太湖流域新地标要求下某SBR污水处理厂提标改造设计

冯仕训，张万里，蒋岚岚

(无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡 214072)

随着《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)新标准的颁布，对污水处理厂污染物排放标准提出了更高的要求，势必要求污水处理进行提标改造以满足新标准。而对氮、磷指标的进一步去除，给污水处理厂的提标改造带来了更大的挑战[1-2]。江苏省太湖流域某SBR污水处理厂位于太湖流域一、二级保护区之外，按照《江苏省太湖地区城镇污水处理厂DB 32/1072提标技术指引》(2018版)要求对污水处理厂进行升级改造。主要提升的指标为氮、磷，对氮、磷指标的提升宜先进行生物强化，后进行物化辅助，而常规的生物强化手段主要为AAO、Bardenpho、Phoredox、UCT、VIP工艺等其他AAO工艺的变形，这些工艺较难同时兼顾生物脱氮和除磷。根据《江苏省太湖地区城镇污水处理厂DB 32/1072提标技术指引》(2018版)推荐的生物处理主要由预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区、消氧区、后缺氧区、后好氧区组成，系统具有独立的空间功能分区，脱氮除磷效果优，运行模式可调控。

污水处理厂一期工程设计规模为2.0万m3/d，进水中以生活污水为主(70%)，工业废水类型主要以机械加工、电子行业为主，主体工艺为SBR，出水执行一级A标准，尾水排入双泾河，污泥处理采用机械浓缩,脱水至含水率≤80%后外运至专业公司处置，污水处理厂现状工艺流程如图1所示。

图1 厂区一期工程现状工艺流程

污水处理厂现状主要构筑物的设计参数如下：水解酸化池采用升流式污泥床型，停留时间为8.1 h；
SBR池设1座，分4组，生物选择区停留时间为1.8 h、主反应区停留时间为17.8 h，每天运行4个周期，进水1.5 h、反应2.5 h、沉淀1.0 h、滗水1.0 h；
曝气生物滤池(BAF)设1座，分4格，表面水力负荷为4.9 m/h，中间水池有效容积为800 m3，均衡SBR出水并设3台潜污泵进行提升，提供后续处理构筑物所需水头。

以污水处理厂近3年实际进水中各项指标90%涵盖率为基准确定进水水质，污水处理厂现状进出水水质如表1所示。

表1 现状污水处理厂近3年的进出水水质

污水处理厂目前的出水水质可以稳定达到一级A排放标准，对比提标后的出水标准，CODCr、BOD5、SS、TP这4个指标没有进一步提高标准，可以满足提标后的出水要求，氨氮、TN的达标率分别为97.81%和84.90%，本次提标改造主要针对氨氮、TN这两个指标采取相应的措施，同时完善厂区一些设备设施。

2.1 污水处理厂现状基本情况

(1)预处理效果一般，不能为后续工艺段正常运行提供保障

粗格栅进水泵房采用传统回转式多耙粗格栅，每排耙齿的间距较大，除渣效果较差；
细格栅采用回转式细格栅，截污效果一般，对厂区后续工艺段的正常运行带来一定影响；
水解酸化池底泥沉积较严重，排泥不畅，未充分发挥水解酸化功能。

(2)生化段生物脱氮除磷效果一般

主体工艺SBR池没有独立的厌、缺氧区，依靠每一格的间歇运行在时序上形成厌、缺氧区，生物脱氮除磷效果一般[3]。在主反应投加化学除磷药剂聚合氯化铝(PAC，10%溶液)，药剂消耗量较大，每天投加量约为2.5 m3。

(3)缺乏有效的深度处理工艺段

深度处理段设施为BAF工艺，该工艺段处理效果一般，且受前置的生化池出水SS的影响较大，很容易造成滤池配水滤头堵塞，运行不稳定，且不能进一步进行生物脱氮和化学除磷。

2.2 提标改造工作重难点

2.2.1 新标准下各指标达标分析

(1)氨氮指标目前出水的达标率为97.81%，平均质量浓度为2.40 mg/L，处于较低的水平，后期主要通过增大好氧区活性污泥浓度、提高生物系统的好氧泥龄、提高溶解氧浓度、提高好氧区水力停留时间等措施来提高系统硝化能力，保证氨氮稳定达标[4]。

(2)TN指标目前出水的达标率为84.90%，平均质量浓度为12.1 mg/L，距离目标水质有一定的距离，是本次提标改造工作的重点。

(3)TP指标目前已经稳定达标，但主要依靠化学除磷，药剂投加量较高，结合本工程生化段和深度处理段的改造，在深度处理段新建高效沉淀池，生物除磷和化学除磷相结合，降低除磷药剂的消耗。

(4)优化完善厂区的一些处理设备，更换粗细格栅及沉砂设备，加强现状水解池排泥并增设超越管，根据进水CODCr浓度的实际情况决定是否超越水解酸化池，为后续生化段的高效运行创造良好条件。现状紫外线消毒效果容易受出水SS及灯管清洗效果的影响，消毒效果不稳定，提标改造工程将紫外线消毒更换为次氯酸钠接触消毒，新建1座接触消毒池。

(5)根据厂区运营需求，在工艺流程中增加一些过程仪表为厂区运营提供依据。

2.2.2 提标改造工作重点难点

根据上述分析，本工程主要的工作重点难点为TN指标的有效控制以及深度处理工艺段的加强。

2.3 提标改造技术路线

2.3.1 TN指标的去除

(1)进一步挖掘现有生物池的处理能力，将现状一期工程SBR改造为有较强硝化反硝化作用的多级AO池，充分发挥生化池脱氮除磷作用。

(2)在缺氧区、后置缺氧区设置碳源投加点，当进水碳源不足时投加外部碳源。

(3)现状深度处理段的BAF滤料板结严重，配水配气不均匀，无法正常运行。结合该实际情况，同时考虑远期TN指标进一步提标的可能性，将BAF拆除后新建反硝化深床滤池，生化段出水TN指标达标时作为普通滤池运行，保障SS提标稳定达标，生化段出水TN指标不达标时在深床反硝化滤池段投加碳源进行深度脱氮。

2.3.2 深度处理的加强

结合对氮、磷指标的进一步保障和现状深度处理设施的实际运行状况，在二沉池后新建反硝化深床滤池和高效沉淀池深度处理设施。

2.4 提标改造后的工艺流程

提标改造后的工艺流程如图2所示。

图2 提标改造工程工艺流程

3.1 预处理段

将现状粗格栅进水泵房中传统回转式多耙粗格栅更换为新型回转式粗格栅，数量为2台,栅宽为1 100 mm,间隙为10 mm;将现状细格栅更换为3 mm孔径的内进流细格栅，数量为2台,网板宽度为1 200 mm,网孔直径为3 mm，配套相应的反冲洗设施。

污水处理厂进水中有一部分工业废水(约占25%)，因此，提标改造时恢复水解酸化池功能。主要改造措施为：池内淤泥清淤、更换穿孔排泥管及管路上阀门、更换池内填料、在重力排泥管路上增加管道泵提高排泥效果、增加该构筑物的超越管路及阀门。为充分利用进水中碳源，避免碳源在水解酸化池内浪费，超越管路根据进水实际B/C的情况使用(大于0.3时可考虑部分或者全部超越水解酸化池)。

3.2 SBR池改造

现状SBR池1座分4格，单格分为生物选择区、反应区、出水区，单格平面尺寸为82.5 m×39.6 m×5.0 m，平面布置如图3所示，设计参数如表2所示。

表2 现状一期工程SBR池设计参数

图3 现状一期工程SBR池平面布置

本次提标改造工程将现状SBR池的2格改造成1组多级AO生化池，最终形成2组平行的多级AO生化池。在其中1格池体内新建隔墙，形成预缺氧区、厌氧区、缺氧区、后缺氧区、后好氧区，停留时间分别为1.2、1.5、4.9、1.7、0.5 h，另一格作为主体好氧区，停留时间为9.8 h。同时，在现状墙体上新建进水分配渠，渠道上设进水分配堰门，使进水能同时进入预缺氧区、厌氧区、缺氧区，根据生物除磷和脱氮的需求调配各段的进水量，新建硝化液回流管，将主体好氧区末端硝化液回流至缺氧区前端。在缺氧区和后缺氧区设置碳源投加点。该工艺中，回流污泥全部进入生物池前端预缺氧区，污水分多段多点分别进入生物池预缺氧区、厌氧区、缺氧区，在生物池内形成由高到低的污泥浓度梯度。且生物池内各级有机物分布均匀，处于低碳源状态，可最大限度地利用原污水中的碳源进行脱氮除磷。好氧区硝化液直接进入后段缺氧区，减少了内回流设施和动力费用，同时全流量的好氧缺氧交替反应可合理利用水中碳源和碱度，整体上提高了系统脱氮效率，缺氧好氧交替环境的存在，有利于菌胶团细菌的生长，抑制丝状菌的过度生长繁殖，减少污泥膨胀[5]。

由图4可知，本次SBR改造涉及在现状池体内新建隔墙和渠道，整个池体需要清空后方能实施，需要停产。为了给改造创造实施条件，一部分进厂污水在上游泵站进行流量分配,将0.5万m3/d的流量，转输至其他污水处理厂，根据污水规划，该污水处理厂近期需要扩建1.5万m3/d(已预留土建)，因此，提标改造前完成扩建计划，将1.5万m3/d的污水转至扩建工程。

图4 SBR池改造后平面布置

3.3 新建配水井、污泥回流泵房及二沉池

为保证生化池出水均匀进入后续2座二沉池及满足生化系统污泥回流和排放的需求，新建配水井及污泥回流泵房1座、二沉池2座，两个功能区组合为一个构筑物，污泥回流比为50%～100%，采用周进周出式二沉池，单座二沉池直径为25.0 m，最大时表面负荷为1.17 m3/(m2·h)。

3.4 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座，分2组，絮凝剂采用PAC，助凝剂采用聚丙烯酰胺(PAM)，单组集反应、澄清、浓缩及污泥回流为一体，分为混合区、反应区、沉淀/浓缩区[6]。通过回流污泥并进行加药，使水中的悬浮物形成大的絮凝体，增大了絮凝体的密度和半径，增加沉淀速度，沉淀区上升流速为9.6 m/h，混合时间为50 s，絮凝时间为12 min，污泥回流比为4%～6%。

3.5 反硝化深床滤池

反硝化滤池是集生物脱氮及过滤功能的处理单元,是脱氮及过滤并举的处理工艺，可按两种模式运行：(1)仅作滤池使用；
(2)用作反硝化滤池使用。根据二沉池出水水质的监测结果选择不同的运行模式。提标改造工程新建反硝化深床滤池1座，将设备间、反冲洗废水池、反冲洗风机房组合成1座构筑物，滤池分4格，总过滤面积为156.8 m2，滤速为5.30 m/h，强制滤速为7.07 m/h，水反冲强度为15.0 m/h，空气反冲强度为92.0 m/h，滤料厚度(不包括承托层)为1.83 m。

3.6 接触消毒池

新建接触消毒池1座，有效水深为3.5 m，接触时间为45 min，采用投加成品次氯酸钠溶液消毒方式。

3.7 仪表控制

为便于污水处理厂后期全面准确了解各工艺段运行效果，除设置常规监测仪表外，本次提标改造工程在二沉池出水段设置氨氮、TN、TP、SS、CODCr监测仪表，为运营单位了解生化段运行效果、调控深度处理的运行方式提供依据。

4.1 提标后出水水质分析

污水处理厂提标改造完成后已有14个月，对近一年的二沉池出水水质及污水处理厂总出水水质数据统计分析结果，如表3所示，其中反硝化深床滤池仅在2020年12月1日—2021年3月12日投加碳源作为反硝化深床滤池的模式运行，其余时间段仅作为深床滤池模式运行。

由表3 可知，污水处理厂目前最终出水稳定达到提标后的出水要求，由二沉池出水水质可知，氨氮指标已经稳定达标，TN指标的平均值、最小值均能达到提标后的要求，仅在少部分时间段不能达到出水标准，需要依靠后续的反硝化深床滤池深度脱氮后达标，对比表1现状污水处理厂出水水质TN、氨氮指标有明显下降，说明生化系统生物脱氮和硝化能力较好。二沉池出水CODCr、BOD5在大部分时间段能达到出水标准，但是最终出水想稳定达标需要进一步的混凝沉淀过滤。二沉池出水SS、TP指标距离目标水质有一定距离，生物除磷效果一般，需要进一步的化学除磷才能稳定达标，SS需要进一步的混凝沉淀过滤才能稳定达标。

表3 污水处理厂提标改造后出水水质

4.2 工程投资及效益分析

工程总投资为5 056.04万元，工程直接费用为4 021.53万元，单位处理费用由1.03元/m3增加至1.48元/m3,增加总处理费用为0.45元/m3。

(1)根据改造后二沉池出水与改造前污水处理厂出水水质氨氮、TN指标的对比分析，SBR工艺改造为多级AO工艺，生化系统生物脱氮硝化功能明显增强。

(2)对主体工艺进行改造时，大部分情况下会影响厂区的正常生产，因此，提标改造工程的实施需要与区域污水调配或者与厂区的扩建相配合，为提标改造工程的实施创造条件。

(3)太湖流域内某污水处理厂将SBR工艺改造为多级AO工艺，深度处理工艺为高效沉淀池+反硝化滤池+接触消毒池，出水实际运行结果表明，处理出水满足《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中的相关标准。

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