劉曉茜， 劉緒為， 郭慶英， 劉佳

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司， 天津 300381）

1 污水處理廠現(xiàn)狀概況

西寧市某污水處理廠位于城市東部， 湟水河南岸。 主要接納城東區(qū)和城北北川河以東城市生活污水及東川經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)工業(yè)廢水。 該污水處理廠設(shè)計規(guī)模為10 萬m3／d， 原污水處理工藝采用A2／O工藝， 設(shè)計出水標準為GB l8918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B 標準。 處理后的污水直接排入湟水河， 部分作為回用水。 2016 年，為了改善湟水河水質(zhì)， 控制水體免受污染， 該污水處理廠實行了提標改造工程， 將出水水質(zhì)標準提高至一級A 標準。 本文針對本次提標改造工程的設(shè)計思路、 設(shè)計參數(shù)和改造后的運行效果進行了介紹。

1.1 現(xiàn)狀工藝流程

污水處理廠現(xiàn)狀工藝流程如圖1 所示。 現(xiàn)狀粗格柵采用2 臺齒耙式粗格柵， 細格柵采用3 臺格柵間 隙 為6 mm 的 轉(zhuǎn) 鼓 式 細 格 柵（D ＝1.6 m， α ＝35°）； 沉砂池形式為曝氣沉砂池， 1 座2 渠， 停留時間為2 min； 初沉池2 座， 單池直徑為40 m， 表面負荷為2.15 m3／（m2·h）； 生物池設(shè)計水溫為8 ℃，污泥濃度為3.5 g／L， 污泥齡為20 d， 氣水比為6，停留時間為18.44 h（其中， 選擇區(qū)停留時間為0.60 h， 厭氧區(qū)停留時間為1.81 h， 缺氧區(qū)停留時間為4.54 h， 好氧區(qū)停留時間為11.49 h）； 二沉池4 座，單池直徑為40 m， 有效水深為4.3 m， 表面負荷為1.05 m3／（m2·h）。 出水經(jīng)紫外消毒， 自流至湟水河。

圖1 污水處理廠現(xiàn)狀工藝流程Fig. 1 Original process flow of wastewater treatment plant

1.2 現(xiàn)狀實際進水水質(zhì)與本工程設(shè)計進水水質(zhì)

統(tǒng)計分析該污水處理廠2014 ～2016 年的實際進水水質(zhì)， 在90% 涵蓋率情況下與原設(shè)計進水水質(zhì)差距見表1。

由表1 可知， 污水處理廠實際進水水質(zhì)CODCr、SS、 TP 已超出了原有設(shè)計水質(zhì)， 本工程需以實際進水水質(zhì)為參考。

1.3 現(xiàn)狀實際出水水質(zhì)

統(tǒng)計分析該污水處理廠2014 ～2016 年的實際出水水質(zhì)， 在90%涵蓋率情況下與新的出水標準之間的差距見表2。

表1 2014 ～ 2016 年進水水質(zhì)情況Tab. 1 Influent water quality from 2014 to 2016

表2 2014 ～ 2016 年出水水質(zhì)情況Tab. 2 Effluent water quality from 2014 to 2016

該污水處理廠的實際出水水質(zhì)除TP 指標未達到一級B 標準外， 其余指標可以穩(wěn)定達標， 但距離新的提標標準還有一定差距。

2 提標工程工藝設(shè)計

2.1 工藝流程選擇

通過對現(xiàn)狀污水處理廠出水水質(zhì)和提標改造要求分析可知， CODCr、 BOD5、 NH3－N 距離新的出水標準有一定差距， 需要強化好氧生物處理工段。 另一方面， TN 是污水處理工藝去除的重點， 本工程進水TN 的質(zhì)量濃度可達70 mg／L， 依據(jù)文獻［1-2］核算， 缺氧區(qū)停留時間應(yīng)大于7.5 h， 而現(xiàn)狀生物池缺氧區(qū)停留時間僅為4.54 h， 缺氧區(qū)停留時間嚴重不足， 故需對現(xiàn)狀生物池進行改造， 提高缺氧區(qū)停留時間， 強化生物脫氮。 生物池改造應(yīng)本著“在改善缺氧區(qū)處理能力的同時， 不降低好氧段的處理效果”的原則。 MBBR 是一種新型膜法污水處理技術(shù)， 具有可實現(xiàn)原池升級擴容， 抗沖擊負荷能力強， 與現(xiàn)狀已有工藝結(jié)合好的優(yōu)點， 特別適用于污水處理廠升級改造［3-6］。 考慮到本工程為改造項目，現(xiàn)狀生物池已運行多年， 不宜停產(chǎn)進行大規(guī)模土建改動， 且污水處理廠現(xiàn)狀可用地面積有限， 故建議對現(xiàn)狀生物池進行MBBR 改造。

本工程對TP 的去除要求較高， 僅靠生物除磷難以達到出水要求， 需輔以化學(xué)除磷； 結(jié)合SS 的去除， 并考慮到廠區(qū)可用地面積的實際情況， 選擇高密度沉淀池和轉(zhuǎn)盤過濾工藝以保證TP、 SS 的穩(wěn)定達標， 并將深度處理工段集合在一個建（構(gòu)）筑物內(nèi)。

2.2 改造后工藝流程

本工程經(jīng)提標改造后工藝流程見圖2。 主要建設(shè)內(nèi)容包括： ①對現(xiàn)狀生物池進行MBBR 改造；②新建一體化深度處理車間（高效沉淀池、 轉(zhuǎn)盤過濾、 紫外消毒渠、 提升泵池、 加藥間）。

2.3 工藝設(shè)計

2.3.1 生物池MBBR 改造

現(xiàn)狀生物池設(shè)計規(guī)模為10 萬m3／d， 2 座， 每座2 組， 共4 組。

圖2 提標改造工程工藝流程Fig. 2 Process flow of upgrading and reconstruction project

經(jīng)核算， 本工程缺氧區(qū)停留時間應(yīng)大于7.5 h，根據(jù)現(xiàn)狀生物池布局（見圖3）， 需將每組好氧區(qū)第1、 2 廊道改造為缺氧區(qū)， 每池新增4 臺功率為5.5 kW 的攪拌器， 共16 臺。 同時為保證好氧區(qū)的去除能力， 在每池好氧區(qū)第3、 4 廊道投加MBBR 填料，填充體積為5 800 m3， 有效生物膜面積為3 480 000 m2（比表面積為600 m2／m3）， 并配套曝氣系統(tǒng)及攔截篩網(wǎng)。 改造后（見圖4）， 選擇區(qū)、 厭氧區(qū)停留時間保持不變， 分別為0.60、 1.81 h； 缺氧區(qū)停留時間由4.54 h 提高至7.80 h； 好氧區(qū)停留時間為8.16 h（投加MBBR 填料后， 污泥濃度升高）。

2.3.2 新建一體化深度處理車間

深度處理建（構(gòu)）筑物采用集成化設(shè)計， 將高密度沉淀池、 轉(zhuǎn)盤濾池、 紫外消毒渠、 巴氏計量槽、出水提升及加藥間、 電控間集成為一體化車間， 平面布置如圖5 所示。

深度處理工程設(shè)計規(guī)模為10 萬m3／d， 變化系數(shù)為1.3。

圖3 現(xiàn)狀生物池平面布置Fig. 3 Layout of oringinal biological reaction tank

圖4 生物池改造后平面布置Fig. 4 Layout of reconstructed biological reaction tank

（1） 混合池。 共2 組2 池， 采用機械攪拌反應(yīng)，單組尺寸為3.2 m×3.2 m， 有效水深為5.8 m， 混合時間為1.10 min。 每池設(shè)1 臺攪拌器， N ＝7.5 kW。

（2） 絮凝池。 共2 組2 池， 采用機械攪拌反應(yīng)， 單組尺寸為8.2 m×8.2 m， 有效水深為6.7 m，反應(yīng)時間為9.98 min， 每池設(shè)1 臺攪拌器（配套導(dǎo)流筒）， N ＝18.5 kW。

（3） 沉淀池。 共2 組2 池， 采用逆向流斜管沉淀池， 池徑為15 m， 有效水深為6.6 m， 水力停留時間為25.30 min， 表面負荷為15.70 m3／（m2·h）。每池1 臺刮泥機， N ＝1.1 kW； 每池1 臺污泥回流泵（螺桿泵， Q ＝0 ～80 m3／h、 H ＝20 m、 N = 11 kW）， 1 臺剩余污泥泵（螺桿泵， Q ＝0 ～80 m3／h、H ＝20 m、 N=11 kW）， 二池共用1 臺備用泵（螺桿泵， Q ＝0 ～80 m3／h、 H ＝20 m、 N=11 kW）。

（4） 轉(zhuǎn)盤濾池。 6 組， 共6 臺轉(zhuǎn)盤過濾器， 轉(zhuǎn)盤直徑為2.2 m， 每套濾盤數(shù)量為20 片。 每臺配套1 臺反洗泵（Q ＝30 m3／h、 H ＝138 m、 N ＝18.5 kW）。

（5） 紫外消毒渠。 2 組， 每組15 排架， 每個排架8 支燈， 單組功率為21 kW。

3 設(shè)計特點

（1） 西寧市地處高原， 污水處理廠冬季進水水溫低于12 ℃， 設(shè)置于室外的生化處理設(shè)施在冬季的處理效率降低。 本工程針對西寧地處高緯度寒冷地區(qū)的特點， 主體工藝選擇MBBR 工藝， 該工藝在低溫環(huán)境下依然有良好的處理能力， 能夠有效保障出水水質(zhì)的穩(wěn)定達標［7-8］。

（2） 深度處理部分采用高度集成化設(shè)計。 本項目為提標改造項目， 在現(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)， 用地面積有限。 為了節(jié)約占地， 將高密度沉淀池、 轉(zhuǎn)盤濾池、紫外消毒渠、 巴氏計量槽、 出水提升及加藥間、 電控間7 個單體集成為在同一座建（構(gòu)）筑物內(nèi)， 通過合理布局， 不僅滿足其功能要求， 而且極大地縮小了占地面積。

4 工程投資

該工程總投資為8 874.80 萬元， 其中工程直接費用為7 737.33 萬元。 該工程運行總成本為0.27元／m3， 經(jīng)營成本為0.15 元／m3。

5 運行效果

目前該工程已投產(chǎn)運行， 通過分析2018 年7月至2019 年3 月的實際運行情況可知， 經(jīng)改造后出水各項指標均可穩(wěn)定達到GB 18918—2002 一級A 標準。 其中出水CODCr質(zhì)量濃度為30 mg／L 左右， SS 質(zhì)量濃度可穩(wěn)定降至10 mg／L， TN 質(zhì)量濃度穩(wěn)定在14 mg／L 左右， TP 質(zhì)量濃度為0.3 mg／L左右， NH3－N 質(zhì)量濃度為4 mg／L 左右。

6 結(jié)語

西寧市某污水處理廠提標改造工程， 設(shè)計對現(xiàn)狀A(yù)2／O 生物池進行MBBR 改造， 并新建高密度沉淀池-轉(zhuǎn)盤過濾-紫外消毒深度處理工藝， 經(jīng)改造后， 實際出水水質(zhì)穩(wěn)定達到GB 18918—2002 一級A 標準， 滿足設(shè)計要求。

設(shè)計將高密度沉淀池等7 個單體集成在一座建（構(gòu)）筑物內(nèi)， 布局設(shè)計巧妙、 水力銜接流暢， 節(jié)約了占地面積。

MBBR、 高密度沉淀池、 轉(zhuǎn)盤濾池在西北地區(qū)的使用尚屬先例， 具有借鑒意義。