1 項目概況
西安市第四污水處理廠總占地面積為37.44hm2，服務面積約89km2。一期工程建設規(guī)模為25×104m3/d，二期工程建設規(guī)模為12.5×104m3/d，現(xiàn)有總處理規(guī)模37.5×104m3/d。原出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級B標準，其中一期工程2008年10月建成投入運行，2012年11月開始升級改造，2013年8月出水水質(zhì)穩(wěn)定達到一級A標準。
2 工程概況及改造路線
改造前一期工程工藝流程見圖1。
圖1 升級改造工程工藝流程
原工程存在的問題：（1）原細格柵間隙較大，生化池浮渣較多；（2）水廠出水SS較高；（3）厭氧、缺氧段HRT嚴重不足；（4）一期工程接受一期和二期工程全部的生產(chǎn)廢水，因此出水TP和NO3-N較高。在確保出水總氮達到一級B標準的前提下，生物除磷出水TP在2mg/L以上，只能靠化學除磷來彌補。
本次升級改造的技術(shù)路線：
（1）升級改造工程盡可能發(fā)揮現(xiàn)有構(gòu)筑物的處理能力，減少土建施工工程量，縮短工期，降低對水廠正常生產(chǎn)運行的影響。
（2）脫氮：a.缺氧段引進MBBR技術(shù)；b.通過延長缺氧HRT，進一步強化反硝化；c.強化二沉池反硝化作用。
（3）除磷：a.厭氧段引入MBBR技術(shù)；b.減少系統(tǒng)碳源流失；c.合理分配和深度挖掘可利用碳源；d.創(chuàng)造PAOs（聚磷菌）厭氧釋磷環(huán)境。
3 工程改造內(nèi)容
3.1 新增預處理和深度處理措施
（1）在初沉池后增加4臺3.5mm孔徑的回轉(zhuǎn)式網(wǎng)板超細格柵；
（2）深度處理增加5組濾布濾池，單個設備日處理量50000m3。
3.2 初沉池改造挖掘利用碳源
對初沉池排泥系統(tǒng)進行改造，使初沉池運行個數(shù)從設計的每組6個減少為每組3個，定期分時排泥，在保證泥砂等大顆粒沉淀的前提下盡可能減少碳源在初沉池的流失。同時建造初沉池底泥利用設施，為厭氧段釋磷提供了更多的碳源。
3.3 厭氧、缺氧區(qū)改造及引入MBBR技術(shù)
圖2 一期生化池改造
（1） 對來水的碳源進行合理的分配利用
在厭氧環(huán)境中，PAOs只能利用污水中易降解物質(zhì)，或經(jīng)過水解發(fā)酵后產(chǎn)生的VFA。釋磷速率與進水中易降解碳源，尤其是VFA的數(shù)量密切相關(guān)。反硝化菌對碳源的攝取種類比較廣譜，對VFA的爭奪能力大大強于PAOs。倒置A2/O工藝造成來水中VFA在缺氧段被反硝化菌大量消耗。將污水廠運行模式從倒置A2/O改為正置A2/O，來水全部進入?yún)捬醵�，使水中的碳源�?yōu)先用于厭氧段PAOs釋磷反應。
從好氧段劃分出1.6hHRT的區(qū)域?qū)⑷毖醵蜨RT從原來的2h延長為3.6h；好氧HRT從8h減少為6.4h。延長了缺氧HRT，充分利用系統(tǒng)內(nèi)碳源強化反硝化效果。系統(tǒng)新增缺氧雙曲攪拌器20臺，φ2500，N=5.5kW。
（2） 投加填料強化脫氮除磷
本工程為國內(nèi)首例MBBR(Moving BedBio-film Reactor)工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠生物池厭氧、缺氧段大規(guī)模應用的工程實例。在國外的污水處理行業(yè)雖有多年的應用經(jīng)驗，但國外普遍規(guī)模較小，無同等規(guī)模和池型的污水處理案例可供參考。厭氧、缺氧MBBR技術(shù)未大規(guī)模推廣的主要難點是實現(xiàn)填料的流化狀態(tài)困難，通過水力模型模擬計算，不同密度填料的組合、攪拌機功率位置的選擇、分層能量流場控制等措施解決了多項難題，實現(xiàn)了池內(nèi)良好的流化狀態(tài)。在厭氧、缺氧段都利用現(xiàn)有池型，采用無終點循環(huán)模式，無需復雜的填料回流設施。
3.4 強化二沉池反硝化作用
通過實際運行數(shù)據(jù)比較表明，終沉池泥位較高的情況下，底部泥層反硝化反應明顯。本工程生化池出水NO3-N濃度基本在13mg/L以下，此時利用二沉池僅僅底部泥層產(chǎn)生的反硝化氣量較少，只會有零星氣泡產(chǎn)生，污泥上浮量也在可接受范圍之內(nèi)，且后續(xù)有濾布濾池單元進行深度處理，因此無總出水SS超標的風險。一期二沉池深4.5m，當泥位接近1.5m的情況下外回流中的NO3-N濃度可比出水降低了5~10mg/L。這大大降低了外回流污泥中硝酸鹽對厭氧段釋磷的影響，因此維持二沉池泥位在1.5m左右有利于系統(tǒng)生物除磷（終沉池泥位不宜太高，容易發(fā)生跑泥現(xiàn)象）。此外好氧池末端DO需控制在1.5mg/L左右（改造前控制在2~4mg/L），DO太低會導致出水NH3-N超標，DO濃度太高影響終沉池反硝化效果，導致外回流NO3-N濃度升高。同時出水DO的控制大大降低了系統(tǒng)的曝氣量，起到了節(jié)能降耗的作用。
4 改造效果
圖3 一期主要污染物沿程濃度變化
表2 一期工程改造前后進出水水質(zhì)對比
5 工程總結(jié)
（1）本次升級改造工程通過工藝調(diào)整和工程措施對原水中的碳源進行充分的保護和利用，避免NO3-N對厭氧釋磷環(huán)境的破壞，最大限度地利用生物除磷，同時兼顧節(jié)能降耗，現(xiàn)出水穩(wěn)定達到一級A標準。較改造前每年節(jié)省化學除磷藥劑費900萬元，污泥處置費150萬元，噸水電費僅增加0.011元。
（2）通過增加超細格柵降低生物池浮渣量，出水SS經(jīng)過濾布濾池處理得到大大降低，出水可穩(wěn)定在7mg/L以下,低濃度SS也保證了出水TP維持在較低水平。
（3）該工程系厭氧、缺氧段MBBR技術(shù)在國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的首次大規(guī)模應用。該技術(shù)無需增加占地，為污水廠提標改造提供了全新的思路。
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