生物滤池在某污水处理厂提标改造工程的应用

栾敬帅，黄申斌，张 欣,*

(1.上海市政工程设计研究总院〈集团〉有限公司，上海 200092；2.上海嘉定新城污水处理有限公司，上海 201800)

为响应国家、上海市和嘉定区的要求，该污水处理厂开展提标改造工作。该厂位于上海市嘉定区西北部，服务范围内有部分工业企业，即进入该厂的市政污水含有一定比例的工业废水。该污水处理厂设计规模为10万m3/d，原出水标准执行国家城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准，主体工艺采用“AAO+混凝沉淀+过滤”工艺，于2016年投入运行。

1 提标改造工艺路线

1.1 进水水质分析

表1 设计进水水质Tab.1 Designed Water Quality of the Influent

1.2 出水水质分析

对出水水质进行统计分析，针对国家城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准，各项指标均可完全达标。对照上海市地方排放标准要求，除了COD之外，其余各项指标的达标率均较低，分析结果如表2所示。

表2 出水实测数据Tab.2 Water Quality of the Effluent

注：括号内为<12 ℃时的排放值

1.3 工程难点

对进出水水质进行统计分析和建设条件分析，本项目设计和实施主要有以下几个工程难点：(1)进水水质波动大，出水水质要求高；(2)厂区周边已无征地条件，工程用地紧张；(3)工程实施期间需保证污水处理厂正常运行，不减量，不降质。

1.4 工艺方案确定

综合考虑设计进出水水质及现状达标率，由于进水水质浓度较高且不稳定，出水水质要求较高，需对各项指标的去除进行强化。对现状厂内已有设施进行复核计算，二级处理AAO生物反应池HRT=16.1 h，SRT=17.8 d，有机物去除和脱氮除磷能力仍存在不足，因此，需再增加深度处理设施。

图1 生物滤池工艺流程简图 (a)曝气生物滤池； (b)反硝化深床滤池。Fig.1 Process Flow Diagram of Biofilter (a)BAF； (b)Denitrification Deep Bed Biofilter

TP在常规二级生化处理过程中去除率有限，深度处理化学除磷是对出水达标排放的保障，且本次提标要求更为严格。因此，考虑在现状高效沉淀池内增加粉末活性炭投加措施，以增强无机磷的反应速率和有机磷的吸附去除率。同时，粉末活性炭进一步吸附去除污水中难降解有机物的浓度，通过后续反硝化深床滤池的过滤作用，可以保障出水SS稳定达标。提标改造工程工艺流程如图2所示。

图2 提标改造工程工艺流程图Fig.2 Process Flow Chart of Upgrading and Reconstruction Engineering

2 工程设计

2.1 曝气生物滤池设计

由于现场用地限制，曝气生物滤池采用组合集约化布置，将超细格栅、曝气生物滤池、反冲洗废水池、清水池及出水提升泵房和反冲洗风机房组合建设。

曝气生物滤池进水前设置2台孔径1 mm的内进流式网板格栅，防止污水中的纤维杂质进入滤池内部，减少滤池内部的过滤阻力，减少反冲洗次数，降低运行费用。从后期运行效果来看，尽管曝气生物滤池的进水为二级处理二沉池的出水，但水中的纤维杂质量仍不容小觑，因此，曝气生物滤池前端超细格栅的设置很有必要。

滤池底部通过滤板和滤头进行布水布气，单格滤池的进水管供常规进水和反冲洗进水公用，气管供常规曝气和反冲洗供气公用，通过阀门切换管路。滤池的曝气风机采用一对一形式，以增强每格滤池运行的稳定性、可靠性和可控性，风机气量为26 m3/min，风压为0.08 MPa，8用2备。反冲洗为逐格进行，因此，反冲洗系统风机公用，单台风机气量为75 m3/min，风压为0.085 MPa，2用1备。

反冲洗废水池主要作用为容纳生物滤池反冲洗废水，减少该部分废水对厂整体的水量冲击，废水池池容根据设计反冲洗强度和反冲洗时长进行计算，并取一定富余系数。废水池内设置搅拌器2台，防止废水中杂质沉积；设置排水泵3台，单台流量为500 m3/h，2用1备，运行中于每天污水处理厂进水低峰时排至进水端。清水池主要作用为反冲洗泵和出水提升泵的前池，保证水泵正常运行。反冲洗泵参数根据反冲洗强度计算，单台流量为500 m3/h，扬程为12 m，2用1备。

曝气生物滤池整体布置在满足上述各个功能的基础上，充分利用整体空间，8格滤池分为两排对称布置，中部空间上部设计为配水、废水渠道，下部设计为管廊；滤池右侧设置废水池和清水池，均为地下结构，上部设置为设备间和设备平台，总体布置如图3所示。

图3 曝气生物滤池平面布置图Fig.3 Layout of the BAF

2.2 深床滤池设计

用于系统反硝化深度处理的生物滤池为对已建的深床滤池进行改造，依然采用下向流，单池面积为92.27 m2，共8池，原仅考虑过滤作用使用。本次改造增加进水碳源投加系统，对滤料进行挂膜，使深床滤池兼具过滤和反硝化功能。

深床滤池采用石英砂滤料，粒径为1.7～3.35 mm，滤料厚度为1.83 m。空床滤速为5.64 m/h，高峰滤速为7.34 m/h，强制滤速为8.39 m/h。

2.3 高效沉淀池设计

高效沉淀池为已建，1池2组，絮凝区停留时间为16.2 min，沉淀区表面负荷为13.5 m3/(m2·h)。为强化絮体形成和有机磷去除，于絮凝区增加粉末活性炭投加点，根据设计初期相关试验结果，设计粉末活性炭最大投加量为80 mg/L。粉末活性炭采用料仓储存，经搅拌溶解后由计量泵精确控制投加。

2.4 不停产施工设计

本工程主要新建污水处理构筑物为曝气生物滤池，管道切改涉及进水和出水两处。为实现施工期间污水处理厂正常运行，待新建构筑物和新建管道完成后，短时停水于切改点处快速完成管道连通。同时，合理设置进出水闸门，实现灵活调配。

3 调试运行

3.1 单系统调试结果

图4 曝气生物滤池(a)和反硝化深床滤池(b)调试结果Fig.4 Test Results of BAF (a) and Denitrification Deep Bed Biofilter (b)

反硝化深床滤池于2018年4月初进行系统调试，气温为11～20 ℃，调试结果如下。调试第1 d基本未表现出反硝化效果，主要是因为未投加碳源，微生物均为新挂生物膜，内碳源的利用速率极低。以后几天投加碳源，在保证出水COD维持在30～40 mg/L的前提下，深床滤池逐步表现出反硝化能力，在进水TN≤17.0 mg/L时，均能保证出水TN在10 mg/L左右。

3.2 全厂运行结果

采用该污水处理厂调试4个月的进出水运行数据进行统计分析，进水水质波动如图5、表3所示。由图5、表3可知，进水水质较2016年有所改善，但各项指标仍明显高于典型市政污水处理厂的进水浓度。提标改造工程逐步调试投运后，全厂出水水质能够满足设计出水水质，稳定达标。

图5 进出水水质分析Fig.5 Water Quality Analysis of Influent and Effluent

表3 进水实测数据(2018.02—2018.06)Tab.3 Water Quality of the Influent (2018.02—2018.06)

4 经济分析

本工程总投资21 130.59万元，其中，第一部分投资为17 507.13万元。经测算，本项目污水处理提标改造增加单位处理成本为0.50元/(m3污水)，其中，单位处理可变成本为0.22元/(m3污水)。

5 结论

该污水处理厂提标改造工程在常规二级生化处理基础上采用后续“曝气生物滤池+高效沉淀池+深床滤池”的组合深度处理工艺，辅以投加粉末活性炭，同步强化生物处理及化学除磷，保证了出水水质稳定达到上海市地方排放标准(上海市环保局133号文)。设计中统筹考虑集约化布置，仅增加用地约2 700 m2，并实现工程实施过程中污水处理厂的正常运行。在全国污水处理厂厂网联动、提标改造，出水要求达到地表水环境质量准IV类的趋势下，本工程的成功实施具有一定的借鉴意义和参考价值。