梁聪 周先敏
（广西城乡规划设计院，广西南宁，530022）
摘要：随着国家对水环境要求的提高，各地相继发布了新的地方城镇污水处理厂污染物排放标准。以广西某市污水厂提标改造为例。通过对污水厂现状系统全面分析，在结合不停水、提标、扩容等多重需求下，将现状改良型三沟式氧化沟改造为A2/O工艺，后续增加二沉池、高效沉淀池及纤维转盘滤布滤池，确保出水标准由一级B提标为一级A，为同类型的污水厂提标改造提供参考
关键词:提标改造、改良型三沟式氧化沟、A2/O、高效沉淀池、不停水改造
1.背景
为了全面落实《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》（中发〔2015〕12号），切实加大全区水污染防治力度，保障水环境安全，广西颁布了《广西水污染防治行动计划工作方案》，要求2018年底前，全区设区市建成区污水处理设施需达到一级A排放标准。
广西某市污水厂2010年建成，污水处理规模达到6万m3/d，是该市城区唯一污水厂。污水处理厂采用改良型三沟式氧化沟作为主体处理工艺，经鼓风微孔曝气进行生化处理后，以紫外线消毒的方式对尾水进行处理后排放，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。现为响应全区水污染防治行动要求，需提标至一级A排放标准。
2.现状分析
2.1系统分析
1、水量分析
根据污水处理厂提供的两年的生产数据，污水处理厂进水水量较均匀，在5.5~7.4万m3/d之间波动，80%、90%保证率进水流量分别为6.7万m3/d和7.2万m3/d，污水处理厂已满负荷并适度超负荷运行。
2、水质分析
下表为连续两年污水厂进出水水质指标统计表。从进水水质看，进水除TN、NH3-N和TP指标接近设计指标外，COD、BOD5和SS等数据相对都较低。主要是污水收集系统问题，这里不在赘述。但是这导致了进厂污水的BOD5/TN比值仅为1.5~2.5，属于碳源不足的进水水质，不利于反硝化作用的开展。
从出水水质看，出水能保证到达一级B标准。其中COD、NH3-N也能满足一级A标准的要求。BOD5、TN大部分时间也能达到一级A标准，但是出水不稳定，时有超标，但是超标不多。而TP、SS距离稳定达到一级A标准还有一定差距。
表1 现状进出水水质指标表
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综合以上系统分析，结合污水厂实际需求明确本次提标改造的主要目标如下：①、该污水厂是市区唯一污水厂，改造时不能停水。②、强化二级生物处理工艺的总氮、有机物处理能力及稳定性，同时能应对提质增效管网改造后，污水浓度提高后的冲击负荷。③、增加工艺的除磷及除SS的能力。④、污水厂已经满负荷运行，因此在满足提标的基础上，增强污水厂处理能力。
2.2现状生产工艺分析
1、原工艺流程
污水处理厂现状污水处理工艺流程图如下：
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图1 现状污水处理工艺流程图
原工艺以改良型三沟式氧化沟为主体。现有两组相同的改良型三沟式氧化沟处理构筑物，每组构筑物处理规模为3万m3/d，氧化沟内前段为厌氧区，厌氧区容积1982m3，水力停留时间1.59h，后段为三个容积相同的氧化沟，单个容积为6587m3，水力停留时间5.27h。
2、设计及运行中存在的问题
①、现状工艺流程没有二沉池，导致出水SS，TP偏高。
②、进水的BOD5/TN比值仅为1.5~2.5，属于碳源不足的进水水质，但是现场没有碳源补充设施，导致TN去除效果不佳。
③、经计算，现状氧化沟的池容、污泥负荷等参数是满足要求的。但改良型三沟式氧化沟运行管理复杂，对操作人员要求高，导致实际运行不能达到设计效果。
④、改良型三沟式氧化沟存在三个沟道内污泥浓度不平均，运行效果不稳定的问题。
3.工艺改造方案
3.1 工艺方案选择
本次升级改造提出两个对比方案进行分析。
1、方案一：A2/O（氧化沟改造）+二沉池+高效沉淀池+转盘滤布滤池
该方案主要是对现状改良型三沟式氧化沟进行改造，将其改为A2/O工艺，同时在A2/O后增加二沉池，提高生化处理效果，以满足BOD5、TN等污染物处理需求；难以通过生化去除的TP，SS则通过增加高效沉淀池+转盘滤池深度处理工艺满足处理需求。该方案的优点是传统的A2/O工艺是一种典型的除磷脱氮工艺，工艺成熟可靠，运行稳定，管理方便，国内外的运行实例很多，远期污水进水浓度提高后也能确保水质稳定达标。方案中的几种构筑物都是属于抗冲击负荷，设备少，运行维护方便的类型。同时原三沟式氧化沟运行时有一沟是做沉淀排水作用的。增加二沉池，原三沟式氧化沟改造为A2/O后，所有沟道均起到生化反应作用，脱氮及去除有机物能力大大提升，经计算，改造后处理能力可达到8~10万m3/d。而该方案的缺点是氧化沟改造是会对污水厂运行造成一定影响，同时方案新增构筑物多，占地面积大，投资费用高。
2、方案二：氧化沟（调试优化）+高效沉淀池+深床反硝化滤池
由于现状处理构筑物COD、NH3-N处理效果能满足一级A排放要求，BOD5、TN大部分时间也能达到一级A标准。同时现状BOD5、TN去除率并不高，还有提升空间。因此方案二对改良型三沟式氧化沟不进行改造，通过调试优化运行工况增强处理效果及稳定性，使BOD5、TN也达到一级A标准。此外将TP和SS作为深度处理主要目标，由高效沉淀池+深床反硝化滤池深度处理工艺去除，同时具有反硝化功能的深床滤池能确保TN稳定达标一级A标准。该方案的优点在于对现有处理设施基本没有影响，同时占地小，投资省。缺点是对远期提质增效管网改造后，污水浓度提高后的冲击负荷适应性差，也没有提升污水厂处理能力。同时三沟式氧化沟和深床反硝化滤池要求的控制系统相对复杂，运行维护管理要求高。
综合以上分析，两个方案都能满足现状污水厂提标一级A的要求。结合前文所述的本次提标改造工程的四个目标，方案一能满足目标②③④，而三沟式氧化沟改造成A2/O池，改动较小，虽然会对现状运行造成一定影响但基本不需要停水施工，也能基本满足目标①。而方案二能满足目标①③，目标②不一定能够稳定达到，目标④不能满足。以目标为导向综合考虑，虽然方案一占地大，投资略高，最终仍选择方案一作为本次提标改造工艺方案。
3.2改造设计
1、氧化沟改造为A2/O
现状为两组改良型三沟式氧化沟，单组设计规模3万m3/d，两组氧化沟改造方式一样，以下以一组氧化沟改造为例。
总体思路：一侧边沟（3#沟）改造为缺氧沟，另外两条沟（1#、2#沟）改造为好氧沟，前端厌氧沟不变。缺氧区采用循环推流完全混合式流态，边沟曝气沟采用推流方式流态。
具体改造方案为:①在3#沟内增设6台直径为2.5m推流器；②在1#沟A末端增加3台混合液回流泵，2用1备，混合液回流泵单台Q=1875m3/h，H=3.5m，N=37kw，最大回流比为300%。改造完成后，污水首先进入厌氧区，容积为1982m3，水力停留时间1.59h；厌氧区污水经进水阀进入3#沟，3#沟仅在推流器作用下推动水流循环流动，处于缺氧状态，完成反硝化作用，缺氧区容积为6587m3，水力停留时间5.27h；3#沟中的混合液经沟间的连接孔进入2#沟后再进入1#沟，1#沟和2#沟曝气器处于工作状态，沟内溶解氧充足完成硝化反应，两沟总容积9867m3，水力停留时间7.9h。当处理规模到达5万m3/d，缺氧区水力停留时间3.16h，好氧区水力停留时间4.74h，泥龄13.25d，能满足硝化反硝化需求。具体改造方式详氧化沟改造平面布置图。
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2、二沉池
氧化沟之后增加2座周进周出辐流沉淀池。设计单池直径38m，池边水深4.1m，表面水力负荷1.1m3/（m2·h），水力停留时间3.7h。两座沉淀池间设配水井、污泥泵房一座（合建），配水井、污泥泵房为内外两圈，内圈为配水井，配水井直径6m，污泥泵房直径14m，井深均为5.3m。污泥泵房设回流泵3台（2用1备），参数Q=1250m3/h，H=6m，N=40kw；设剩余污泥泵2台（1用1备），剩余污泥泵参数Q=60m3/h，H=7.5m，N=2.5kw。回流污泥根据生化池的污泥浓度控制回流量，剩余污泥泵与污泥浓缩脱水机协调运行。
3、高效沉淀池
本次提标改造设高效沉淀池一座，分两格，每格设计规模3.0万m3/d，高效沉淀池尺寸LxBxH=31.8x29.8m，设计参数为：混合反应区水力停留时间2min，絮凝反应区水力停留时间10min，混合池有效水深4.0m，絮凝池有效水深6.8m，斜管沉淀区上升流速9.7m/h ，斜管区面积340m2，沉淀池有效水深6.7m 。
4、转盘滤布滤池
设纤维转盘滤布滤池一座，设2条渠道，转盘滤布滤池尺寸LxBxH=19.9x16.4x（4.5+6）m，设计参数为：滤速8.07 m3/m2·h，滤盘直径3m ，滤盘数量2x12=24片，有效过滤面积309.6m2，反洗水量1~3%，反冲洗周期1h（视水质水量情况定）。
5、紫外线消毒渠和出水计量槽
本工程污水厂新增深度处理构筑物后现有紫外线消毒渠和出水计量槽平面位置、高程均不满足衔接需求，另外随排放标准提升，现有紫外线消毒剂量也不能满足消毒需求，需废弃。本次工程在新增深度处理构筑物后端新建消毒渠及出水计量槽。紫外线消毒渠尺寸LxBxH=17.2x5.8x3.5m，配套紫外线消毒模块1套（两渠），紫外线有效剂量不应小于20mws/cm2，有效消毒功率66kW。出水计量采用巴氏计量槽，结构尺寸LxBxH=18.5x2.2x2.8m，配套玻璃钢计量槽衬套1套。
6、加药间
根据深度处理工艺需要，设加药间一座，构筑物尺寸LxBxH=（18+13）x6.9x6.3m，用于投加PAC、PAM和乙酸钠。
为保证TP和SS的去除效果，在高效沉淀池混合区絮凝区投加絮凝药剂。化学除磷药剂采用10%浓度的液体PAC，按20mg/LPAC原液计。PAM投加量暂按1mg/L确定，PAC、PAM采用一体式自动投药装置投加。
由于进水BOD5/TN比值较低，加药间内设置碳源投加设备。当TN出水水质达不到一级A标准时，在二级生物处理池内投加乙酸钠作为碳源，用于强化生物脱氮。乙酸钠投加量暂按40mg/L确定，采用一体式自动配药机、螺杆泵投加。
PAC、PAM和乙酸钠实际投加量根据运行调试阶段试验数据确定。
7、不停水改造措施
随着国家对水环境要求的不断提高，污水排放要求日益严厉。污水厂提标改造面临的一大困难就是改造期间对现状污水处理效设施的影响问题。如果改造期间现有设施长时间无法有效运行，必然会造成施工期间大量污水直接排放或不达标排放，对水体环境造成极大破坏。因此设计工程方案时，必须将施工期间现状污水的处理考虑在内。以本工程为例，首先在工艺的选择上，选择对氧化沟改造影响较小的A2/O工艺。只需增加一些推流搅拌器和污泥回流泵，对原有土建结构基本不做改动，施工简单周期短。污泥回流泵选择轴流泵，井筒悬吊式安装，只要在池顶利用现有水池墙体安装钢梁，再安装轴流泵即可，无需停水排空水池。其次在施工组织上，先建设完成辐流二沉池、高效沉淀池、转盘滤布滤池、紫外线消毒渠、出水计量槽及相应配套管线后再分批对两组氧化沟进行改造。然后在运行管理方面，氧化沟改造可选择在往年来水量较低的时期进行改造。一组氧化沟改造时，可以先将全部污水引入另一组，而由于后续二沉池、深度处理设施已经建设完成，氧化沟无需考虑沉淀作用全部容积可作为生化反应使用，短期内可确保处理水质达标。一组氧化沟改造完后切换进出水，另一组继续改造。通过工艺选择，施工组织及运行管理各方面实现改造期间污水设施不停水，确保污水处理达标排放。
4.总结
1、污水厂提标改造应以目标为导向。首先系统分析，从政策需求、现状污水厂概况（进出水量水质、用地）等方面确定改造目标。其次对现有构筑物进行评价，分析现有构筑物设计及运行时存在的问题。最后提出工艺方案比选，结合改造目标选择适合的工艺方案。
2、改良型三沟式氧化沟可改造为A2/O工艺。仅需增加一些推流搅拌器和污泥回流泵，对原有土建结构基本不做改动，施工简单周期短。增加二沉池后系统生化处理能力较大增加。
3、不停水改造是目前污水厂提标改造面临的一大困难。结合本工程案例，可以通过工艺选择，施工组织及运行管理等方面实现不停水改造的目标，确保改造施工期间污水处理正常运行。
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