1 工程概況

某污水處理廠現(xiàn)狀處理規(guī)模為16萬m3／d，分為南、北兩個廠區(qū)，其中南區(qū)處理能力為5萬m3／d，北區(qū)處理能力為11萬m3／d。污水處理采用“MSBR+微絮凝過濾”工藝，污水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，部分處理后尾水經(jīng)過中水處理設(shè)施，用于周邊地區(qū)中水回用，中水生產(chǎn)規(guī)模為4萬m3／d。設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

根據(jù)該市排水專項規(guī)劃和環(huán)保部門對污水處理廠提出的新的水質(zhì)要求，對污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)擴(kuò)容，工程擴(kuò)建規(guī)模為4萬m3／d，擴(kuò)建后總規(guī)模達(dá)到20萬m3／d，出水水質(zhì)由一級A標(biāo)準(zhǔn)提升至“準(zhǔn)地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”（CODCr、氨氮、TP 執(zhí)行地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）。根據(jù)近年來進(jìn)水統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提標(biāo)擴(kuò)容工程設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)如表2所示。

該污水處理廠的處理污水以生活污水為主，進(jìn)水水質(zhì)濃度較高，水量波動較大。在高峰期時，總進(jìn)水量可達(dá)18萬m3／d，已超過現(xiàn)狀處理規(guī)模。原MSBR處理系統(tǒng)設(shè)計水量為16萬m3／d，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度為53mg／L、出水質(zhì)量濃度為5mg／L，本次提標(biāo)后，進(jìn)水質(zhì)量濃度提升至67mg／L、出水質(zhì)量濃度降至1.5mg／L。為了保證硝化反應(yīng)完全發(fā)生，需減少進(jìn)水量，延長硝化段停留時間。此外，進(jìn)水TN由70mg／L 提升至80mg／L，缺氧區(qū)容積也無法滿足，需要延長反硝化停留時間。經(jīng)核算，本次提標(biāo)擴(kuò)容工程實施后，現(xiàn)有MSBR處理系統(tǒng)僅能保證12萬m3／d 的處理能力。南區(qū)由5萬m3／d減量至4萬m3／d，北區(qū)由11萬m3／d減量至8萬m3／d。受到場地限制以及不能停產(chǎn)的實際情況，本工程難以在現(xiàn)有MSBR池內(nèi)部進(jìn)行改造，因此，利用北側(cè)廠區(qū)原有預(yù)留用地，同時拆除原中間沉淀池，新建1條8萬m3／d的生物處理線。

2 提標(biāo)擴(kuò)容工藝設(shè)計

2.1 工藝選擇

本工程已建污水處理采用MSBR工藝，屬于活性污泥法集約化池型的一種。本次提標(biāo)擴(kuò)建工程由于受到現(xiàn)狀場地的限制，既要對已建工程進(jìn)行提標(biāo)改造，同時還要進(jìn)行擴(kuò)建，使處理總規(guī)模達(dá)到20萬m3／d。在現(xiàn)有用地范圍內(nèi)采用傳統(tǒng)活性污泥法乃至集約化一體化的活性污泥法很難滿足處理要求，必須采用更為省地節(jié)地的工藝。

如表3 所示，MBR工藝是一種由膜分離技術(shù)與生物處理技術(shù)相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，具有占地面積小、生化效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域，可以有效處理多種污水，如工業(yè)廢水、生活污水、養(yǎng)殖污水、醫(yī)院污水等。因受用地的限制，本工程污水處理工藝擬新增高效節(jié)地的MBR 處理工藝，同時解決提標(biāo)和擴(kuò)建要求。從系統(tǒng)性改造角度出發(fā)，提出了“原廠減量+擴(kuò)建MBR”工藝，擬采用對現(xiàn)有設(shè)施減量和新建MBR工藝的方法，實現(xiàn)提標(biāo)擴(kuò)容目標(biāo)。

2.2 水量分配

遵循提標(biāo)擴(kuò)建工程實施時，盡可能不影響現(xiàn)有設(shè)施正常運(yùn)行的原則，改造工程基本沿用現(xiàn)有的處理構(gòu)筑物，維持平面布局現(xiàn)狀。根據(jù)最新的設(shè)計水質(zhì)，本工程對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行復(fù)核?，F(xiàn)有16萬m3／d處理規(guī)模的MSBR 系統(tǒng)減量至12萬m3／d以滿足氨氮、TN的達(dá)標(biāo)要求，生物處理后增加混凝沉淀，提升現(xiàn)有深度處理設(shè)施處理能力，確保CODCr、TP、SS等指標(biāo)的達(dá)標(biāo)。因用地有限、出水標(biāo)準(zhǔn)較高，混凝沉淀采用占地少、處理效率高的磁混凝沉淀形式。同時，本項目在現(xiàn)有用地上新建1條8萬m3／d的MBR膜處理線。水量分配如圖1所示，污水處理工藝流程如圖2 所示。

南區(qū)污水處理規(guī)模減量后為4萬m3／d，是一套獨(dú)立的處理系統(tǒng)，基本利用已建污水處理構(gòu)筑物。城市污水收集后進(jìn)入進(jìn)水泵房（粗格柵與進(jìn)水泵房合建），通過泵房前端設(shè)置的粗格柵去除污水中的較大漂浮物，再經(jīng)進(jìn)水泵提升進(jìn)入細(xì)格柵井和沉砂池，以去除較小的漂浮物、油脂和砂粒。沉砂池出水流入初沉池，去除部分污染物后進(jìn)入生物反應(yīng)池進(jìn)行處理，經(jīng)MSBR反應(yīng)池處理后，通過管道送至北區(qū)，與北區(qū)MSBR處理線混合，再經(jīng)深度處理工藝后消毒排放。

北區(qū)污水處理規(guī)模為16萬m3／d，首先經(jīng)過預(yù)處理單元的粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池，然后進(jìn)入新建初沉池處理后的污水，8萬m3／d 進(jìn)入MSBR處理線，出水與南區(qū)MSBR處理線出水混合后，再經(jīng)混凝沉淀、臭氧氧化、過濾工藝后消毒排放；另外8萬m3／d進(jìn)入新建MBR 處理線，經(jīng)AAO反應(yīng)池及膜反應(yīng)池的出水加氯消毒處理后排入水體。

工程實施后，污水處理廠仍然分為南、北兩個區(qū)域。南側(cè)區(qū)處理流程全部利用已建構(gòu)筑物，無需新建設(shè)施。北側(cè)區(qū)處理流程基本利用已建構(gòu)筑物，同時需拆除并新建部分構(gòu)筑物，拆除及新建構(gòu)筑物單元主要涉及預(yù)處理單元、生物處理單元和深度處理單元。

根據(jù)工藝路線，各處理段進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)如表4所示。平面布置如圖3所示。

2.3 主要新建構(gòu)筑物參數(shù)設(shè)計

2.3.1 預(yù)處理單元

南側(cè)區(qū)預(yù)處理減量運(yùn)行，已建構(gòu)筑物能夠滿足提標(biāo)后的處理要求，無需新增設(shè)備設(shè)施。北側(cè)區(qū)擴(kuò)容提標(biāo)后的處理能力為16萬m3／d，因此，需新增1座5萬m3／d的粗格柵及進(jìn)水泵房和細(xì)格柵及曝氣沉砂池；同時，為了加大無機(jī)懸浮顆粒、部分顆粒性BOD5及少量TP的去除，拆除原A段曝氣池，新建1座16萬m3／d初沉池。

2.3.2 生物處理單元

南側(cè)區(qū)已建生物處理MSBR反應(yīng)池減量至4萬m3／d，仍然沿用現(xiàn)有構(gòu)筑物。北側(cè)區(qū)已建生物處理MSBR反應(yīng)池減量至8萬m3／d，在原初沉池用地新增1條獨(dú)立的MBR系統(tǒng)處理線，設(shè)計規(guī)模為8萬m3／d，新增構(gòu)筑物包括1座AAOA生物反應(yīng)池、1座MBR膜反應(yīng)池及設(shè)備間、1座鼓風(fēng)機(jī)房及變電所。經(jīng)北區(qū)初沉池的出水，一部分進(jìn)入MBR膜處理線處理，處理后尾水經(jīng)產(chǎn)水泵抽吸后接入已建加氯接觸池消毒。

（1）AAOA生物反應(yīng)池

AAOA 生物反應(yīng)池采用1座2池，有效水深為9m，總有效容積為61667m3，總停留時間為18.5h。反應(yīng)池由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)組成，主要去除污水中的有機(jī)污染物及氮、磷等污染物。生物反應(yīng)池同時配套超細(xì)格柵、雙曲面攪拌器、混合液回流泵和微孔曝氣管等設(shè)備。主要設(shè)計參數(shù)如下：設(shè)計規(guī)模為8萬m3／d，總停留時間為18.5h，有效水深為9m，厭氧區(qū)停留時間為1.5h，缺氧區(qū)停留時間為10.5h，好氧區(qū)停留時間為6.5h，污泥質(zhì)量濃度為6～8g／L，污泥產(chǎn)率為0.60kg DS／（kgBOD5），剩余污泥量為10080kg／d，氣水比為6.8∶1，污泥回流比為400%～500%，好氧至缺氧混合液回流為300%～400%，缺氧至厭氧混合液回流為100%～200%。

（2）MBR膜池

MBR膜池是工藝的核心部分，主要為浸沒式膜組件。膜組件通過機(jī)械篩分、截流等作用對廢水和污泥混合液進(jìn)行固液分離。大分子物質(zhì)等被濃縮后返回生物反應(yīng)器，從而避免了微生物的流失。生物處理系統(tǒng)和膜分離組件的有機(jī)組合，不僅提高了系統(tǒng)的出水水質(zhì)和運(yùn)行的穩(wěn)定程度，還延長了難降解大分子物質(zhì)在生物反應(yīng)器中的水力停留時間，加強(qiáng)了系統(tǒng)對難降解物質(zhì)的去除效果。

生物池經(jīng)過最終的好氧出水后，進(jìn)入MBR膜池，通過膜豐富的生物相、高污泥濃度以及膜的綜合作用，使污水得到進(jìn)一步的凈化，通過MBR膜池工藝的處理過程，BOD5、CODCr、氨氮、TN、TP進(jìn)一步降解，并最終達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。

MBR 膜池設(shè)備為性能包設(shè)備，配套設(shè)備包括產(chǎn)水泵、膜鼓風(fēng)機(jī)、清洗加藥裝置等系統(tǒng)。主要設(shè)計參數(shù)如下：設(shè)計規(guī)模為8萬m3／d，峰值系數(shù)為1.3，停留時間為1.5h，峰值膜通量為15L／（m2·h），污泥質(zhì)量濃度為10g/L，氣水比為10∶1。

2.3.3 深度處理單元

北側(cè)區(qū)已建深度處理設(shè)施減量至12萬m3／d，用于南側(cè)區(qū)和北側(cè)區(qū)MSBR處理線的深度處理，在砂濾池前增加1座磁混凝沉淀池、1座臭氧接觸池和1座臭氧發(fā)生器間，完善深度處理工序，提高達(dá)標(biāo)保障率。

在磁混凝沉淀池前增設(shè)中間提升泵房，與磁混凝沉淀池合建，對污水進(jìn)行一步提升，以防止后續(xù)設(shè)施埋深過大。設(shè)計規(guī)模為12萬m3／d，采用1座3組，混凝池停留時間為3min，絮凝池停留時間為6.5min，沉淀池停留時間為23.5min，沉淀池表面負(fù)荷為18.5m3／（m2·h）。提升泵房采用4臺潛水軸流泵，單泵流量為2 167m3／h，揚(yáng)程為2.5m。

臭氧接觸池主要是將臭氧送入污水中，氧化去除一部分難去除的CODCr、脫去水中的色度、同步消毒等。設(shè)計規(guī)模為12萬m3／d，停留時間為30min，臭氧投加質(zhì)量濃度為10mg／L。

3 運(yùn)行成本及效果

本工程總投資約為4.8億元，單位處理成本為2.06元／m3，單位經(jīng)營成本約為1.35元／m3。目前，該廠已投入運(yùn)行，并已穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該工程的實施既解決了現(xiàn)有污水處理廠超負(fù)荷運(yùn)行的問題，又確保了河道生態(tài)補(bǔ)水、污水熱源及綠化灌溉等方面用水的需要。

4 小結(jié)

某污水處理廠采用“原廠減量+擴(kuò)建MBR”工藝，設(shè)計規(guī)模在原有16萬m3／d 的基礎(chǔ)上，新增4萬m3／d處理量，出水一部分排入水體，一部分作為中水回用。該項目在不新增用地的情況下，采用“原廠減量+擴(kuò)建MBR”以及拆老建新的思路，使老廠實現(xiàn)了擴(kuò)容及提標(biāo)的目標(biāo)。該項目MBR工藝在實際運(yùn)行中運(yùn)行穩(wěn)定，為高磷、低溫生活污水的處理提供了參考。

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