摘要：山西某污水處理廠通過(guò)將原SBR+BAF+砂濾池工藝改造為ABM短時(shí)泥膜法[即AAO（活性污泥法）、BAF（曝氣生物濾池）和MDF（多功能深床濾池）組合工藝]污水處理工藝后，其設(shè)計(jì)規(guī)模從5000m3/d增加至10000m3/d，出水水質(zhì)主要指標(biāo)由《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B提高至地表Ⅴ類(lèi)。利用原構(gòu)筑物進(jìn)行改造，同時(shí)新建模塊化標(biāo)準(zhǔn)件廠房以增加污水處理廠產(chǎn)水量，縮短了施工周期。詳細(xì)介紹了該工程概況、原工藝存在的問(wèn)題、改造思路以及設(shè)計(jì)總結(jié)。
山西某污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容改造工程設(shè)計(jì)
山西某污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容改造工程設(shè)計(jì)
1工程概況
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠的排放標(biāo)準(zhǔn)提升至《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB18918-2002》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后，全國(guó)各地掀起一場(chǎng)污水處理廠提標(biāo)改造的浪潮。時(shí)至今日，國(guó)家對(duì)污水處理廠升級(jí)改造的力度以及效果，取得了良好的成效。隨即，北京、天津、四川省岷江、沱江流域等地區(qū)，相繼頒發(fā)了更為嚴(yán)格的地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，主要水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于一級(jí)A（即達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)）。于是，各地區(qū)紛紛效仿，要求污水處理廠提標(biāo)改造后水質(zhì)接近地表Ⅳ類(lèi)。
基于此，山西某污水處理廠因出水質(zhì)不穩(wěn)定而亟需改造。該污水處理廠一期于2009年投產(chǎn)使用，設(shè)計(jì)規(guī)模為5000m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，采用SBR池+BAF池+砂濾池為主要處理工藝。由于配套設(shè)施老化，BAF池與砂濾池工藝存在設(shè)計(jì)缺陷，后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)不善，導(dǎo)致部分工藝癱瘓，處理能力大大降低，實(shí)際出水水質(zhì)與水量均不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為了響應(yīng)政策和急需解決的難題，運(yùn)營(yíng)方和業(yè)主一致要求對(duì)整個(gè)廠區(qū)進(jìn)行改造及擴(kuò)建，要求利用現(xiàn)有構(gòu)筑物基礎(chǔ)上，改擴(kuò)建后處理能力穩(wěn)定達(dá)到10000m³/d，需要將原出水水質(zhì)由一級(jí)B出水提升至一級(jí)A，部分指標(biāo)達(dá)到地表Ⅴ類(lèi)（即COD≤40mg/L，氨氮≤2.0mg/L，總磷≤0.4mg/L，總氮≤15mg/L）。
2基礎(chǔ)資料分析
2.1進(jìn)廠污水水質(zhì)分析
污水處理廠原設(shè)計(jì)進(jìn)水主要為生活污水，建廠初期考慮的進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)設(shè)計(jì)為COD≤300mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤200mg/L，氨氮≤35mg/L，總磷≤5.0mg/L，總氮≤45mg/L。結(jié)合本工藝改造后的要求，其設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如下表1-1所示。
表1設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)單位：mg/L
2.2原工藝存在的問(wèn)題分析
污水處理廠原設(shè)計(jì)工藝路線為：巴氏計(jì)量槽——粗格柵/提升泵房——細(xì)格柵/沉砂池——水解酸化池/SBR池——中間水池——曝氣生物濾池——混凝沉淀池——砂濾池——接觸消毒池——巴氏計(jì)量槽——排放。
原工藝存在的主要問(wèn)題如下：
①原工藝中水解酸化池與SBR池污泥濃度很高，池底集泥嚴(yán)重，導(dǎo)致出水水量顯著減產(chǎn)。
②曝氣生物濾池布水布?xì)庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致濾料清洗不徹底使得濾料層嚴(yán)重板結(jié)，最終曝氣生物濾池完全堵塞。
③砂濾池也同樣存在濾料板結(jié)造成濾池堵塞的問(wèn)題，其主要原因是反洗配氣不均勻，穿孔配氣管存在堵塞。
④混凝沉淀池與貯泥池集泥嚴(yán)重，中心刮泥機(jī)幾乎不能運(yùn)作而癱瘓。
⑤廠區(qū)內(nèi)部分閥門(mén)、泵等設(shè)備老化，部分管路腐蝕嚴(yán)重漏水；污泥脫水設(shè)備老化癱瘓，嚴(yán)重影響廠區(qū)污泥脫水；消毒設(shè)備因運(yùn)營(yíng)維護(hù)不善，設(shè)備基本無(wú)法運(yùn)行。
3改造方案
3.1改造思路
本次改造設(shè)計(jì)規(guī)模為10000m3/d，需要提標(biāo)擴(kuò)容。針對(duì)污水處理廠現(xiàn)存的問(wèn)題，在滿足工藝要求的前提下，以盡可能利用原有構(gòu)筑物和減少占地面積為原則，對(duì)污水廠進(jìn)行技術(shù)改造，確保污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。
基于此，本工程確定采用深圳清泉開(kāi)發(fā)的ABM短時(shí)泥膜法污水處理工藝，將AAO（活性污泥法）和BAF（曝氣生物濾池）、MDF（多功能深床濾池）組成的生物膜法相結(jié)合。該工藝充分發(fā)揮了AAO活性污泥法同步脫氮除磷的優(yōu)勢(shì)和生物膜法脫氮效率高的優(yōu)勢(shì)，又避免了AAO工藝除磷與硝化泥齡及碳源的矛盾，解決了BAF工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的苛刻要求。根據(jù)深圳清泉多年項(xiàng)目實(shí)踐來(lái)看，該工藝出水穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)維護(hù)簡(jiǎn)單。
本工程主要改造思路為：將水解酸化池和SBR池改造為A2O池與側(cè)向流高效沉淀池；將中間水池改造分隔出一格廢水池，用于儲(chǔ)存濾池反沖洗廢水；對(duì)原有曝氣生物濾池與原砂濾池的布水布?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行改造；對(duì)絮凝沉淀池、污泥濃縮池、SBR池、中間池進(jìn)行淤泥清理，相應(yīng)設(shè)備檢修與測(cè)試；新增鋼結(jié)構(gòu)的曝氣生物濾池和多功能深床濾池標(biāo)準(zhǔn)件，與原有的曝氣生物濾池+混凝沉淀池+過(guò)濾池并聯(lián)運(yùn)行，使得總處理能力提升至10000m3/d。
另外，對(duì)現(xiàn)有工藝存在缺陷的設(shè)計(jì)進(jìn)行改造，并更換所有不滿足工藝運(yùn)行的設(shè)備。
3.2改造具體實(shí)施措施
根據(jù)本項(xiàng)目的具體情況，對(duì)原有工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了以下工藝改造方案，其工藝流程為:進(jìn)水——巴氏計(jì)量槽——粗格柵/提升泵房——細(xì)格柵/沉砂池——A2O池——側(cè)向流高效沉淀池——中間水池——原曝氣生物濾池/BAF模塊——原過(guò)濾池/MDF模塊——接觸消毒池——巴氏計(jì)量槽——排水。主要工藝流程圖和具體工藝流程見(jiàn)圖3-1所示：
圖1改造后工藝流程圖
①水解酸化池與SBR池改造
污水處理廠水解酸化池2組，SBR池共2組4格，將水解酸化池與SBR池改造為A2O與側(cè)向流高效沉淀池工藝。先將水解酸化池改造為厭氧池，在水解酸化池溢流墻增設(shè)調(diào)節(jié)堰。經(jīng)計(jì)算復(fù)核，在每格SBR池內(nèi)新增隔墻，分隔出缺氧池、好氧池、側(cè)向流高效沉淀池與儲(chǔ)泥池。改造后，A2O池2組厭氧池，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為2h，單組尺寸為14.6×5.6×5.4m；缺氧池4組，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為2h，單組尺寸為6.0×7.175×5.4m；好氧池4組，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為6h，單組尺寸為18.2×7.175×5.4m；側(cè)向流高效沉淀池4組，設(shè)計(jì)停留時(shí)間為25.0min，單組尺寸為8.6×5.0×5.4m；儲(chǔ)泥池2組，單組設(shè)計(jì)尺寸8.6×3.8×5.4m。
其中厭氧池更換兩臺(tái)2.5kW潛水?dāng)嚢铏C(jī)，每組新增一根DN250污泥回流管，污泥回流量控制在40%~80%，保證系統(tǒng)污泥濃度。缺氧池新增4臺(tái)2.5kW潛水?dāng)嚢铏C(jī)，每組新增一根DN150硝化液回流管，回流比控制在200%~300%，確�？偟コ�。好氧池采用旋流曝氣器進(jìn)行布?xì)�，每組共設(shè)置5根曝氣支管及其獨(dú)立的曝氣模塊，可實(shí)現(xiàn)好氧池不同區(qū)域曝氣量的控制。側(cè)向流高效沉淀池，是當(dāng)前最接近理想“淺層”理論的沉淀池，其采用人字形斜板側(cè)向進(jìn)水，有利于污水中顆粒沉降，固體負(fù)荷較斜板（斜管）沉淀池高。
②中間水池
中間水池一座4格，每格之間相互連通。全廠區(qū)內(nèi)沒(méi)有設(shè)置廢水池，原反洗水池設(shè)在接觸消毒池后端，均不符合工藝要求。對(duì)原中間水池進(jìn)行改造，其中3格為中間水池，1格為廢水池。此外，1格中間水池增設(shè)6臺(tái)水泵，3臺(tái)作為反沖洗水泵，另外3臺(tái)作為提升水泵；廢水池增設(shè)2臺(tái)潛水提升泵。將廢水池與中間水池的連通孔封堵，清理池底淤泥，并做好池底潛水提升泵的槽鋼基礎(chǔ)固定工作。改造后中間水池總有效容積為540m3，廢水池有效容積180m3。
③曝氣生物濾池（BAF）
本工程對(duì)原曝氣生物濾池進(jìn)行改造以及新增曝氣生物濾池模塊化標(biāo)準(zhǔn)件，采用一級(jí)曝氣生物濾池進(jìn)行氨氮的硝化，改造后確保原BAF池進(jìn)水量為設(shè)計(jì)流量的30%，新建BAF模塊進(jìn)水量為設(shè)計(jì)流量的70%。
根據(jù)污水廠工藝技術(shù)資料，原曝氣生物濾池分為2格，單格尺寸為7.0m×3.35m×5.0m，總有效過(guò)濾面積為46.9m2。由于原BAF池存在設(shè)計(jì)缺陷，新增2根DN100曝氣支管及其氣動(dòng)閥門(mén)，挖出濾料清理濾池底部污泥，拆除穿孔管曝氣器，將其更換為清泉公司專(zhuān)利產(chǎn)品多功能濾管（兼具有布水布?xì)庖约捌貧夤δ�，配水配氣穩(wěn)定，不存在堵塞等問(wèn)題）。改造后BAF池設(shè)計(jì)規(guī)模為3000m3/d，濾速為2.7m/h，濾料采用火山巖，粒徑為4-6mm，濾料層高為2.0m，停留時(shí)間為45min，硝化負(fù)荷為0.55（kgNH3-N）/（m3˙d），曝氣風(fēng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)為風(fēng)量4.51m3/min，風(fēng)壓0.7kgf/cm2，功率11kW，共3臺(tái)，2用1備。
新建一體化標(biāo)準(zhǔn)件廠房?jī)?nèi)設(shè)有BAF模塊化標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為7000m3/d，共設(shè)8格，單格尺寸為5×3×3m，單格過(guò)濾面積為15m2，濾速為2.4m/h，濾料采用火山巖，粒徑為4-6mm，濾料層高1.75m，硝化負(fù)荷為0.60（kgNH3-N）/（m3˙d），曝氣風(fēng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)為風(fēng)量3.77m3/min，風(fēng)壓0.5kgf/cm2，功率5.5kW，共9臺(tái)，8用1備。
BAF池反洗水泵技術(shù)參數(shù)為流量300m3/h，揚(yáng)程13m，功率18.5kW，共3臺(tái)，2用1備，其中2臺(tái)變頻控制；反洗風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)為風(fēng)量7.77m3/min，風(fēng)壓0.5kgf/cm2，功率11kW，共3臺(tái)，2用1備。
④多功能深床濾池（MDF）
將原砂濾池改造為MDF池后，與新增MDF模塊化標(biāo)準(zhǔn)件一起進(jìn)行污水的反硝化脫氮，同時(shí)進(jìn)一步微絮凝降低廢水中的TP和SS，從而保證污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。
根據(jù)現(xiàn)有資料，原砂濾池為2格，單格尺寸為5.0m×2.35m×5.0m，總有效過(guò)濾面積為23.5m2。由于原砂濾池存在濾料堵塞等問(wèn)題，導(dǎo)致其不能正常使用�，F(xiàn)挖除原濾料層，清除濾池底部淤泥，拆除原有穿孔管布?xì)獠妓b置后，在濾池底部新增配水配氣渠，采用多功能濾管代替穿孔管。另外，新增2根反沖洗進(jìn)水管及其氣動(dòng)閥門(mén)。改造后砂濾池設(shè)計(jì)規(guī)模為3000m3/d，濾速為5.3m/h，濾料采用石英砂，粒徑為2-4mm，濾料層高為2.0m，停留時(shí)間為22.5min，反硝化負(fù)荷為0.8（kgNO3-N）/（m3˙d）。
此外，新增6座MDF模塊化標(biāo)準(zhǔn)件于一體化標(biāo)準(zhǔn)件廠房，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為7000m3/d，單座尺寸為5×3×3m，單格過(guò)濾面積為15m2，濾速為5.1m/h，濾料采用石英砂，粒徑為2-4mm，濾料層高1.6m，停留時(shí)間為29.0min，反硝化負(fù)荷為0.76（kgNO3-N）/（m3˙d）。
多功能濾池反沖洗水泵和風(fēng)機(jī)與BAF池公用一套系統(tǒng)。
⑤其他部分改造
a、本工程屬于提標(biāo)擴(kuò)容項(xiàng)目，原進(jìn)出水計(jì)量槽需要重新設(shè)計(jì)建造，由原來(lái)5000m3/d提高為10000m3/d。
b、清理原混凝沉淀池與貯泥池池底淤泥，對(duì)中心刮泥機(jī)進(jìn)行檢修，更換潛水污泥泵。
c、更換污泥脫水機(jī)，檢修污泥傳送設(shè)備、加藥設(shè)備，更換清洗水泵、污泥泵，新增PAC、PAM計(jì)量泵。
d、更換消毒加藥裝置，清掃加藥間。
e、在模塊化標(biāo)準(zhǔn)件廠房?jī)?nèi)新增碳源投加裝置，用于MDF池碳源投加。
f、更換廠區(qū)內(nèi)已損壞的閥門(mén)、控制柜、液位計(jì)、流量計(jì)，檢修滿足工藝要求的水泵，格柵機(jī)等設(shè)備。
4設(shè)計(jì)總結(jié)
①本工程采用ABM短時(shí)泥膜法組合工藝進(jìn)行污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容改造，其設(shè)計(jì)規(guī)模由5000m3/d能夠提升至10000m3/d，出水水質(zhì)主要指標(biāo)從《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B提高至地表Ⅴ，即COD≤40mg/L，氨氮≤2.0mg/L，總磷≤0.4mg/L，總氮≤15mg/L。
②考慮到用地限制，深圳清泉在該污水處理廠原構(gòu)筑物基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝改造，通過(guò)校核水力負(fù)荷與容積負(fù)荷，確定改造后工藝的水力停留時(shí)間及其相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。
③AAO工藝好氧池采用旋流曝氣器進(jìn)行布?xì)猓扛窈醚醭毓苍O(shè)置5組曝氣模塊，通過(guò)控制好氧池末端曝氣量，一則可以合理分配氣量，二則能夠調(diào)整硝化液溶解氧濃度，具體數(shù)據(jù)尚需要實(shí)際調(diào)試進(jìn)行驗(yàn)證。
④原BAF池與砂濾池的改造，主要是針對(duì)底部配水配氣系統(tǒng)，新增配水配氣室，采用多功能濾管代替穿孔管布水布?xì)猓蚨喙δ転V管是一種中阻力配水大阻力配氣的裝置，布水布?xì)飧泳鶆颍瑫r(shí)還兼具曝氣功能，節(jié)省投資造價(jià)。
⑤深圳清泉的BAF與MDF模塊化標(biāo)準(zhǔn)件，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)高效組合，大大縮短施工周期，避免超前預(yù)留浪費(fèi)。
原標(biāo)題:山西某污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容改造工程設(shè)計(jì)
