本次工程需要將目前的出水水質(zhì)標準從一級B標準提至一級A標準，很有必要對污水處理廠現(xiàn)有生化處理構筑物進行復核，看其是否滿足提標后的生化處理要求。經(jīng)復核，現(xiàn)狀氧化溝水力停留時間一期為12.42h，二期為12.16h，能滿足達到一級A標準的水力停留時間要求。因目前污水廠實際進水水質(zhì)C/N比約為3.0，考慮到短期內(nèi)進水水質(zhì)濃度難有較大改善，因此氧化溝增設乙酸鈉投藥系統(tǒng)一套，作為水質(zhì)濃度過低時氧化溝碳源的應急投加。針對出水TN偶爾超標的情況，需強化缺氧段反硝化作用加強TN去除，增加好氧區(qū)的硝化液回流至原厭氧區(qū)，適當增大缺氧區(qū)容積，確保出水TN穩(wěn)定達到一級A標準。針對TP偶爾超標的情況，考慮在深度處理段通過化學除磷的方式，使得出水TP滿足一級A標準。針對厭氧池泥水分離效果較差的情況，考慮在缺氧區(qū)采用更高效的低速潛水推流器，提高攪拌混合效果?，F(xiàn)狀氧化溝改造主要增加設備見表3。

5工程運行效果

本項目于2020年8月正式投入運營，目前系統(tǒng)日平均處理水量約為41840m3/d，對污水處理廠進出水的水質(zhì)進行連續(xù)10周的水質(zhì)檢測。從圖2、圖3和圖4的運行數(shù)據(jù)可以看出，提標后出水中COD、BOD5、TN、NH3-H、TP和SS均有較好的去除效果，達到了提標改造的預期效果，出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A排放標準的要求。

6結(jié)論

綜合考慮該項目實際情況及要求，通過對改良氧化溝優(yōu)化改造，并增加“高效沉淀+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”深度處理工藝，提標后污水處理廠出水各項指標均達到《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A排放標準要求。通過對總體布置方案調(diào)整后，遠期預留用地可以與北側(cè)圍墻內(nèi)可用地塊相連，遠期如國家的出水標準進一步提高，污水處理廠需進一步提標改造，該相連的地塊為遠期的總體布置提供了更多可能，且從工藝流程及出水水流方向上來說，深度處理與遠期進一步處理的銜接上也更為順暢。

參考文獻

[1]崔玉川．城市污水廠處理設施設計計算(第二版)[M]．化學工業(yè)出版社，2011．

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．室外給水設計規(guī)范[S]．北京：中國計劃出版社，2018．

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．室外排水設計規(guī)范(2016版)[S]．北京：中國計劃出版社，2016．

作者：李鵬 單位：湖南中集環(huán)境投資有限公司