無錫市胡埭污水處理廠提標改造方案研究

吳曉波，雷文江，譚云鵬

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇 無錫 214072）

1 污水處理廠現狀與水質分析

1.1 污水處理廠現狀

無錫市濱湖區胡埭污水處理廠服務范圍內以生活污水為主。當地污水的特點是氮、磷偏高，有機物含量較低。胡埭污水處理廠目前污水處理規模為3×104m3/d，其中1 期運行0.7×104m3/d，2 期運行2.3×104m3/d[1]。目前該廠區1 期工程深度處理段為濾布濾池，但故障率較高；2 期工程為MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反應器）工藝，無進一步去除氮、磷的深度處理段。

目前對污水處理廠出水水質的CODCr（化學需氧量）、TN（總氮）、TP（總磷）提出了更高的要求，而現狀工藝無深度處理單元，因此難以滿足出水的水質要求。

1.2 現狀進水水質分析

1.2.1現狀進水水質涵蓋率分析

對胡埭污水處理廠近3 a 的實際進水水質進行分析，得到不同涵蓋率下的進水水質情況，如表1 所示。表中BOD5為5 日化學需氧量；SS 為水質中的懸浮物含量；NH3-N 為水（廢水）中氨氮含量。

由表1 可知，進水主要污染物濃度數值跨度較大，說明胡埭污水處理廠目前進水水質波動范圍較大，水質不夠穩定。

表1 胡埭污水處理廠不同涵蓋率下的實際進水水質 單位：mg/L

1.2.2原設計進水水質

胡埭污水處理廠原設計進水水質見表2。

表2 胡埭污水處理廠原設計進水水質 單位：mg/L

對比表1、表2 可知，胡埭污水處理廠原設計進水水質中SS、CODCr、TP 與實際進水水質偏差較大。當進水涵蓋率為95%時，CODCr濃度為299 mg/L；當進水涵蓋率為85%時，進水SS 和TP 濃度已分別達到497 mg/L、4.94 mg/L，遠超設計指標，因此需對CODCr、SS、TP 的設計值進行調整。

1.2.3原設計出水水質

胡埭污水處理廠原設計出水與實際出水水質見表3。

表3 胡埭污水處理廠原設計、實際出水水質 單位：mg/L

2018 年之前，胡埭污水處理廠經常受到偷排工業廢水沖擊，造成污水廠運行困難，部分指標已接近臨界值，因此在不增加處理規模的基礎上需要對工藝進行改進。

2 提標改造方案

2.1 提標改造設計要求

本次提標改造工程出水水質的主要污染物考核指標執行《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018）中一、二級保護區的排放標準[2]，其余指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準。根據進水水質和出水標準，提標改造工程主要污染物排放的進水水質與出水水質設計見表4。表4 中：括號外數值為水溫＞12 ℃時的控制指標，括號內數值為水溫≤12 ℃時的控制指標。

表4 設計進出水水質 單位：mg/L

2.2 深度處理工藝

根據改造要求，對于氮、磷指標的進一步提標，需要在各期生化處理后設置深度處理單元。新標準中出水TN 指標需達到10 mg/L 以下，TP 指標需達到0.3 mg/L 以下，去除率要求更高。而目前胡埭污水廠現有深度處理設施主要是濾布濾池，僅能在一定程度上過濾截留懸浮物，而對氮、磷指標的進一步削減無效果，需考慮增加更為有效的工藝措施。

2.2.1深度脫氮工藝

由于通過MBR（膜生物反應器）和CAST（循環式活性污泥法）得到的現狀出水水質均能滿足深床反硝化濾池與反硝化濾池的進水SS 要求，因此，綜合考慮投資成本及應用普遍性，本工程推薦使用技術較為成熟、應用更為廣泛的深床反硝化濾池。

2.2.2深度除磷工藝

鑒于氣浮工藝在污水廠運行的良好效果[3-4]，在當地某廠進行氣浮中試試驗，藥劑采用液態聚合氯化鋁PAC 和助凝劑聚丙烯酸胺PAM。試驗結果表明，當混凝劑PAC 投加量為5～10 mg/L，助凝劑PAM 投加量為0.1～0.2 mg/L 時，出水TP 數據集中在0.02～0.08 mg/L，回流比約5%。

根據中試結果可知，氣浮單元對總磷有更高的去除率，懸浮物去除徹底，出水水質更優，投加藥劑量較少，藥劑費用低。氣浮單元的水下設備較少，且無動力設備，設備維護較簡單，可以減輕污水廠工作強度。

綜合考慮占地面積、廠區的整體布置及試驗效果，采用氣浮工藝作為TP 深度處理的工藝。

2.2.3深度處理工藝方案確定

氣浮工藝對磷酸鹽的去除較為徹底，一般出水TP 指標均小于0.1 mg/L，而過低含量的磷酸鹽將成為影響反硝化濾池反硝化潛力的限制因素，影響脫氮能力的發揮。因此，使濾池進水保持適量濃度PO4-P 是維系缺氧生物膜微生物生長并確保反應器保持高效反硝化性能的必要條件。經氣浮池后出水溶氧會上升0.2～0.5 mg/L，也給反硝化濾池的缺氧環境帶來影響，增加碳源成本。在此考慮下，深度處理工藝將反硝化濾池置于混凝氣浮之前。

根據以上工藝比選、試驗，再考慮出水水質要求及投資成本，提標改造工程推薦工藝方案定為“現狀出水+反硝化濾池+混凝氣浮”，處理工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

3 優化方案設計

3.1 優化方案

通過全流程試驗及現狀運行狀況分析可知，胡埭污水處理廠設備以及工藝運行方式存在一定的優化空間，主要優化措施如下：

（1）通過全流程溶解氧測試可知，膜池出水溶解氧含量非常高，因此可以通過加大膜池到好氧池內的回流比例，并減少生化段供氣量來充分利用膜池DO（溶氧量）。

（2）根據現狀進水水質，目前所用離心風機風量過大、能耗較高，因此將現狀離心風機110 kW調整為37 kW羅茨風機，變頻控制。

（3）優化現狀設備、工藝運行控制調節，通過增加在線監測、過程控制和大數據分析等措施，對工藝、設備運行實現智能控制，為污染物去除提供良好的生物及化學條件，使污水處理系統發揮最大的生化反應潛力。

（4）現狀自控系統老化，需對老廠區自控系統進行改造。

（5）目前內回流比為100%，出水仍存在大量硝酸鹽，因此通過增加內回流比例來強化氮的去除。

通過以上優化措施，能夠進一步挖掘2 期處理能力，進一步提升出水水質，在夏季或進水水質較好條件下，能夠不經過深度處理即達到排放標準，深度處理設施僅處理1 期出水，從而減少運行組數。當進水水質較差或冬季時，2 期出水也進入深度處理段處理，深度處理組數全開。以上運行措施能夠有效降低藥劑投加費用、電耗，從而降低運行成本。

3.2 單體工藝設計

3.2.1綜合水池

將反洗水池與接觸消毒池合建為綜合水池，同時廢除1 期原有的消毒設施。設計規模3×104m3/d，平面尺寸為23.86 m×26.7 m，有效水深為3.2 m，設置2 臺反洗泵（Q=900 m3/h，H=11 m，N=45 kW）。

3.2.2反硝化濾池

新建反硝化濾池1 座，通過反硝化作用進一步去除2 級出水中的硝態氮，降低出水總氮，保證出水水質達標。濾池為半地下鋼筋混凝土構筑物，分4格，總體尺寸為28.32 m×23.7 m×5.0 m，單格過濾面積為56.3 m2，平均濾速為5.55 m/h，濾池水頭損失約為2～2.5 m。配有1 套反沖洗系統，采用氣水反沖洗模式進行反沖洗，反沖洗強度為氣洗92 m/h、水洗15 m/h，濾池濾料采用石英砂，厚度為1.83 m。其余設備包括2 臺反洗風機（Q=90 m3/min，P=68.6 kPa，N=150 kW）、2 個15 m3的碳源儲罐和2 臺碳源投加泵（Q=500 L/h，H=40 m，N=0.55 kW）。

3.2.3高速氣浮池

為保障出水TP 濃度達標，采用混凝氣浮工藝，進一步去除2 級出水的TP 含量。

本工程新建氣浮池1 座，平面尺寸為11.2 m×26.55 m。高速氣浮裝置(含配套核心設備)包括高效微氧化強溶溶氣裝置、微氣泡發生裝置、紊流裝置、絮凝紊流裝置、布水裝置及集水裝置。其余裝置包括3 臺回流水泵（Q=85 m3/h，H=68 m，N=30 kW）、2 套4 kW混凝攪拌器、2 套3 kW手電動進水閘板。

3.2.4反洗廢水池及提升泵池

反洗廢水池用于反硝化濾池反沖洗廢水及放空廢水排放與暫存污水?，F狀出水至反硝化濾池需泵提升，因此將提升泵池與反洗廢水池合建。有效容積3 000 m3，有效水深5 m，主要設備包括2 臺變頻潛水泵（Q=500 m3/h，H=16 m，N=37 kW）、4 臺攪拌器（N=3.75 kW）、3 臺變頻提升泵（Q=625 m3/h，H=14 m，N=37 kW）。

3.2.5加藥間

新建加藥間1 座，用于存放消毒劑、PAC（聚合氯化鋁）以及PAM（聚丙烯酰胺）等藥品，尺寸為7.2 m×18 m，主要設備包括10 m3次氯酸鈉儲藥罐1 臺、次氯酸鈉加藥泵2 臺（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；20 m3PAC 加藥罐1 臺、PAC 加藥泵3臺（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；10 m3PAM 加藥罐1 臺、PAM 加藥泵3 臺（Q=1 000 L/h，H=30 m，N=1.1 kW）。

3.2.6活性炭投加系統

新增活性炭投加系統1 套，主要用于進水水質嚴重波動時緊急投加活性炭，以保證出水達標。包括30 m3的活性炭儲倉、溶解裝置與配套空氣裝置各1 套。

3.2.7生物工藝智能控制系統

新增生物工藝智能控制系統1 套，主要用于現狀生物工藝的智能控制，實現運行管理精細化。主要包括智能硝化調控系統、智能反硝化調控系統、智能除磷調控系統和工藝參數數據挖掘系統4 個板塊。

3.2.8除臭設計

增設除臭系統，對新、老廠區部分單體進行除臭處理。除臭構筑物包括除臭系統一：粗格柵、提升泵房、細格柵、旋流沉砂池、反洗廢水池(新建)、膜格柵、曝氣沉砂池；除臭系統二：貯泥池、污泥脫水機房。除臭系統一主要收集粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池以及反洗廢水池的臭氣進行集中處理，處理風量為12 000 m3/h。除臭系統二主要收集污泥系統的臭氣進行處理，處理風量為2 000 m3/h。

4 運行效果

本次提標改造于2020 年12 月建成運行。2021年1～6 月平均運行水質見表5。

由表5 可知，經改造深度處理后，出水水質均有所提升，其中出水CODCr、TN、TP 濃度分別降低31.5%、44.9%和51.2%，且平均水質滿足一級A 標準，說明本次提標改造方案可行，應用效果良好。

表5 設計進出水水質處理程度表 單位：mg/L

5 結語

本項目于2020 年12 月18 日建成，改造工藝可靠，運行效果穩定，作為無錫市濱湖區、無錫市、乃至華東地區的污水處理示范工程，具有較為深遠的影響。本次改造工藝可供類似項目參考。