提标改造工程设计案例：污水处理厂如何最大挖掘生物除磷效果

某污水处理厂一期设计规模为8×104m3/d，占地66 900 m2，服务面积约50 km2，采用Carrousel氧化沟工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级B标准。该厂于2007年正式运行，出水水质稳定。而随着城镇经济的发展和排水管网的完善，污水处理厂处理能力不足，需进行扩容。

且根据2012年北京市政策要求，污水处理厂出水标准执行《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）中的B标准，需进行提标改造。

污水处理厂各类设备腐蚀损坏严重，池内溶解氧不足，有沉泥现象。

运行中冬季进出水水质的CODCr、BOD5、氨氮及TN波动较大，进水水温约15 ℃，硝化、反硝化反应均受到抑制，生物除磷效果不佳，加药量较大造成污泥增多，外运费用增加。

提标改造工程设计

1、主要设计思路

基于有限的场地，根据要求的出水水质，确定各阶段污染物去除率，选用占地面积适宜、运行可靠的工艺，确定工程设计方案。针对现有的运行情况，分析出水指标的达标情况，确定主要关注的指标为CODCr、氨氮、TN及TP。

2、设计水量、水质

污水处理厂根据规划数据、人口指标法及占地用水量指标法测算，确定提标改造设计规模为18×104m3/d，远期为30×104m3/d。2013年—2014年该厂进水水量大于设计水量，日均值达到9.5×104m3/d，其中5月—8月日均进水量约10.8×104m3/d，处于超负荷运行状态。进水水质总体波动较大，其中CODCr（384~986 mg/L）、BOD5（124~520 mg/L）、SS（150~572 mg/L）及TP（6~14 mg/L）指标波动最为明显，氮素指标则相对平稳。

3、工艺选择

国内污水处理厂的提标改造工艺繁多，主流思路为3类：

（1）在二级生物处理段原位改造，增加污泥浓度，提高微生物活性，加强脱氮除磷效果，主要有MBBR工艺、MABR工艺等；

（2）增加后续深度处理环节，强化去除污染物，比如各类高效沉淀池、反硝化滤池、高级氧化及其变形组合工艺；

（3）应用MBR工艺，实现HRT和SRT的分离，提高污泥浓度并加强脱氮除磷,效果。

3种改造思路均有提标改造的实际案例，但单一应用某种方式，一般能稳定达到国标一级A排放标准，针对本项目的准IV类水排放标准，多应用多种方式串联的形式。3种类型的改造思路各有侧重，具体选择中工艺的主要限制因素为排放标准、占地面积和地区技术推广程度，导向因素则包括投资、运行费用、管理难度等。另外占地面积也是选择工艺的决定性因素之一。厂区现占地约53395 平, 用地面积远小于建设标准，且明确近期无可扩展用地，该因素直接限制了工艺选择的范围。一般MBR、MBBR、MABR等工艺处理市政污水，出水CODCr含量能达到30 mg/L左右。针对进水组分有一定比例的工业废水，进水CODCr波动较大的情况，设置紫外、臭氧催化联合氧化保证出水CODCr含量稳定低于30 mg/L，同时降低出水色度，提高再生水回用感官效果。

如图2所示，厂区右上为办公区，该区域不能利用，厂区实际工艺用地约45 000 m2。处理规模扩大至18×104m3/d，增容2.25倍，预处理需要按远期30×104m3/d水量考虑，同时兼顾改造期间不停水，对工艺的集约化和模块化有更高要求。主体工艺选择应用比较广泛的MBR工艺和MBBR工艺进行比较分析。

原氧化沟污泥质量浓度在3~4 g/L，总停留时间约16.5 h，通常MBR工艺运行良好时污泥质量浓度为8 g/L以上，按该数值核算，原氧化沟改造为MBR生物池需补充容积和停留时间。将南侧二沉池、紫外消毒拆除，建设好氧池、膜池和膜车间、深度处理等，组成UCT-MBR工艺。MBBR工艺为复合泥膜，污泥质量浓度按6 g/L计算，需补充建设二段缺氧、好氧生物池，组成五段Bardenpho+MBBR+双层矩形沉淀池+加砂混凝沉淀池。除原氧化沟外，其余可利用占地面积约12500m2。具体工艺比较如表2所示。

两种工艺在投资和运行成本上差别不大，占地面积及工艺集约化方面MBR均占优势。改造后的平面布置如图3所示。

工艺流程

污水处理工艺选用预处理+UCT-MBR+臭氧紫外联合氧化消毒。工艺流程如图4所示。

工艺设计

1）预处理预处理阶段设粗、细、超细3级格栅，格栅间隙分别为20、5、1 mm。保留原有的粗格栅和提升泵房，更换提升泵，使其规模达到10×104m3/d，另新建20×104m3/d的粗格栅和提升泵房。拆除原有效果不佳、占地过大的细格栅和旋流沉砂池，新增细格栅及曝气沉砂池2座，规模对应提升泵房。曝气沉砂池最大流量水平流速为0.1 m/s，对应停留时间为2.7 min。新建近期规模为18×104m3/d的膜格栅间，尺寸为31.8 m×21.95 m×8.1 m，使用转鼓式膜格栅，配套中压、高压冲洗泵进行阶段性清污，压力分别为0.8、15.0 MPa。

2） UCT生物池、膜池原氧化沟尺寸为120.75 m×113.7 m×5.9 m，改为UCT生物池的厌氧区、缺氧区和部分好氧区，设计规模为18×104m3/d，总停留时间为11.7 h，其中厌氧池、缺氧池、好氧池的停留时间分别为1.6、3.2、6.9 h。改造前氧化沟局部池体污泥沉淀形成死区，整体充氧效果欠佳。拆除原有表曝机及推流器，原有厌氧区不变，原有氧化沟区域增加、拆除或改造隔墙，形成5段缺氧和好氧区。厌氧、缺氧池增设潜水搅拌机，好氧池增设管式微孔曝气器2 600组，并设置3段回流系统，其中膜池至好氧池回流、好氧池至缺氧池回流均设置在新建生物池，缺氧池至厌氧池回流设置在改造生物池。具体改造分区如图5所示。

新建扩容部分的生物池尺寸为79.9 m×48.6 m×8.0 m，膜池和新建生物池合建，尺寸为67.5 m×48.6 m×5.0 m，膜车间新建于池顶。生物池污泥质量浓度为5 000~8 000 mg/L，污泥负荷为0.05 kg BOD5/(kg MLSS·d)。膜池停留时间为2.4 h，平均膜通量为15 L/(m2·h)，污泥质量浓度为8 000~12 000 mg/L，运行方式为过滤11 min，擦洗1 min。膜池至好氧池前端回流比为300%~600%，好氧池至缺氧池前端回流比为200%~400%，缺氧池末端混合液回流至厌氧池回流比为100%~200%。

3） 联合氧化消毒池MBR出水泵入联合氧化消毒池（含前臭氧接触池、封闭式紫外系统、后臭氧接触池及巴氏计量槽），按远期规模30×104m3/d设计，尺寸为37.5 m×24.2 m×7.50 m，池型为矩形，分为两个系列，每系列设1格前臭氧接触池和2格后臭氧接触池，设3段布气区，每段停留时间为10 min，臭氧投加量总计20 mg/L。紫外模块设置8套，远期增加4套，每套60只灯管。紫外系统前后两个臭氧投加量可以调节，臭氧发生器气源采用氧气源，臭氧系统设置纯钛金属曝气头440个，外径为150 mm，通气量为3 m3/h，氧利用率为18%~28%。配套建设供氧站，内设2套50 m3的液氧储罐、汽化器、减压装置和电加热装置。接触池出水经巴氏计量槽计量后可直接排至小中河，也可加余氯后进入回用水池。回用水池与联合氧化消毒池及巴氏计量槽合建。污水最终消毒后外排，部分水量补投次氯酸钠进行回用。

4、改造运行效果

项目于2018年开始稳定运行。2018年1月—2019年11月平均月进水量为382万t，进水水量较为平稳。进水水质波动较大，各项污染物均值对比2013年—2015年呈下降趋势，基本稳定在设计进水水质之内。实际出水各项污染物去指标均稳定达到设计出水水质标准。