摘要：為改善片區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)片區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，根據(jù)政府治水提質(zhì)、流域水體達(dá)標(biāo)考核要求，使河道水質(zhì)提升至地表準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，廣東省深圳市某污水處理廠(chǎng)提標(biāo)改造采用“新建反硝化生物濾池+微砂沉淀池”的工藝方案，工程投運(yùn)后出水水質(zhì)穩(wěn)定且達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，其中NH3-N、TN、TP、SS平均削減率分別達(dá)到92.13%、58.69%、80.36%、80.26%，有效地改善了片區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量，為地表水治理和生態(tài)修復(fù)保護(hù)奠定了重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；污水處理工程；提標(biāo)改造；深度處理；出水水質(zhì)；達(dá)標(biāo)

廣東省深圳市某污水處理廠(chǎng)于2010年6月建成投產(chǎn)，污水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模40萬(wàn)m3/d，采用曝氣生物濾池（BAF）工藝，出水水質(zhì)要求達(dá)到國(guó)家城市污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)一步改善區(qū)域河道水質(zhì)，根據(jù)《廣東省水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《深圳市治水提質(zhì)工作計(jì)劃（2015-2020年）》對(duì)區(qū)域河流水體達(dá)標(biāo)考核要求，深圳市某污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了提標(biāo)改造，工程處理規(guī)模與原設(shè)計(jì)規(guī)模一致，即40萬(wàn)m3/d，污水處理工藝采用“原生物濾池改造+新建反硝化生物濾池+微砂沉淀池”的主工藝方案，出水水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）中的Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造工程于2018年底完成提標(biāo)改造建設(shè)及調(diào)試工作，經(jīng)過(guò)幾年的穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)已取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益。

1 污水處理工程現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 污水處理廠(chǎng)現(xiàn)狀

深圳市某污水處理廠(chǎng)的污水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模40萬(wàn)m3/d，污水處理采用BAF工藝，污水消毒采用紫外線(xiàn)消毒工藝，污泥經(jīng)機(jī)械濃縮脫水后（含水率≤80%）外運(yùn)處置?，F(xiàn)狀出水水質(zhì)執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 18918-2002中的一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

1.2 投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題

由于深圳市某污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水為河道進(jìn)水，因而在2018年以前進(jìn)出水水質(zhì)中的各項(xiàng)指標(biāo)濃度嚴(yán)重偏低，工藝運(yùn)行存在的問(wèn)題沒(méi)有完全暴露。隨著進(jìn)水管網(wǎng)的不斷完善，進(jìn)水濃度上升明顯，尤其是N、P指標(biāo)的上升，將深圳市某污水處理廠(chǎng)工藝存在的生化除磷差、濾池存在嚴(yán)重厭氧釋磷、DN和CN生物濾池阻力持續(xù)上升等系列設(shè)計(jì)和運(yùn)行的問(wèn)題逐步顯現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)出水部分指標(biāo)也開(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)定。再加上進(jìn)水TP過(guò)高及預(yù)處理水力負(fù)荷偏高，最終導(dǎo)致出水TP瞬時(shí)樣超標(biāo)的情況較多。

CN生物濾池系統(tǒng)水力負(fù)荷高，DN生物濾池過(guò)濾水頭不足，脫氮性能較差。在每年旱季進(jìn)水NH3-N濃度高（一般超過(guò)25mg/L）時(shí)，出水NH3-N就無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，C/N段水力負(fù)荷高制約了硝化液回流比的提高，且DN生物濾池系統(tǒng)預(yù)留水頭不足，反硝化效果一般，出水TN難以達(dá)標(biāo)。因此，深圳市某污水處理廠(chǎng)的各項(xiàng)出水指標(biāo)均存在不同程度的波動(dòng)，難以?xún)H僅通過(guò)原有的設(shè)計(jì)工藝運(yùn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)河道斷面地表準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)的水質(zhì)要求，需要對(duì)現(xiàn)有污水處理工藝進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)增加后續(xù)深度處理單元，以及綜合運(yùn)行與現(xiàn)狀出水情況，著重提高提標(biāo)工藝段的TN、TP、SS等的去除率[1]。BAF的DN生物濾池與CN生物濾池部分設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

2 提標(biāo)改造方案

2.1 提標(biāo)改造工藝方案選取原則

為實(shí)現(xiàn)污水處理廠(chǎng)高效穩(wěn)定運(yùn)行并達(dá)到節(jié)省工程投資、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的目的，針對(duì)目前提標(biāo)改造水質(zhì)要求，同時(shí)考慮現(xiàn)有場(chǎng)地內(nèi)無(wú)可用用地的情況，依據(jù)2項(xiàng)原則選擇污水處理工藝。一是最大程度減少提標(biāo)工程施工對(duì)已有建、構(gòu)筑物及管道的影響，避免造成停產(chǎn)；二是采用國(guó)內(nèi)外廣泛采用的先進(jìn)、高效、經(jīng)濟(jì)和成熟處理工藝。

2.2 深度處理工藝總體設(shè)計(jì)方案

2.2.1 預(yù)處理池的改造方案選擇

本次提標(biāo)改造為提高預(yù)處理效率，擬采用3項(xiàng)措施對(duì)預(yù)處理池進(jìn)行改造。一是新建單獨(dú)的濾池反沖洗水處理單元，降低斜管沉淀池處理水量及固體負(fù)荷；二是優(yōu)化運(yùn)行更換部分老化斜管，增設(shè)斜管沖洗設(shè)施，確保沉淀效果；三是更換階梯網(wǎng)板格柵為內(nèi)徑流網(wǎng)孔格柵，更換曝氣沉砂池老化曝氣管路，改造隔油池排渣管路并更換必要的氣浮設(shè)備，改造排泥管及部分初沉污泥泵，從而整體提升污泥泵提高預(yù)處理單元的整體性能。

2.2.2 濾池改造和深度處理單元方案選擇

提標(biāo)改造關(guān)鍵水質(zhì)控制指標(biāo)有NH3-N、TN、TP，本次提標(biāo)改造在確?，F(xiàn)有預(yù)處理、二級(jí)處理效果的基礎(chǔ)上，通過(guò)深度處理沉淀過(guò)濾工藝進(jìn)一步優(yōu)化這些指標(biāo)。濾池改造和深度處理單元方案通過(guò)改造現(xiàn)狀BAF的D/N與C/N段的比例，更換現(xiàn)有C/N段的濾料、改造曝氣系統(tǒng)，滿(mǎn)足出水NH3-N達(dá)標(biāo)；同時(shí)，為確保出水TN達(dá)標(biāo)，新增深度處理反硝化處理單元，確保TN降至15mg/L以?xún)?nèi)；新建深度處理單元，提升化學(xué)除磷處理效率，從而確保TP、SS指標(biāo)達(dá)標(biāo)。因此，通過(guò)實(shí)施濾池改造和深度處理單元方案后，深圳市某污水處理廠(chǎng)不但能很好地應(yīng)對(duì)進(jìn)水沖擊負(fù)荷，而且出水效果穩(wěn)定，更適合于該污水處理廠(chǎng)的運(yùn)行情況[2]。

2.3 出水水質(zhì)及提標(biāo)工藝流程

深圳市某污水處理廠(chǎng)出水水質(zhì)主要指標(biāo)需達(dá)到GB 3838-2002中的準(zhǔn)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，其中TN、SS等指標(biāo)需要達(dá)到GB 18918-2002中的一級(jí)A出水標(biāo)準(zhǔn)，其主要出水水質(zhì)如表3所示，提標(biāo)改造工藝流程如圖1所示。

3 提標(biāo)改造內(nèi)容及主要參數(shù)

3.1 細(xì)格柵及預(yù)處理池改造

細(xì)格柵去除污水中較大漂浮物，并攔截直徑大于6mm的固體物；預(yù)處理池集曝氣沉砂池、隔油池、斜管沉淀池一體，設(shè)計(jì)懸浮物去除率40％～60%，以降低濾池固體負(fù)荷。本次提標(biāo)改造，二級(jí)處理反沖洗廢水6～8萬(wàn)m3/d單獨(dú)處理，將8臺(tái)階梯格珊更換為網(wǎng)板格珊，更換沉砂池除砂泵4臺(tái)、16格斜管沉淀池斜管、初沉污泥泵，增加斜管沖洗設(shè)施。提標(biāo)改造完成后，斜管沉淀池從現(xiàn)狀表面負(fù)荷的高峰10.4m/h、平均6.9m/h提升到高峰9.0m/h、平均6.9m/h。

3.2 現(xiàn)有生物濾池改造

提高CN生物濾池硝化能力，將8格DN生物濾池改為CN生物濾池，濾料更換為高性能DN生物濾池濾料，增加曝氣風(fēng)機(jī)及曝氣管路系統(tǒng)，讓濾池可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，切換為缺氧或好氧；再增加DN生物濾池硝化液回流，將4座生物濾池共計(jì)48格的DN生物濾池濾料高度由4m降為3.5m，更換高性能濾料和濾頭、卵石承托層、曝氣設(shè)施等，并修復(fù)濾板。

生物濾池配水系統(tǒng)改造，在濾池配水井處增加中間提升泵，提高0.8m水頭，更換配水閘門(mén)，改造啟閉機(jī)安裝方式和設(shè)備高度；將DN生物濾池至CN生物濾池的出水管增加1路聯(lián)通干管及閥門(mén)，將布水方式由1對(duì)1布水調(diào)整為多對(duì)多布水。

3.3 增加生物濾池反沖洗廢水處理系統(tǒng)

深圳市某污水處理廠(chǎng)生物濾池反沖洗廢水，原設(shè)計(jì)接至細(xì)格柵及預(yù)處理池混凝沉淀處理，本次提標(biāo)改造后將其接入新建高效氣浮池，集混凝、絮凝和浮選于一體，去除污水中比重較輕的懸浮物和微生物菌落。提標(biāo)改造后的工藝用地省、構(gòu)建筑物簡(jiǎn)單，常用于各種生物濾池的反沖洗廢水的處理單元，雖然投資較高，但更適合于難沉降的含微生物絮體較多的水質(zhì)條件。氣浮池規(guī)模參照現(xiàn)狀反沖洗廢水量和現(xiàn)狀反沖洗廢水泵配置情況，設(shè)計(jì)規(guī)模6萬(wàn)m3/d，并按高峰規(guī)模8萬(wàn)m3/d復(fù)核，設(shè)計(jì)負(fù)荷為16.3m/h（高峰）。

3.4 新建中間提升泵房及反硝化生物濾池

中間提升泵將40萬(wàn)m3/d污水提升后進(jìn)行二次配水，20萬(wàn)m3/d污水直接進(jìn)入反硝化濾池，進(jìn)一步去除TN，確保出水TN達(dá)到﹤5mg/L的目標(biāo)，與剩余20萬(wàn)m3/d污水混合后進(jìn)入新建微砂沉淀池，確保40萬(wàn)m3/d污水混合后出水TN≤15mg/L。

反硝化濾池為降流式填充床后缺氧脫氮濾池，由濾池、輕質(zhì)新型濾料、反沖洗系統(tǒng)和自控控制系統(tǒng)等組成。濾池從頂部進(jìn)水，通過(guò)渠道進(jìn)行均勻布水，采用3mm左右的石英砂作為生物濾池的掛膜載體，從而實(shí)現(xiàn)較大生物膜量，最大可達(dá)50g/L。在保證碳源充足的條件下，出水TN濃度﹤5mg/L。同時(shí)，濾層深度較深，一般為1.83～2.44m，避免竄流或穿透現(xiàn)象，介質(zhì)有極好的抗堵塞能力，在1個(gè)反沖洗周期內(nèi)，過(guò)濾面積能保證截留大于7kg/m2的固體懸浮物。另外，由于固體物負(fù)荷高、床體深，需要高強(qiáng)度的反沖洗，因而反硝化深床濾池采用氣、水協(xié)同進(jìn)行反沖洗，反沖洗污水一般返回到前段生物處理單元，且反沖洗用水不超過(guò)處理水量的4%，通常lt;2%。

3.5 新建微砂沉淀池

通過(guò)實(shí)地項(xiàng)目調(diào)研考察，深圳市某污水處理廠(chǎng)污水深度處理需要采用40萬(wàn)m3/d規(guī)模較大的高效處理單元（如氣?。?，因此需采用高效沉淀系列工藝。根據(jù)總平面布置，本處理單元需布置在65m×40m的區(qū)域內(nèi)。由于采用普通高效沉淀池需8組16m直徑的沉淀單元，采用磁混凝沉淀池則需6格13m直徑的沉淀單元，因而這2種池型均無(wú)法布置在上述用地區(qū)域內(nèi)。深圳市某污水處理廠(chǎng)污水深度處理改造采用微砂混凝沉淀，進(jìn)一步去除CODCr、SS、TP，保證出水水質(zhì)。此外，新建反硝化濾池，反沖洗廢水經(jīng)氣浮池處理后進(jìn)入微砂沉淀池，剩余污泥上清液也進(jìn)入微砂沉淀池循環(huán)[3]。

4 提標(biāo)改造工程效益分析

4.1 削減污染物改善水質(zhì)

提標(biāo)改造完成后運(yùn)行以來(lái)，深圳市某污水處理廠(chǎng)的各項(xiàng)出水指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)要求，排入河道的CODCr、BOD5、NH3-N和TP大大削減，其中CODCr年均削減達(dá)32120t，對(duì)緩解區(qū)域河流水環(huán)境污染狀況有積極的促進(jìn)作用，對(duì)水環(huán)境保護(hù)的作用顯而易見(jiàn)[4]。

4.2 創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益

盡管污水處理工程建設(shè)并未直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，但實(shí)施污水處理項(xiàng)目卻能對(duì)河道流域的水質(zhì)保護(hù)有著廣泛的影響。深圳市某污水處理廠(chǎng)污水處理工程提標(biāo)改造，使區(qū)域內(nèi)的河道水環(huán)境治理邁向了專(zhuān)業(yè)化和低碳化的道路，發(fā)揮了污水集中處理的規(guī)模效益。據(jù)有關(guān)資料介紹，深圳市某污水處理廠(chǎng)污水處理工程提標(biāo)改造完成投入運(yùn)行后，污水集中處理一次性投資成本可降低60%左右，運(yùn)行費(fèi)用可減少30%左右，并且更加便于運(yùn)營(yíng)管理和實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)使市政污水處理和排污治理設(shè)施更加完善，不僅促進(jìn)了區(qū)域內(nèi)河流水環(huán)境質(zhì)量的提升，還讓區(qū)域內(nèi)的城市土地利用價(jià)值顯著提高。由此可見(jiàn)，深圳市某污水處理廠(chǎng)污水處理工程提標(biāo)改造具有巨大的間接和直接經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益[5]。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)對(duì)提標(biāo)改造工程建設(shè)的工藝進(jìn)行探究和運(yùn)行分析可知，深圳市某污水處理廠(chǎng)提標(biāo)改造工藝適用、經(jīng)濟(jì)、可靠，出水水質(zhì)穩(wěn)定，提標(biāo)改造新增單位處理成本為0.64元/m3，單位處理可變成本0.39元/m3，單位經(jīng)營(yíng)成本0.48元/m3。在對(duì)出水水質(zhì)分析中，CODCr、SS、TN、NH3-N、TP等穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，說(shuō)明提標(biāo)改造后的工藝完全兼容原有的曝氣生物濾池工藝，實(shí)際出水指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在日常運(yùn)營(yíng)調(diào)控中，可持續(xù)不斷地對(duì)運(yùn)行工藝進(jìn)行探索改良，加強(qiáng)對(duì)各段處理系統(tǒng)的沿程分析，以便更好地發(fā)揮各工藝單元的功能效應(yīng)，為工藝穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航，更好推動(dòng)城市保護(hù)環(huán)境工程的建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介

肖波（1986—），男，漢族，湖北十堰人，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榄h(huán)保工程市政污水處理、水環(huán)境治理和水生態(tài)。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-05-11