山西省某污水处理厂提标改造工程实践

李和林， 陈凡阵

(天津市华博水务有限公司， 天津 300040)

作为水资源较为匮乏的省份，山西省近年来持续加强水污染防治工作，保护和改善水生态环境。2018年5月24日，山西省人民政府发布《山西省水污染防治2018年行动计划》，要求加强城镇生活污水处理厂污染治理，其中汾河、桑干河流域现有城镇污水处理厂需提高CODCr、NH3-N、TP这3项主要污染物的排放标准。为了进一步明确新的污染物排放要求，发布了《山西省污水综合排放标准》(DB 14/1928—2019)(以下简称新地标)。新地标要求生活污水排入Ⅱ～Ⅴ类水环境功能区时，CODCr、NH3-N、TP应达到生活污水水污染物排放限值要求。山西省某污水处理厂位于汾河流域中游，在提标改造要求范围内。

此外，随着地区经济社会的快速发展，很多污水处理厂的进水水质、水量也较设计之初有了较大变化，原有工艺已不能适应新的处理要求，开展有针对性的提标改造已成为区域内污水处理厂的必然选择。笔者以该污水处理厂提标改造工程为例，介绍了其工艺选择和实施情况，并对运行效果进行了分析与总结。

1 原工艺设计与运行状况

1.1 进出水水质

该污水处理厂分两期建设，于2010年8月全部建成投产。

污水处理厂设计规模为3×104m3/d，处理对象为区域内的城镇污水，设计进水水质见表1。

表1 设计进水水质Tab.1 Designed quality of influent

设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

1.2 原工艺流程

污水处理厂原设计主体流程采用“预处理+调节池+CASS生化反应池+二次提升+混凝沉淀+砂滤+消毒”工艺，污泥处理采用“浓缩+带式脱水”工艺。提标改造前的工艺流程如图1所示。

图1 提标改造前的工艺流程Fig.1 Flow chart before upgrading

1.3 实际运行状况

该污水处理厂的水量、水质较投入运行初期已有较大的变化。水量方面，受当地生活习惯影响，用水时间集中，集水区域西高东低且坡度较大，管网水量调节能力不足，导致污水量昼夜变化较大，对CASS工艺运行的稳定性造成较大冲击。水质方面，实际进水的多项指标高于原设计值，且波动较大。在水质相对稳定时，其现有工艺能将进水处理至满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，但工艺的抗冲击负荷能力较弱，面临较大的水质达标压力。

2 提标改造工程实施方案

2.1 提标改造要求

2.1.1 提标改造规模

该污水处理厂设计提标改造后的处理规模仍为3×104m3/d。

2.1.2 设计进出水水质

根据实际进水水质状况，并与当地主管部门充分沟通，确定提标改造的设计进水水质。设计出水中CODCr、NH3-N、TP指标按新排放要求执行，即执行新地标的相关要求，其余指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。提标改造工程设计的主要进、出水水质见表2。

表2 提标改造工程设计进、出水水质Tab.2 Design quality of influent and effluent after upgrading

2.2 提标改造基本条件

2.2.1 提标改造用地

提标改造不新增建设用地，通过使用厂内少量剩余空地以及拆除原有建构筑物来实施，施工用地紧张，作业面狭小。

2.2.2 提标过程中不能停运

根据要求，项目在提标改造期间仍需保证进厂污水的处理。因此，改造时必须选择分批实施改造，避免生产运行中断。尤其是生化反应池的改造，只能每次选择2组CASS池，分批次完成提标改造。分批改造虽可保障设施对进水的处理，但也给提标改造的施工组织和生产调度带来了极大困难。

2.2.3 有效施工期短

提标改造项目于2018年6月启动，2018年10月完成前期各项工作。提标改造施工要求在2019年8月底前完成，期间还包括冬季因素影响施工作业，因此工程的有效施工期短。

2.2.4 利用现有建构筑物

污水处理厂原有工艺设施较为完整，提标改造主要针对CODCr、NH3-N、TP。因此，需充分研究改造方案，尽可能保留利用原有建、构筑物，减少新建或改造工程量，在水质达标排放的前提下，合理降低工程造价，压缩提标改造时间。

2.3 工艺方案选择原则

① 工艺应满足提标改造进、出水水质的要求，且适应污水量变化和水质冲击负荷的影响。

② 具有较高的自动控制水平，安全性能高。

③ 投资少、耗能低、运行成本低，流程紧凑、占地少。

④ 便于管理、运行，劳动强度低。

⑤ 尽量利用现有设施，减少拆改。

⑥ 施工期间除临时管线切改外，不影响系统的正常运行。

2.4 工艺实施方案

通过详细复核各处理单元，结合提标要求和项目现状，确定提标改造方案如下：

① 由于外管网的改造，现有的粗格栅泵站不能满足新要求。拆除原粗格栅和泵站后新建，并新增1座调节池。

② 将8组CASS池改造为4组生化池，采用改良Bardenpho工艺。

③ 增加碳源溶药投加系统。

④ 加高中间提升泵站，增加缓冲容量。

⑤ 新建二次沉淀池。

⑥ 结合工艺改造需求，对鼓风机房进行改造。

⑦ 当地填埋要求污泥含水率达到60%，对污泥脱水车间进行相应改造。

提标改造工艺流程见图2。

2.4.1 预处理单元

因城市管网改造使进水管道埋深增加，提标改造对原粗格栅、提升泵站进行了拆除和改建。为减少进水量昼夜变化大对工艺运行的冲击，新增调节池1座，以均衡处理水量。调节池尺寸为50.0 m×20.4 m×4.8 m，有效水深为4.2 m，设置于提升泵站后，在池底铺设穿孔管，采用压缩空气搅拌。细格栅和旋流沉砂池不做调整。

图2 提标改造工艺流程Fig.2 Flow chart of the upgrading process

2.4.2 生化池改造

Bardenpho工艺具有较高的脱氮除磷效果，可高效利用进水有机物和外加碳源，完成反硝化脱氮，被越来越广泛地应用于城市污水处理厂提标改造中[1-2]。为了使除磷效果更为理想，在传统Bardenpho工艺缺氧段前增设厌氧池，将污泥回流至厌氧池以保证磷的释放，构成改良型Bardenpho工艺[3]。经综合分析对比，生化池改造主体采用改良型Bardenpho工艺，并在进水方式、功能区设置上进行优化。

现有的8组CASS池分2期建设，池体尺寸略有差别，1期4组CASS池每组尺寸为40.0 m×15.0 m×6.0 m，2期4组CASS池每组尺寸为44.0 m×15.0 m×6.0 m。具体措施如下：

① 拆除原CASS池选择区、缺氧区隔墙和滗水器等设施。原CASS池内的曝气设施可适当保留，将改造后的好氧区布置于原曝气区，并通过重新设置分隔墙，对原CASS池进行布置和连通，满足改良型Bardenpho工艺各反应区的功能要求。在2个缺氧池后端设置过渡段，过渡段内设置曝气设施和搅拌器，可根据水质或运行情况调整缺氧/好氧的停留时间。

② 为了提高脱氮效率和碳源利用效率，在好氧池末端设置脱气区，并在厌氧池前端分隔出预缺氧池。在脱气区设置回流泵，将少量混合液回流至预缺氧区，实现缺氧区池容和进水碳源的最大化利用[4]。

③ 分段进水生物脱氮工艺可以强化硝酸盐氮反硝化，提高对氮的去除率[5]。工艺中设置多个进水点位，并采用分段进水方式，将进水以6 ∶3 ∶1的比例分别进入厌氧区、预缺氧区、脱气区。

④ 在前好氧区末端设置回流泵，将混合液回流至前缺氧区。同时，在前缺氧区、后缺氧区分别设置碳源投加点，实现对TN的有效去除。

⑤ 提标改造后，原1期4组CASS池改造为2座改良Bardenpho生化池，每座尺寸为40.0 m×30.0 m×6.0 m；2期4组CASS池改造为2座改良Bardenpho生化池，每座尺寸为44.0 m×30.0 m×6.0 m。

⑥ 对于鼓风机房，经核算若将原鼓风系统直接用于新的工艺系统，能耗效益较差。提标改造中更换为3台磁悬浮鼓风机，2用1备。

生化池提标改造前后对比如图3所示。

图3 生化池提标改造前后对比Fig.3 Comparison before and after upgrading of biochemical tank

2.4.3 新建平流式二沉池

CASS工艺未单独设置固液分离设施，在改造生化池时，需新建二沉池以实现生化池所排出的泥水混合液的分离，完成上清液排放、污泥回流和剩余污泥排出。

拆除原厂内仓库并利用厂区空地，建设2座半地下式钢筋混凝土平流式二沉池，每座设2池。单座尺寸为44.4 m×19.5 m×4.2 m，设计表面负荷为1.0 m3/(m2·h)，每池设置1套非金属链条刮泥机。

2.4.4 加药设施

采用液体混凝除磷药剂，新建2个体积为30 m3的储药罐，药剂用罐车运送。药剂加入储药罐后，通过计量泵向混合池投加。将原加药间改造为碳源配制、投加车间，为生化池提供外加乙酸钠碳源。

2.4.5 中间提升泵站

原构筑物为地下式钢筋混凝土水池，用以实现二次提升，缓冲调节深度处理车间的进水流量。由于受原CASS工艺滗水器排水高程限制，中间提升泵站有效水深为3.0 m，调节能力较小。在原有中间提升泵站基础上进行2.0 m增高施工，改造后的尺寸为15.0 m×10.0 m×7.0 m，设置4台潜水提升泵，3用1备。提标改造不仅有助于增加缓冲调节容积，还可降低二次提升高程，减少能耗。

2.4.6 污泥脱水车间

为实现剩余污泥、沉淀化学污泥脱水，且含水率达到60%以下，更换原有的污泥脱水车间带式压滤脱水设备。采用2台液压隔膜压滤脱水机，并对配套加药、进泥设施进行改造。

3 工程实施效果

该污水处理厂提标改造工程于2018年10月开工，2019年8月工程竣工并进入试运行阶段。随后投入正式运行，提标改造后的污水处理厂其出水水质能够稳定达到新地标排放要求，如表3所示。

表3 提标改造后的出水水质Tab.3 Quality of effluent after upgrading and renovation mg·L-1

实践表明，CASS工艺可有效改造为改良Bardenpho工艺，在充分利用原有构筑物的情况下，通过合理的工艺设计和布置，既可节省工程建设占地和投资，又能实现改造后设施处理能力的提升，实现对CODCr、NH3-N、TN等污染物的高效去除，满足提标改造要求。

4 结论

① 提标改造项目实施后的运行效果表明，选用的工艺流程可行，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP等均达到了处理要求。

② 提标改造尽可能保留与利用了原有构建筑物，并在此基础上进行精细化的设计，从而在污水处理不中断的前提下，加快施工建设进度，减少工程建设总投资。

③ 改良型Bardenpho工艺对NH3-N、TN的去除效果良好，采用多点进水、预缺氧区、脱气区等设计也有助于提高碳源的利用效率，降低运行药剂成本。

④ 从总体上看，提标改造工程从工艺技术方案、工程实施到系统达标运行等多方面，都达到了提标改造的预期目标。