设计案例 | 广东省某污水厂提标改造工程设计

近期征稿火热进行中1净水技术|《净水技术》“县镇级供排水企业技术进步成果专栏”征稿通知2净水技术|《净水技术》“城镇给排水工程设计案例”专栏征稿通知3【征稿通知】《净水技术》“水质检测方法的创新与应用”专栏征稿通知

1项目背景2018年3月，广东省住建厅与环保厅联合印发了《关于进一步加快敏感区域污水处理设施提标改造的通知》，要求到2018年底，敏感区域、建成区水体水质达不到地表Ⅳ类标准的城市(县城)生活污水处理设施必须完成提标改造工作，其出水要达到一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)的较严值。鉴于省内大多数城镇污水厂建设时间较早，现状构筑物处理能力相对不足，因此，必须进行提标改造以满足更加严格的出水排放标准。而实际改造过程中，由于周边居民区较多，无可用新增用地，如何充分挖掘原池处理能力成为提标改造的首要问题。2污水厂现状2.1 污水厂概况广东某污水处理厂设计处理规模为25万m3/d，主要工艺流程为：进水→粗、细格栅→沉砂池→生化池→二沉池→接触消毒池→出水，分三期建设，其中一期工程设计规模为10万m3/d，采用AO处理工艺，于1995年投产；二期工程设计规模为10万m3/d，采用改良AAO工艺，于2005年投产；三期工程设计规模为5万m3/d，采用改良AAO工艺，于2014年投产。一期、二期工程出水执行二级标准，三期工程执行一级B标准和广东省《水污染排放标准》(DB 44/26—2001)第二时段一级标准中相对严格的标准，污水厂原设计进出水水质如表1所示。表1 原设计进出水水质

2.2 运行情况该污水厂2014年～2016年一、二、三期平均污水处理量分别为89 731、95 251、39 733 m3/d，总水量约为22.5万m3/d，已基本达到满负荷运行状态。污水厂实际进出水水质如表2所示。由表2可知，出水主要指标均能稳定达到相应排放标准，除COD、BOD指标可稳定达到一级A标准外，其余指标年均值虽然能够达到一级A标准，但存在波动，不能稳定达标。因此，需在此基础上进行提标改造，以保证各指标均能稳定达到相关排放标准。表2 实际进出水水质

3提标改造设计3.1 设计水量水质污水厂提标改造工程建设规模仍维持现有规模，即一期工程10万m3/d、二期工程10万m3/d，变化系数为1.3；三期工程5万m3/d，变化系数为1.4，设计进水水质维持不变，出水水质提升至一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB 44/26—2001)的较严值。表3 提标改造工程设计出水水质

注：括号外数值为水温>12 ℃控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃控制指标3.2 改造难点根据污水厂长期运行数据分析，污水厂提标改造面临的困难在于以下几点。(1)反硝化能力不足：从实际进水水质来看，BOD5数值较低，C/N在3左右，与设计值C/N>4相差较大；此外，按照设计进水水质核算各期反硝化池容，一期缺氧池容不足，二期、三期基本满足要求。(2)硝化能力不足：当前实际进水水质仅为设计值的三分之二，出水氨氮波动性较大，经核算，一、二期好氧池容不足，鼓风机风量不足。(3)除磷能力不足：单纯依靠生物除磷，出水中TP浓度难以稳定在0.5 mg/L以下。污水厂虽然于2016年增加了化学除磷设施，但临时化学除磷装置采用简易储药罐，未设置计量系统，不定期投加，除磷效果不稳定。(4)悬浮物去除能力不足：二沉池分离机理决定了常规二级处理很难稳定达标，出水SS的主要成分为活性污泥絮体，自身含磷且有机组分较高，导致其他指标同步升高；通常1 mg/L出水SS含有0.3～0.75 mg/L的BOD5、0.08～0.1 mg/L的TN以及0.03～0.06 mg/L的TP。(5)占地受限：厂内用地有限，无生化池扩建用地，需充分挖潜现有生物池的处理能力。(6)不停水改造：污水厂已接近满负荷运行，排水高峰及雨季则超负荷运行，无法长期减产停产，需分组改造，尽可能缩短改造周期，减少对生产的影响。3.3 技术路线选择1)一、二期改造路线根据池容核算，一、二期生物池处理能力不足，需提升处理负荷。MBBR与MBR工艺均具有负荷高、原池升级改造、出水稳定达标等优点，在国内污水厂提标改造中应用广泛。因此，拟选用方案一“MBBR+高效短纤维滤池”工艺、方案二MBR工艺作为提标后工艺。方案一：MBBR+高效纤维滤池，该方案中一期改造需将好氧区第一廊道改为缺/好氧调节区，即不拆除底部曝气，增加推进器，好氧第二廊道改为好氧悬浮载体区，投加悬浮载体，同时设置拦截筛网防止悬浮载体流失；二期由于缺氧池容满足要求，仅将好氧区第一廊道改为好氧悬浮载体区即可。一、二期后续深度处理均采用“微絮凝+高效短纤维滤池”工艺，既能进一步去除SS，又能对TP的达标起到把关作用。方案二：MBR工艺，由于采用膜过滤后可以得到较高的处理水质，无需设置深度处理。将一、二期现有二沉池改造为MBR膜池，二沉池内安装膜组器，同时拆除现有二沉池中刮泥设备，用隔墙将其分割，分别设进水渠道、回流渠道、膜池、设备间、冲洗区域等。对于方案一和方案二进行了详细的技术经济比较，结果如下。(1)从土建上考虑，方案一需要新建高效短纤维滤池、加药间；而方案二除新建加药间、鼓风机房外，其余土建均为现有构筑物改造，如土建分割隔墙、开洞及增加套管等。因此，方案二土建费用较方案一略低；但由于存在大量现有构筑物内改造工作，方案二对于污水厂生产影响较大。(2)从设备安装角度分析，方案一为悬浮载体、滤池滤料及支撑系统、反冲洗系统等的采购和安装；方案二为MBR膜组器、反冲洗系统、产水系统、回流系统、加药系统等的采购和安装。方案二设备多、价格高，但便于安装。因此，在设备采购费上方案二远高于方案一，但在设备安装费上方案一略高于方案二。(3)从电耗上分析，方案二产水泵和膜吹扫风机都属于用电负荷较大的用电设备，且MBR工艺回流比较高，生物池曝气风机方案一和方案二均有。因此，方案二比方案一能耗更高；(4)从药耗上分析，方案一需要投加硫酸铝和液体乙酸钠;方案二除投加这两种药剂外，膜清洗需要投加次氯酸钠、柠檬酸、氢氧化钠等药剂。因此，方案二药耗高于方案一。(5)从设备折旧上分析，MBBR工艺悬浮载体使用寿命超过15年;MBR膜使用寿命为3-5年，设备折旧率高。综上，方案二除在设备安装费上低于方案一外，在土建、设备采用、电耗、药耗等方面均比方案一高，方案经济比较如表4所示。此外，方案一简单易行，生物池改造方便快捷，MBBR工艺组件为预制件，改造周期在15 d左右；而方案二生物池和二沉池的改造复杂，对厂内正常生产造成一定影响。表4 两种方案经济比较

因此，本项目选择方案一作为该污水处理厂一、二期工程提标改造的工艺方案，工艺流程图如图1所示。2)三期改造路线经核算，三期工程仅厌氧池停留时间略不足，其余部分均满足硝化反硝化要求。因此，生物池无需改造，新增高效短纤维滤池深度处理工艺即可，工艺流程如图2所示。3)深度处理建设方案该污水厂三期工艺各自独立运行，因此，提标改造工程可以根据厂内现有用地情况三期分散建设或集中建设。分散建设即在现有各期构筑物周围分别就近建设该期的深度处理段;集中建设即把一、二、三期工程二沉池出水集中收集，统一建设深度处理段。分散建设与集中建设相比，虽占地面积较大、构筑物较多且给统一管理带来不便，但工艺设计针对性更强，运行不稳定时便于查找原因；另外，若采用集中建设需长距离铺设地下管线，但是现有工程地下管位不足，因此，本项目选择分散建设方案。

图1 提标改造后一、二期工艺流程图

图2 提标改造后三期工艺流程图4工艺设计4.1 生物池改造一期生化池改造后参数如下：厌氧区HRT为1.74 h，缺/好氧调节区HRT为1.71 h，好氧区为3.42 h，总有效池容为28 512 m3，污泥浓度为3 500 mg/L，总回流比为100%～150%；更换管式刚玉微孔曝气器3 488套，新增缺/好氧调节区搅拌器9台(8用1备)，N=7.5 kW，设置MBBR区，增加辅助穿孔曝气系统4套，进出水拦截筛网4套。二期生化池改造后参数如下：预缺氧区HRT为0.44 h，厌氧区HRT为0.79 h，缺氧区HRT为2.22 h，好氧区HRT为4.87 h，总有效池容为33 498 m3，污泥浓度为3 500 mg/L，总回流比100%～150%；更换管式刚玉微孔曝气器3 552套，更换缺氧区搅拌器17台(16用1备)，N=7.6 kW，设置MBBR区，增加辅助穿孔曝气系统2套，进出水拦截筛网2套。本项目一、二期均投加SPR-III型悬浮载体，直径为(25±0.5)mm、高为(10±1)mm，挂膜后密度与水接近，可以形成良好的悬浮效果，符合《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》(CJ/T 461—2014)标准。4.2 深度处理组合池组合池由提升泵池、微絮凝池、高效短纤维滤池、反冲洗清水池、反冲洗设备间组成，进一步去除SS、TP。一期提升泵池1座，L×B=8 m×6.8 m，潜水轴流泵，Q=1 810 m3/h，H=4.0 m，N=30 kW，3用1备；微絮凝池1座，L×B=4.2 m×4.2 m，絮凝时间为1.02 min；高效短纤维滤池1座，Qave=4 167 m3/h，Qmax=5 417 m3/h，设计滤速V=16.41 m/h，强制滤速V=18.24 m/h，总过滤面为330 m2，内设纤维密度调节装置、纤维滤元模组、布气布水装置、滤板支撑及紧固件10套，采用变水头过滤方式，最大过滤水头为0.6～1.6 m，反冲洗水强度为5～6 L/(m2·s)，反冲洗气强度为28～32 L/(m2·s)，反冲洗时间为15～20 min；反冲洗水池1座，有效容积为260 m3；反冲洗鼓风机房1座，平面内径为15.65 m×5.5 m；反冲洗泵房1座，平面内径为6.1 m×5.5 m。二期深度处理组合池主要设备及参数除提升泵池内潜水轴流泵外，其余均同一期工程。二期潜水轴流泵，Q=1 810 m3/h，H=4.5 m，N=37 kW，3用1备。三期提升泵池1座，L×B=14.5 m×5 m，潜水轴流泵，Q=1 400 m3/h，H=3.2 m，N=22 kW，2用1备；微絮凝池2座，L×B=3.1 m×3.1 m(单座)；高效短纤维滤池1座，Qave=2 083 m3/h，Qmax=2 854 m3/h，设计滤速V=14.65 m/h，强制滤速V=17.68 m/h，总过滤面积为191 m2，内设纤维密度调节装置、纤维滤元模组、布气布水装置、滤板支撑及紧固件6套，采用变水头过滤方式，最大过滤水头为0.6～1.6 m，反冲洗水强度为5～6 L/(m2·s)，反冲洗气强度为28～32 L/(m2·s)，反冲洗时间为14～20 min；反冲洗水池1座，有效容积为210 m3；反冲洗鼓风机房1座，平面内径为17.24 m×5.5 m；反冲洗泵房1座，平面内径为5.85 m×5.5 m。4.3 加药间加药间的主要功能是储存和投加化学除磷所需的絮凝剂及储存和反硝化所需碳源。本工程一、二期加药间合并建设，三期单独建设，化学除磷药剂采用8%浓度液体Al2(SO4)3稀释成4%浓度后投加，碳源药剂采用20%乙酸钠溶液。设计化学除磷量为1.5 mg/L，除磷药剂投加量(商品液)为62 mg/L，设计补充碳源去除TN量为6 mg/L，乙酸钠投加量(商品液)为180 mg/L。4.4 鼓风机房改造根据提标后进出水水质，重新核算生物池曝气量，一、二期需气量均为21 416 Nm3/h，气水比为5.14∶1，现状一期气水比为3.45∶1，二期气水比为3.6∶1，供气量不足。经尺寸校核，一期鼓风机房仍有剩余空间，因此，在一期鼓风机房内增加1台单级离心鼓风机；二期无额外空间，将现有二期鼓风机房扩容，同时新增1台单级离心鼓风机，一、二期新增鼓风机参数均为Q=125 Nm3/min、P=70 kPa、N=200 kW。4.5 预处理更新本工程厂区内用地紧张，无多余空地在高效短纤维滤池前新建细格栅以减少反洗频率。因此，本工程考虑更换现有细格栅，将厂内一、二、三期工程的细格栅更换为孔板式细格栅，b=4 mm，安装角度为75°。5运行效果2019年1月，该污水处理厂提标改造工程顺利完工，通过对生化段、深度处理段联动调试，系统处理效果稳定优于排放标准。2019年一季度污水厂平均进水量约为23万m3/d，在不投加外碳源的情况下，进、出水水质如表5所示。表5 提标改造后实际进出水

由表5可知，经过MBBR工艺改造后，各控制指标稳定达标，尤其是出水氨氮稳定低于1 mg/L，TN稳定低于10 mg/L，脱氮效果良好。此外，系统抗冲击性能较改造前也有了显著提升。6结语广东某污水处理厂提标改造项目充分挖掘现有工程潜力，采用MBBR工艺实现生物池原位升级，新建高效短纤维滤池强化TP、SS去除。改造充分利用现有空地，投资运行成本低、改造周期短、运行高效稳定，改造后出水各项指标稳定优于排放标准，实现了经济、社会、生态效益的共赢。来源：《净水技术》，仅供分享交流不作商业用途，版权归原作者和原作者出处。