设计案例 | 上栗污水厂提标改造工程设计
上栗县污水处理厂位于江西省萍乡市上栗县新建村，占地面积约为18 000 m2。现状处理规模为1.5万m3/d，主要接纳上栗县城区的生活污水。污水处理厂采用百乐克(Biolak)工艺，处理后的尾水就近排入栗水河，现状出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。随着“水十条”的颁布，上栗县政府积极响应，要求上栗县污水处理厂出水水质提升至《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。污水处理厂现状工艺不能满足要求，因此，必须对上栗县污水处理厂进行提标改造。
污水处理厂进水污染物浓度的高低决定了污水处理工艺流程的选择，且与污水厂的基建投资和运行费用密切相关。对上栗县污水处理厂2016年—2019年不同累计频率下污染物浓度进行分析，结果如表1所示。
表1 上栗县污水处理厂进水污染物浓度统计表
由表1可知，上栗县污水处理厂实测进水水质中污染物的浓度较一般城镇污水处理厂进水水质偏低。但随着城市排水体制由合流截流制向分流制的转变；城区排水管网的不断完善，城市建设逐步稳定；居民生活水平的不断提高，生活废水浓度不断增高；上栗县污水处理厂的进水污染物浓度将逐渐提高。因此，在现状实测进水水质频率分析结果基础上，结合一般城镇污水处理厂进水水质特点，并适当考虑富余，提标改造设计进水水质与提标改造前原设计进水水质保持一致，如表2所示。
注：括号外数值为水温>12 ℃时的控制指标；括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标
《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准和一级B标准如表3所示。
图1 上栗县污水处理厂现状工艺流程
上栗县污水处理厂主体工艺采用百乐克(Biolak)工艺，具体工艺流程如图1所示。
原污水经进水渠粗格栅，拦截污水中较大杂质，由污水泵提升，再经细格栅进一步去除水中杂质，进入旋流沉砂池去除砂粒，然后进入综合生物池，去除BOD5、氮、磷等污染物，并进行泥水分离，上清液经紫外消毒渠、巴氏计量槽后排入栗水河。
沉淀分离的污泥大部分经刮吸泥机提升回流至综合生物池前端的厌氧区，剩余污泥送至储泥池，由带预浓缩功能的脱水机处理后，泥饼外运至附近的制砖厂做原料。
综合生物处理池由厌氧池、缺氧池、曝气池、沉淀池和稳定池5部分组成。污水和回流污泥首先进入厌氧池，在此进行磷的释放。厌氧池出水和内回流污泥进入缺氧池，在此去除氮。曝气池中安装悬挂式曝气链作为充氧装置，曝气链的摆动使池内混合液反复处于好氧、缺氧状态，可实现同时硝化-反硝化反应。沉淀池形式为平流式沉淀池，在此进行泥水分离。稳定池调节水中的溶解氧含量并进一步沉淀，对出水水质起到稳定达标排放的功能。
上栗县污水处理厂的污水以生活污水为主，可生化性较好。在提标改造设计进水水质条件下，根据周雹《活性污泥工艺简明原理及设计计算》中的污泥龄法，对现状二级生物处理系统复核计算，预计现状生物池出水BOD5、COD、NH3-N、TN等指标基本能达到一级A标准。因此，提标改造工程重点是解决SS和TP等指标的去除，需在现状二级生物处理之后进行污水深度处理。
本着技术可靠、经济合理，且确保出水水质稳定达标，提标改造工程采用混凝沉淀过滤消毒的污水深度处理工艺。混凝沉淀的目的是去除水中悬浮物，使出水达到待滤水的水质要求。提标改造工程选用集絮凝、污泥浓缩、浓缩污泥回流、斜管分离于一体的高效沉淀池，其表面负荷高，占地面积小，澄清水质量较高，能适应较大范围的流量变化。过滤工艺是保证出水SS稳定达标的最后一环。提标改造工程选用处理效果稳定、设备简单紧凑、占地面积省、维护管理便捷、施工周期短的滤布滤池。
提标改造的出水TP要求达到0.5 mg/L以下，单独采用生物除磷工艺很难达到要求，必须辅以化学除磷。采用碱式氯化铝(PAC)作为投加药剂，投加到生物反应池后的混凝阶段，既能起到化学除磷的作用，又兼做混凝剂，提高二级生物处理出水中悬浮物和胶体物质的去除率，形成的含磷沉淀物经沉淀单元去除，不会堵塞后续过滤单元。
上栗县排水目前主要是合流制，污水收集率还比较低，实测的进水BOD5/TN较低，且现状出水中TN浓度还不能完全达到一级A标准。提标改造工程拟在现状生物池中补充碳源，以保证反硝化反应的充分进行，从而降低出水中的TN浓度。
上栗县污水处理厂现状采用的是紫外线消毒，在实际运行中，灯管清洗维护工作量大；国产灯管使用寿命短，需经常更换，增加了污水厂运行成本。当进水悬浮物浓度较高时，紫外消毒效果较差，出水大肠杆菌和粪大肠杆菌指标不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。此外，远期考虑污水处理厂尾水回用。现有的紫外消毒无持续杀菌能力，一些被紫外线照射失活的病毒细菌在环境条件允许时会复活。因此，提标改造工程选用管理方便、技术成熟先进、亲水性好、易于储存、对环境无毒害、不存在跑气泄漏的次氯酸钠消毒方式。
上栗县污水处理厂提标改造后的工艺流程如图2所示。
图2 上栗县污水处理厂工艺流程
提标改造工程在污水厂现状二级生物处理后增加污水深度处理，即混凝沉淀过滤消毒。新建的构(建)筑物包括提升泵房、高效沉淀池、滤布滤池、接触消毒池、巴氏计量槽和加药间。其中，将提升泵房、高效沉淀池、滤布滤池、接触消毒池和巴氏计量槽组合建成一个组合处理池，以节省占地面积和水头损失。
提标改造工程保持现状污泥处理处置方式不变。
提升泵房的功能是将厂区现状综合生物处理池的出水提升至新建的高效沉淀池。提升泵房设计平均时流量为625 m3/h，高峰流量为962.5 m3/h，共设3台轴流泵，2用1备，单台水泵流量为485 m3/h，扬程为4.8 m，功率为11 kW，全部变频。提升泵房钢混结构，平面尺寸为6.2 m×4.0 m。集水井有效容积为72 m3，相当于最大一台排水泵8.9 min的排水量，满足规范要求。水泵的开、停，根据集水井内水位计自动控制。
高效沉淀池设计平均时流量为625 m3/h，高峰流量为962.5 m3/h，钢混结构，平面尺寸为20.2 m×17.5 m，池深为7.4 m。混合池1组，单池容积为76.44 m3，平均流量下停留时间为7.3 min，峰值流量下停留时间为4.8 min，混凝剂PAC投加量为10 mg/L。絮凝反应池2组，单池容积为112 m3，平均流量下停留时间为21.5 min，峰值流量下停留时间为14.0 min，高分子助凝剂PAM投加量为0.8 mg/L。沉淀池2组，单池直径为8 m，斜管沉淀区的峰值液面负荷为13.2 m/h，平均流量下表面负荷为8.6 m/h。污泥产量(恒定出流连续排泥)为385 kg/d(干污泥)，12.8 mL/d(含水率97%)。
滤布滤池设计平均时流量为625 m3/h，高峰流量为962.5 m3/h，钢混结构，平面尺寸为11.25 m×7.8 m。分2组，两套过滤器，过滤器盘片直径为3 m，每套含滤盘6个，滤速为12.7 m/h。每组配4台反冲洗水泵。
接触消毒池1组，钢混结构，廊道式，每格廊道净宽为2.3 m，有效水深为5.55 m，有效容积为550 m3，高峰流量为962.5 m3/h，接触消毒时间为34.3 min。在接触消毒池的始端投加次氯酸钠，平均投加量为8 mg/L，投加浓度为0.8%。
巴氏计量槽1组，钢混结构，喉宽为0.3 m，量程为0.04～0.5 m3/s，渠道宽为1.0 m。
加药间为高效沉淀池提供混凝剂(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)，为接触消毒池提供次氯酸钠，为生物反应池提供乙酸钠。加药间为单层框架结构，平面尺寸为35.4 m×11.5 m。混凝剂购买固体PAC，溶解后，用数字计量泵投加到高效沉淀池进水管上。PAM采用1 000 L/h的一体化溶解加药装置，制备成0.2%浓度的PAM溶液，用螺杆泵投加到高效沉淀池的两个絮凝反应池中。配置3套2 kg/h的次氯酸钠发生器，2用1备，购买固体食盐制备出有效氯浓度为0.8%的次氯酸钠溶液，用数字计量泵投加到接触消毒池前端。碳源购买固体乙酸钠，溶解后，用数字计量泵投加到生物池前端的厌氧池。
(1)在污水厂现状二级生物处理(百乐克工艺)后增加污水深度处理，即混凝沉淀过滤消毒，并在现状生物池中补充投加碳源。提标改造后，污水处理厂的尾水由现在的一级B标准提高到一级A标准，排入到栗水河的COD、BOD5和SS可减少54.75 t/a，TN可减少27.375 t/a，NH3-N可减少16.425 t/a，TP可减少2.738 t/a。工程的实施将减少水体排放污染物，在为区域节能减排贡献的同时，对改善区域河道水质、提升地区生态环境也起到积极重要的作用。
(2)考虑污水厂用地紧张，选用处理效果稳定、设备简单紧凑、占地面积省、施工周期短的高效沉淀池和滤布滤池。将新增的构筑物提升泵房、高效沉淀池、滤布滤池、接触消毒池和巴氏计量槽组合建成一个整体底板的组合处理池。
(3)提标改造工程全年新增的药耗：混凝剂PAC年耗为345 t，助凝剂PAM年耗为4.38 t，乙酸钠年耗为415 t，食盐年耗为186.15 t。全年新增电耗为80万kW·h。全年新增水耗为8 395 t。新增运营成本：单位总成本为1.11元/m3，平均单位经营成本为0.84元/m3。