萬明輝

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

蕭山錢江污水處理廠一期工程于1997年建成運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)模為12×104m3/d，采用高效生物反應(yīng)器(HCR)[1]工藝，出水執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為12×104m3/d，于2005年投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2006年對(duì)原一期工程進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)規(guī)模調(diào)整為10×104m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

隨著蕭山城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，污水量迅速增加，目前一、二期工程已滿負(fù)荷運(yùn)行。為緩解蕭山錢江污水處理廠的運(yùn)行壓力，進(jìn)一步改善錢塘江水體環(huán)境，錢江污水處理廠出水水質(zhì)需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn))，因此，該污水廠的三期擴(kuò)建及一、二期提標(biāo)改造工程迫在眉睫。

1 污水廠現(xiàn)狀介紹

1.1 處理水量及進(jìn)出水水質(zhì)

一期工程原設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12×104m3/d，采用高效生物反應(yīng)器(HCR)工藝。二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為12×104m3/d，按照工業(yè)污水廠設(shè)計(jì)，采用“水解酸化+AAO”工藝，于2005年投入運(yùn)行。因一期工程實(shí)際進(jìn)水60%為印染化工工業(yè)廢水，進(jìn)水水質(zhì)污染物濃度高于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，2006年對(duì)一期工程實(shí)施工藝改造，其設(shè)計(jì)規(guī)模調(diào)整為10×104m3/d。

一、二期工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 原一、二期工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

注：括號(hào)內(nèi)為溫度≤12 ℃

2011年9月～2013年9月，一、二期工程實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)及達(dá)標(biāo)率如表2、表3所示。

表2 2011年9月～2013年9月進(jìn)水水質(zhì)

由表2、表3可知，一期工程出水CODCr、SS、NH3-N、TP都可以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)B的標(biāo)準(zhǔn)，但尚不能滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。因二期工程接納較多的高濃度工業(yè)廢水，進(jìn)水污染物濃度略高于一期，目前二期出水能滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18978—1996)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且部分指標(biāo)能滿足一級(jí)B的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 一、二期工程工藝流程

一期工程經(jīng)HCR工藝改造后，采用AAO載體流化床工藝，工藝流程如圖1所示。

二期工藝采取“水解酸化+倒置AAO”工藝。按進(jìn)水水質(zhì)不同，分多股進(jìn)入處理流程。高濃度或難降解工業(yè)廢水經(jīng)厭氧水解池預(yù)處理后與其他低濃度污水一道進(jìn)入初沉池及AAO生物反應(yīng)池處理。工藝流程如圖2所示。

圖1 原一期處理工藝流程(HCR改造后)Fig.1 Flow Chart of the First Phase Project(HCR Upgrading)

圖2 原二期處理工藝流程Fig.2 Flow Chart of the Second Phase Project

1.3 一、二期工程運(yùn)行狀況評(píng)述

一、二期工程經(jīng)過多年的運(yùn)行，進(jìn)水水質(zhì)水量與原設(shè)計(jì)值相比發(fā)生一定變化，出水標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)污水處理廠的管理要求越來越高，目前，在運(yùn)行過程中主要有如下幾方面的問題。

(1)一、二期工程經(jīng)常滿負(fù)荷運(yùn)行，出水水質(zhì)中NH3-N、TN偏高。

(2)二期進(jìn)水水質(zhì)中CODCr、NH3-N、SS等指標(biāo)較高，污泥量較多。二期脫水機(jī)房內(nèi)帶式濃縮脫水機(jī)處理效果差，且故障率高，已基本報(bào)廢。

(3)水解池設(shè)備故障多，不能正常實(shí)現(xiàn)水解酸化功能。

(4)二期反應(yīng)池曝氣管設(shè)備老化嚴(yán)重，破損多。

2 擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

根據(jù)蕭山區(qū)污水系統(tǒng)規(guī)劃和錢江污水廠近年實(shí)際處理水量進(jìn)行綜合分析預(yù)測，三期工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12×104m3/d。按照CODCr、BOD5、SS指標(biāo)85%保證率，NH3-N、TP指標(biāo)90%保證率，一、二期進(jìn)水水質(zhì)2011年9月～2013年9月統(tǒng)計(jì)如表4所示。

考慮近幾年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)及變化趨勢，同時(shí)適當(dāng)留有余地，確定擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。出水水質(zhì)執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表5所示。

表4 現(xiàn)狀工程實(shí)際進(jìn)水指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表5 擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

注：括號(hào)內(nèi)為溫度≤12 ℃

2.2 污水工藝方案

按照設(shè)計(jì)水質(zhì)，錢江污水處理廠提標(biāo)改造工程一期進(jìn)水BOD5/CODCr=0.33，二、三期進(jìn)水BOD5/CODCr=0.31，屬于可生化性污水，且隨著服務(wù)范圍內(nèi)工業(yè)廢水的減少、生活污水的增加，BOD5/CODcr還將進(jìn)一步增加。一期BOD5/TN=3.1，二期BOD5/TN=3.4，碳源基本滿足生物脫氮的要求。一期BOD5/TP=28，二期BOD5/TP=24.3，可采用生物除磷，因此本工程采用生物除磷脫氮工藝，同時(shí)深度處理再輔以化學(xué)除磷，確保TP達(dá)標(biāo)。

經(jīng)過綜合比選，考慮錢江污水處理廠一期、二期均采用AAO工藝，廠內(nèi)運(yùn)行維護(hù)人員有著豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。本期工程污水處理工藝采用運(yùn)行成本低、效果穩(wěn)定、大規(guī)模城市污水廠運(yùn)用最普遍的AAO工藝。在確立AAO主體工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的水質(zhì)特點(diǎn)，為應(yīng)對(duì)來水水質(zhì)的變化，三期擴(kuò)建新建生物反應(yīng)池采用多點(diǎn)進(jìn)水倒置AAO工藝的運(yùn)行模式。倒置AAO工藝回流污泥和混合液在缺氧池內(nèi)進(jìn)行反硝化，去除硝態(tài)氧，再進(jìn)入?yún)捬醵?，保證了厭氧池的厭氧狀態(tài)，強(qiáng)化了除磷效果。同時(shí)，由于污泥回流至缺氧段，缺氧段污泥濃度較高，單位池容的反硝化速率明顯提高，反硝化菌能夠充分利用進(jìn)水中的優(yōu)質(zhì)碳源，從而起到強(qiáng)化脫氮的效果[2]。

因蕭山地區(qū)冬季和夏季的水溫不同，硝化及反硝化速率均有較大差異，為適應(yīng)水溫的變化，在倒置AAO池內(nèi)設(shè)交替段，交替段內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢杵骱推貧馄鳌Ｏ募舅疁匾话阍?6 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于冬季水溫，為此，硝化及反硝化速率大大提高，可調(diào)整曝氣池的交替段運(yùn)行模式，即關(guān)閉交替段空氣管進(jìn)氣閥門，開啟潛水?dāng)嚢杵?，增加缺氧段，使反硝化反?yīng)更為徹底，降低出水總氮，避免二沉池出現(xiàn)污泥上浮。同時(shí)減少二沉池污泥回流量，回流比為60%左右，曝氣池混合液濃度控制在2.6 g/L左右，以節(jié)約能耗。

冬季水溫低，硝化菌比增長速率較低，則打開交替段空氣進(jìn)氣閥門，關(guān)閉潛水?dāng)嚢杵?，增加好氧段容積，延長污泥齡，以保證硝化菌的數(shù)量，從而保證硝化效果，二沉池污泥回流比為100%，曝氣池混合液濃度控制在3.5 g/L左右?？紤]到進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動(dòng)性，特殊情況下進(jìn)水可能存在碳源不足的情況，本工程考慮碳源應(yīng)急投加系統(tǒng)，以保證脫氮效果。

為了確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，單一生物脫氮除磷工藝難以滿足出水水質(zhì)要求，必須采用生物處理和深度處理相結(jié)合的方法[3]。根據(jù)現(xiàn)場用地條件，對(duì)沉淀、過濾、消毒工藝等進(jìn)行了綜合比選，本工程深度處理采用“高效沉淀池+濾布濾池”的工藝?，F(xiàn)狀液氯消毒有著危險(xiǎn)性高、易產(chǎn)生致癌致畸的三鹵甲烷(THMs)、影響出水pH等缺點(diǎn)，ClO2作為氯的替代消毒劑具有較好的消毒效果，不形成三鹵甲烷等有害物質(zhì)[4]。

2.3 污泥工藝方案

本次設(shè)計(jì)，一期污泥處理工藝維持不變。二、三期剩余污泥采用帶式濃縮脫水工藝，脫水后污泥含水率為80%；二、三期初沉污泥與全廠化學(xué)污泥采用“重力濃縮+板框脫水”工藝，脫水后污泥含水率為75%，送至廠內(nèi)焚燒站處理，以降低污泥處理處置費(fèi)用。

污水污泥處理工藝流程如圖3所示。

圖3 三期擴(kuò)建及提標(biāo)改造工藝流程Fig.3 Process Chart of the Third Phase Expansion and Upgrading Reconctruction

2.4 主要水處理工藝設(shè)計(jì)

2.4.1 一期提標(biāo)污水處理構(gòu)建筑物設(shè)計(jì)

新建3#缺氧池1座，有效水深為7 m，新增HRT=3.0 h；改造后，污水流程調(diào)整為：厭氧池→3#缺氧池→1#缺氧池→2#缺氧池，內(nèi)回流管線由1#缺氧池切改至3#缺氧池。調(diào)整原有曝氣池前端的好氧段為交替段，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)靈活調(diào)節(jié)缺氧段與曝氣段的比例。改造后，厭氧段為1.3 h，缺氧段為6.5 h，好氧段為11.3 h(含交替段1.5 h)，總停留時(shí)間為19.1 h，污泥濃度為4 g/L，總污泥負(fù)荷為0.044 kg BOD5/(kg MLSS·d)，污泥回流比為50%～100%，混合液回流比為100%～200%，計(jì)算氣水比為6.8∶1。

2.4.2 二期提標(biāo)污水處理構(gòu)建筑物設(shè)計(jì)

(1)初沉池配水井及污泥泵房

新建初沉池配水井及污泥泵房1座。輸送初沉污泥采用單螺桿泵，2臺(tái)(1用1備)。

(2)初沉池

新建輻流式沉淀池2座，內(nèi)徑為40.0 m，設(shè)計(jì)表面負(fù)荷為2.59 m3/(m2·h)，有效水深為4.0 m，停留時(shí)間為1.55 h，采用2套懸掛式中心傳動(dòng)刮泥機(jī)。

(3)厭缺氧池

原有水解池停留時(shí)間為5.7 h，將原水解池改造為厭缺氧池，厭氧段為1.5 h，缺氧段為4.2 h。

(4)生物反應(yīng)池

原曝氣池2座，停留時(shí)間為14.6 h，本工程對(duì)其改造，缺氧段為3.9 h，好氧段為10.7 h(含交替段1.5 h)。

厭缺氧池與生物反應(yīng)池組成新的AAO系統(tǒng)。總停留時(shí)間為20.3 h，厭氧段為1.5 h，缺氧段為8.1 h(4.2 h+3.9 h)，好氧段為10.7 h(含交替段1.5 h)，好氧泥齡為12.0 d，總污泥負(fù)荷為0.046 kg BOD5/(kg MLSS·d)，MLSS為3.5 g/L，氣水比為6.8∶1，混合液回流比為100%～200%，污泥回流比為50%～100%。

2.4.3 三期提標(biāo)污水處理構(gòu)建筑物設(shè)計(jì)

(1)粗格柵及進(jìn)水泵房

粗格柵及進(jìn)水泵房原為二期已建構(gòu)筑物，本次改造將其調(diào)至二、三期，泵后水位由原來的11.4 m調(diào)整為11.8 m。由于水泵揚(yáng)程的升高，現(xiàn)狀水泵的額定流量由1 065 m3/h降低至850 m3/h左右，故新增水泵的流量考慮現(xiàn)狀水泵流量的減少量，本工程新增加水泵4臺(tái)， 3用1備,新增加粗格柵2臺(tái)。

(2)細(xì)格柵及曝氣沉砂池

將原二期6×104m3/d的細(xì)格柵及旋流沉砂池拆除，新建細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模為24×104m3/d，匯總二、三期污水，起到統(tǒng)一均配水質(zhì)的功能，有效水深為3.0m，停留時(shí)間為5 min。

(3)初沉池配水井

初沉池配水井原為二期工程已建構(gòu)筑物，本工程調(diào)至三期。

(4)初沉池

初沉池原為二期工程已建構(gòu)筑物，本工程調(diào)至三期。

(5)生物反應(yīng)池

新建倒置AAO反應(yīng)池1座2池，每池可獨(dú)立運(yùn)行。好氧段為9.0 h(含交替區(qū)1.5 h)，厭氧段為1.5 h，缺氧段為7.9 h，有效水深為7.0 m，總停留時(shí)間為18.4 h，好氧泥齡為12.0d，污泥負(fù)荷為0.051 kg BOD5/(kg MLSS·d)，MLSS為3.5 g/L，氣水比為5.8∶1，混合液回流比為100%～200%，污泥回流比為50%～100%。

(6)二沉池配水井及污泥泵房

新建二沉池配水井及污泥泵房1座，外回流潛水軸流泵6臺(tái)(4用2備)，剩余污泥潛水離心泵3臺(tái)(2用1備)。

(7)二沉池

新建周進(jìn)周出輻流式沉淀池4座。直徑為42.0 m，表面負(fù)荷為1.17 m3/(m2·h)，有效水深為4.0 m，停留時(shí)間為3.4 h。采用4套全橋式中心傳動(dòng)刮吸泥機(jī)。

(8)中間提升泵房及高效沉淀池

中間提升泵房與高效沉淀池合建。新建1座8池，設(shè)計(jì)規(guī)模為34萬m3/d，有效水深為7.7 m，表面負(fù)荷為9.0 m3/(m2·h)，單池絮凝反應(yīng)區(qū)尺寸為6.0 m×6.0 m，單池沉淀區(qū)尺寸為16 m×16 m，混合時(shí)間為100 s，絮凝時(shí)間為10 min。當(dāng)二級(jí)生化出水水質(zhì)較好時(shí)，可超越高效沉淀池及濾布濾池進(jìn)入消毒池。

(9)濾布濾池

新建濾布濾池1座8池，設(shè)計(jì)規(guī)模為34萬m3/d。濾布濾池單套最大處理能力為5.53萬m3/d，N=15 kW。

(10)加氯間及加氯接觸池

新建1座，設(shè)計(jì)規(guī)模為34萬m3/d，有效水深為5.0 m，投加量為15 mg/L(以有效氯計(jì)算)，接觸時(shí)間為30 min，設(shè)置NaClO溶液(10%有效氯)儲(chǔ)存池1格，儲(chǔ)存池可存儲(chǔ)約7.0 d的NaClO溶液用量。

(11)鼓風(fēng)機(jī)房

新建1座，尺寸為34.92 m×21.26 m，高峰供氣量為484 m3/min，風(fēng)壓為8.0 m。5臺(tái)懸浮鼓風(fēng)機(jī)(4用1備)。

(12)加藥間

利用原二期已建加藥間，混凝劑PAC加藥量為30～50 mg/L，助凝劑聚丙烯酰胺PAM加藥量為1.0 mg/L，投加醋酸鈉(緊急情況下使用)30 mg/L。

2.4.4 污泥處理工藝設(shè)計(jì)

(4)三期配泥井

新增配泥井1座，用于二、三期剩余污泥及一、二、三期化學(xué)污泥的去污泥濃縮池的配泥。配泥井直徑為6 m，有效水深為4 m。

(5)三期污泥濃縮池

新增污泥濃縮池4座，單座直徑為20 m，池深為3.5 m，停留時(shí)間為22.85 h，固體負(fù)荷為 25.2 kg/(m2·d)。

(6)三期污泥濃縮脫水機(jī)房

新建1座，尺寸為39 m×27 m，內(nèi)設(shè)5臺(tái)隔膜壓濾機(jī)(4用1備)。每批次進(jìn)泥量為44.4～125 m3，每批次最大出料為7 m3，功率為24.75 kW。

3 出水水質(zhì)

錢江污水處理廠擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程自2016年下半年投入運(yùn)行以來，在滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行的情況下，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，2017年全年出水水質(zhì)匯總?cè)绫?所示。

表6 2017年錢江污水廠出水水質(zhì)

4 結(jié)語

本工程對(duì)原有構(gòu)筑物進(jìn)行了最大程度地利用、保留，經(jīng)擴(kuò)建及提標(biāo)改造后，全廠總規(guī)模為34×104m3/d，出水穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。污泥脫水后在廠內(nèi)進(jìn)行焚燒，實(shí)現(xiàn)了污泥的最終處理處置。設(shè)計(jì)過程中通過多種組合技術(shù)，將全廠電耗降至0.362 kW·h/ m3。此外，亦通過采用節(jié)地型工藝、構(gòu)筑物緊湊化布置，大大節(jié)約了土地。錢江污水處理廠擴(kuò)建及提標(biāo)改造工程的成功運(yùn)行為相似污水處理廠的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)提供了借鑒。

蕭山錢江污水處理廠擴(kuò)建及提標(biāo)改造完成后，

減輕了一、二期的生產(chǎn)運(yùn)行壓力，改善了錢塘江水環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)“五水共治”提供了有力支撐，提升了蕭山城市形象，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的可持續(xù)性發(fā)展。

[1]宋吉娜,張曉君,陸喜成.HCR工藝處理生活污水的影響因素研究[J].水處理技術(shù),2012，38(7):86-88.

[2]王彬.大型污水處理廠擴(kuò)建工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪,2016,33(5):126-130.

[3]張辰.城鎮(zhèn)污水處理廠升級(jí)改造工程要點(diǎn)[J].給水排水,2008,34(5):1-2.

[4]張念華,魯翌,汪亞洲,等.二氧化氯與氯聯(lián)合控制水中消毒副產(chǎn)物生成量[J].中國公共衛(wèi)生，2006，22(3):299-301.