西南地区典型城市污水处理厂提标改造及扩建工程设计总结及运行优化

张鑫 孙飞 胡邦 张万里

摘要：遵义市某城市污水处理厂原出水满足一级B限制，设计规模1.0×104m3/d。对现状规模进行提标改造并同步实施2.0×104m3/d的扩建工程，出水标准均提高至一级A限制。提标工程采取新增碳源加药与除磷加药措施、强化曝气效率等手段强化现状一体式氧化沟处理能力，新增过滤工艺强化SS、COD等指标去除效率。扩建工程采用预处理+改良式AAO生化池+二沉池+V型滤池工艺。污泥系统统筹设计，新建规模3.0×104m3/d，脱水污泥含水率提高至60%。投产运行后，扩建工程出水稳定达标;提标改造工程出水SS存在超标问题，分析原因后采取适当的优化措施，取得良好效果，满足设计要求。

关键词：强化生化处理;提标改造与扩建;工程设计总结与优化

1 工程概况

遵义市某城市污水处理厂运行规模1.0×104m3/d，进水成分以生活污水为主，工业废水占比约12%。工艺流程：粗细格栅及旋流沉砂池的预处理，一体式氧化沟的生化沉淀，紫外消毒出水，出水满足一级B要求。脱水污泥含水率80%。现状工程占地24亩，预留用地29.11亩。本次工程设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A限制。脱水污泥含水率提高至60%。工程设计规模：现状1.0×104m3/d（提标改造）、2.0×104m3/d（扩建工程）。设计开展之前对水厂现在运行的实际进、出水水质进行采集分析，近一年水质数据如见表1.

可见，进出水水质波动较大，出水指标均满足一级B限制要求。其中出水BOD指标的平均值满足新标准要求，TN、NH3-N、CODcr指标的平均值接近新标准限制。SS、TP指标的平均值远不能满足新指标要求。现状CODcr、BOD、NH3-N、TP、TN、SS指标的达标率：35.7%、83.4%、41.7%、5.7%、38.3%、0%。针对新指标，现状工艺去除SS、TP明显能力不足。以运行水质数据的95%涵盖率，作为提标改造及扩建工程设计进水水质的取值依据，得出本次工程设计进出水水质及指标去除率，见表2：

2 重难点分析及工艺措施

①针对新指标的要求，现状工艺系统去除SS、TP的能力不足，针对于深度去除SS、TP的工艺较多，如高效沉淀池、高效气浮池、混凝沉淀等;如何结合水厂现状，选择经济、有效且实施复杂性不高的工艺。工艺措施：现状预处理+一体式氧化沟工艺，对TP的去除完全生物作用，SS去除主要依赖二沉池泥水分离作用，考虑辅以化学除磷并新增深度过滤措施，保证TP、SS达标。

②从现进水水质的B/C比、B/N比来看，污水的可生化性较好且具备足够的反硝化能力。现一体式氧化沟停留时间充足，是否可以采取适当的手段强化生化处理能力，保证出水TN、NH3-N、BOD满足新标准。工艺措施：在一体式氧化沟转碟表面供气方式下适当补充池底微孔曝气器，提高氧气传质能力，并外加碳源确保总氮达标。

③现运水厂无法长时间停产，工程的实施不应对运行产生较大影响。工藝措施：提标工程新建深度过滤工艺选择处理一体式处理设备，比新建构筑物施工便利、投产周期短[1];扩建工程深度过滤采用V型滤池，按照总规模3.0×104m3/d设计，投产后接收两期工程二沉池出水，比过滤设备在运行上更为稳定且耐负荷能力高。

④扩建工程根据现状工程的运行情况，在工艺设计上同步优化改善。工艺措施：扩建工程选择改良AAO生化池+二沉池工艺，比现状一体式氧化沟工艺在脱氮除磷方面更有优势[2];现状紫外消毒方式经常出现灯管损坏，影响消毒效果，扩建工程采用次氯酸钠加药消毒，效果好效率高。

3 工程设计

3.1  提标改造工程

①深度过滤系统

现状工程预留用地新建设备基础，安装1套（2组并联运行）纤维转盘滤池一体式成套设备，处理水量1.0×104m3/d，确保SS、COD的深度去除。总盘片数量24片（单组12片），盘片直径2000mm，单盘过滤面积2.7m2，单盘处理流量19.2m3/h，单盘清洗水量10m3/h，过滤水头损失50-250mm。设备整体尺寸6800×6000×3500mm。

②加药系统

加药间设置化学除磷和碳源加药系统，提高TP去除能力，强化反硝化作用。加药间利用现状机修车间的一部分进行改造。设备规模1.0×104m3/d。

③一体式氧化沟改造

新增生化供气风机，在现状氧化沟在池体适当位置加装池底微孔曝气器，弥补转蝶曝气出力不足。新增曝气管路安装控制阀门，生产中根据生化功能的运行情况，灵活调整供气量、控制曝气盘工作数量，强化现状氧化沟的生化处理能力。盘式微孔曝气器：400套，Q=4m3/h/套。

3.2  扩建工程

扩建工程：新建中间泵房及V型滤池、消毒及污泥系统设计规模3.0×104m3/d，其余新建构（建）筑物以2.0×104m3/d规模设计。

①格栅及进水泵房

新建粗格栅及进水提升泵房1座。泵房集水池有效容积150m3，主要设备：机械回转型粗格栅2套，渠宽1000mm，过栅流速1m/s，栅前水深1040mm，栅隙10mm;配置大小泵，便于调控和运行。大泵3台（变频控制潜水泵，2用1备，Q=560m3/h，H=13.5m，N=37Kw），小泵1台（变频控制潜水泵，单台Q=280m3/h，H=13.5m，N=22Kw）;闸门4套、螺旋输送机1套、电动单梁悬挂吊车1套。

②格栅及旋流沉砂池

细格栅及旋流沉砂池1座。旋流沉砂池前安装转鼓细格栅，栅隙3mm。细格栅渠设计2条，单渠宽1.9m。旋流沉砂总表面面积48m2，分2组并联运行。主要设备：安装2套转鼓式细格栅，v过栅=0.5m/s，产渣量2m3/天。安装2套旋流沉砂器（Q=72m3/h）。格栅渠安装叠梁闸、调节堰门，格栅配套高低压冲洗水泵、螺旋输送机，沉砂器配套提砂泵、砂水分离器。

③良式AAO生化池

新建生化池1座，分2组并联运行。生化池分为预缺氧功能段、厌氧功能段、缺氧功能段、好氧功能段、污泥回流排放区。采用池底微孔曝气方式。多点配水的进水方式，可根据不同水质、季节条件结合脱氮、除磷所需营养物的变化，调节不同功能区进水比例，强化脱氮除磷效果，提高运行的灵活性。回流污泥协同生化池进水率先经过预缺氧功能段，进行预缺氧反硝化作用，为厌氧功能段消除硝酸根离子对生物除磷的竞争作用，减轻缺氧段工作负荷。设计污泥浓度3.5g/L，以1.5倍设计水量（2.0×104m3/d）确定污泥回流泵流量，污泥回流泵及污泥排放泵型式选择潜污泵，安装于污泥回流排放井;以2.5倍设计水量确定硝化液回流泵流量，泵型式选择穿墙泵，安装于好氧区末端，总水力停留时间17.6h，停留时间比为预缺氧：厌氧：缺氧：好氧=0.6：1.1：2.4：5.9。气水比6.6：1。安装潜水搅拌器8套（预缺氧区2套，单套2.5Kw;厌氧区2套，单套5Kw;缺氧区4套，单套3Kw）。塔式曝气器1590套，Q=3.5 m3/h·单套，服务面积0.82m2/套。

④二沉池

二沉池设置1座，采用周进周出圆形辐流式。主要设备：中心传动刮吸泥机1套，排渣堰门1套，闭水闸门1套。二沉池表面负荷0.82m3/m2·h。

⑤中间泵房及V型滤池

V型滤池1座6格，设计规模3.0×104m3/d。现状一体式氧化沟二沉池及扩建工程二沉池出水自流进入中间泵房，提升进入V型滤池进水渠，泵房与V型滤池叠合设计。泵房集水池有效容积250m3。滤池单格过滤面积52.8m2，运行滤速6m/h（Q=2.0×104m3/d），强制滤速7.9mh，峰值滤速9m/h（Q峰值=3.0×104m3/d）。滤层厚度1.5m，滤层水损1.7m，清洁层高度2.75m。单气洗强度、气水同时反洗气洗强度、水洗强度、水漂洗强度、表面扫洗强度设计分别取值15、15、3、6、1.5L/s·m2。反洗设备设置于综合车间内。

⑥清水消毒池及废水池

滤池反洗水进入废水池，清水消毒池发挥消毒计加药接触反应的作用，两池合建，设计规模3.0×104m3/d。清水消毒池停留时间30min，有效水深3.5m。废水池有效容积288m3，大于V型滤池单次反洗排水量220m3。

⑦污泥系统

新建总规模3.0×104m3/d污泥处理系统，满足脱水污泥达到60%含水率的要求。日总干泥产量5615kg/d，污泥含水率99.3%。新建污泥浓缩池1座，设直径14m中心传动浓缩机1套;新建污泥调理池2座，设直径3m耙式搅拌机2台;粉料提升装置1套，容积10m3;水平、倾斜螺旋输送机各1套（D=200mm）。浓缩后污泥进入调理池。污泥调理：PAM投加量4%kgDS/d，配置浓度0.4%，FeCl3投加量10%～15%kgDS/d，投加浓度38%，CaO投加量15%～20%kgDS/d。调理改性污泥去污泥脱水机房深度脱水，设2套液压隔膜压滤机，单台过滤面积300m2（处理能力1.5tDS/周期），单周期运行时间3～4h，两套板框机同时运行2个批次即满足污泥日总处理需求。脱水机房为两层框架式结构，二层布置2台脱水机及压缩空气系统1套（Q=2.4m3/min），一层布置污泥进料系统、清洗及压榨系统、混凝剂与铁盐投机系统。

⑧综合车间

新建1座生产辅助集成车间。车间内鼓风机房设3台生化曝气风机（2用1备，风机型式采用多级离心，Q=45m3/min，H=220m，N=18.5Kw）;进风廊道安装2套过滤卷帘，过风流速1.5m/s。车间内加药间设PAC加药系统、醋酸钠加药系统及次氯酸钠加药系统各1套。车间内反洗机房设3台滤池反洗泵，2台常用1台备用，反洗流量580m3/h，反洗扬程13m，反洗泵选择中开卧式离心泵。设2台反洗风机，1用1备，反洗风量48m3/min，反洗压力53.9Kpa，风机选择罗茨风机，变频控制。

4 运行效果及分析

该项目2018年7月施工，2018年9月提标改造工程投产运行，2019年5月扩建工程投产运行。2018.09～2019.09近一年时间的实际进水水质、提标改造工程出水水质与2019.05～2019.09四个月的扩建工程实际出水水质，如表4所示：

可见，扩建工程出水稳定达标。提标改造工程CODcr、TP、TN指标稳定至一级A限制，BOD、NH3-N指标优于出水标准。扩建工程出水水质整体优于提标工程，可能是由于新建改良AAO生化+二沉池的处理效果优于现状一体式氧化沟，也可能优于现状设备运行上存在问题，需要加强维护。

提标改造工程出水SS不达标，出水COD具有超标风险。两期工程工艺处理体系基本相同（预处理、生化处理、深度过滤），多数污水厂运行经验表明，预处理+生化处理+深度处理，针对以生活污水为主的城镇污水处理厂可以确保出水SS、COD稳定达到一级A要求。

5 运行优化措施

针对此问题，在运行中对现状工程整个处理系统做全流程检测与分析，考察工艺构筑物及工艺设备运行情况[3]。一体式氧化沟的污泥浓度及污泥体积指数，月平均值指标如表4：

可见，现状工程2座一体式氧化沟污泥体积指数正常，污泥浓度相差较大，其中2#氧化沟污泥浓度过高，1#氧化沟污泥浓度在正常值之上。剩余污泥排放控制不当可导致污泥浓度异常，频繁排泥导致污泥浓度较低，排泥次数较少导致污泥浓度较高。污泥浓度过高势必提高二沉池接收负荷，导致出水SS难以达标，亦影响出水CODcr的去除效果。全流程检测发现，现状沉砂池、氧化沟及二沉池的设备存在损坏或出力不足的情况。沉砂池中沉砂搅拌器1台故障，排渣风机2台损坏;氧化沟潜水推流器3台损坏，污泥回流泵3台损坏。二沉池2台刮泥机故障率也较高。对出力不足和损坏的设备进行更换，出水SS及COD指标有明显提升，稳定达标。

6 工程投资及效益分析

工程总投资7825.47万元，其中工程直接费6248.74万元。新增经营成本1.508元/吨，新增总成本2.786元/吨。经营成本中，新增电费0.397元/吨，电费取价0.8元/（Kw·h），用电负荷621Kw。新增药剂费0.368元/吨，其中PAC 0.6万元/吨，投加量40mg/L;FeCl3 0.05万元/吨;乙酸钠0.28万元/吨;CaO 0.08万元/吨;消毒剂0.68万元/吨，投加量3mg/L。

7 结语

①本项目为遵义某城镇污水处理厂的提标改造及扩建工程。提标改造在现状氧化沟池底补充配置池底微孔曝气器，新增化学除磷与碳源加药系统，强化生化处理能力。新建纤维转盘滤池成套设备作为深度过滤措施。

②在主体生化工艺的选择上，扩建工程采用改良式AAO+二沉池工艺，多点配水的设置，可根据进水水质和脱氮除磷的需要，灵活调配进水比例;更利于脱氮除磷。在实际运行中的NH3-N、TN、TP、BOD去除效果略优于提标工程。

③提标工程在在不改變现状池体结构，减小施工对现状水厂的影响。深度过滤选择一体式成套过滤设备，具有投资小、施工周期短，占地小的特点，提高了SS、COD等的去除效果。

④扩建工程建构筑物设计规模的选择上兼顾现状工程。工程实施后投运初期，提标工程出水SS超标，通过对现状工艺处理体系全流程分析检测，发现现状工艺设备出力不足及损坏问题导致污泥浓度异常，加大沉淀池负荷，造成出水SS超标，并影响COD指标的处理效果。

参考文献

1.秦栽根，闫萍. 某污水厂不停水不扩地提标改造及扩建工程设计[J]. 中国给水排水， 2020， 36（14）：5.

2.王成刚， 张德华， 温超. 改良AAO工艺在污水处理厂扩建工程中的应用[J]. 净水技术， 2017， 36（A02）：4.

3.王晓保， 赵爱平. 污水处理厂设备运行及管理存在的问题与优化措施[J]. 中国科技投资， 2021.

作者简介：张鑫（1988—），男，硕士，工程师，主要从事城市污水处理厂、给水厂以及管网的设计研究工作。

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