山西某污水处理厂提标扩容改造工程设计

摘要：山西某污水处理厂通过将原SBR+BAF+砂滤池工艺改造为ABM短时泥膜法[即AAO（活性污泥法）、BAF（曝气生物滤池）和MDF（多功能深床滤池）组合工艺]污水处理工艺后，其设计规模从5000m3/d增加至10000m3/d，出水水质主要指标由《城镇污水厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B提高至地表Ⅴ类。利用原构筑物进行改造，同时新建模块化标准件厂房以增加污水处理厂产水量，缩短了施工周期。详细介绍了该工程概况、原工艺存在的问题、改造思路以及设计总结。

1工程概况

随着我国城镇污水厂的排放标准提升至《城镇污水厂污染物排放标准GB18918-2002》一级A标准后，全国各地掀起一场污水处理厂提标改造的浪潮。时至今日，国家对污水处理厂升级改造的力度以及效果，取得了良好的成效。随即，北京、天津、四川省岷江、沱江流域等地区，相继颁发了更为严格的地方污染物排放标准，主要水质指标均优于一级A（即达到地表准Ⅳ类）。于是，各地区纷纷效仿，要求污水处理厂提标改造后水质接近地表Ⅳ类。

基于此，山西某污水处理厂因出水质不稳定而亟需改造。该污水处理厂一期于2009年投产使用，设计规模为5000m3/d，设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准，采用SBR池+BAF池+砂滤池为主要处理工艺。由于配套设施老化，BAF池与砂滤池工艺存在设计缺陷，后期运营维护不善，导致部分工艺瘫痪，处理能力大大降低，实际出水水质与水量均不能达到设计标准。为了响应政策和急需解决的难题，运营方和业主一致要求对整个厂区进行改造及扩建，要求利用现有构筑物基础上，改扩建后处理能力稳定达到10000m³/d，需要将原出水水质由一级B出水提升至一级A，部分指标达到地表Ⅴ类（即COD≤40mg/L，氨氮≤2.0mg/L，总磷≤0.4mg/L，总氮≤15mg/L）。

2基础资料分析

2.1进厂污水水质分析

污水处理厂原设计进水主要为生活污水，建厂初期考虑的进水水质指标设计为COD≤300mg/L，BOD5≤200mg/L，SS≤200mg/L，氨氮≤35mg/L，总磷≤5.0mg/L，总氮≤45mg/L。结合本工艺改造后的要求，其设计进、出水水质如下表1-1所示。

表1设计进、出水水质单位：mg/L

2.2原工艺存在的问题分析

污水处理厂原设计工艺路线为：巴氏计量槽——粗格栅/提升泵房——细格栅/沉砂池——水解酸化池/SBR池——中间水池——曝气生物滤池——混凝沉淀池——砂滤池——接触消毒池——巴氏计量槽——排放。

原工艺存在的主要问题如下：

①原工艺中水解酸化池与SBR池污泥浓度很高，池底集泥严重，导致出水水量显著减产。

②曝气生物滤池布水布气系统设计不合理，导致滤料清洗不彻底使得滤料层严重板结，最终曝气生物滤池完全堵塞。

③砂滤池也同样存在滤料板结造成滤池堵塞的问题，其主要原因是反洗配气不均匀，穿孔配气管存在堵塞。

④混凝沉淀池与贮泥池集泥严重，中心刮泥机几乎不能运作而瘫痪。

⑤厂区内部分阀门、泵等设备老化，部分管路腐蚀严重漏水；污泥脱水设备老化瘫痪，严重影响厂区污泥脱水；消毒设备因运营维护不善，设备基本无法运行。

3改造方案

3.1改造思路

本次改造设计规模为10000m3/d，需要提标扩容。针对污水处理厂现存的问题，在满足工艺要求的前提下，以尽可能利用原有构筑物和减少占地面积为原则，对污水厂进行技术改造，确保污水水质达标排放。

基于此，本工程确定采用深圳清泉开发的ABM短时泥膜法污水处理工艺，将AAO（活性污泥法）和BAF（曝气生物滤池）、MDF（多功能深床滤池）组成的生物膜法相结合。该工艺充分发挥了AAO活性污泥法同步脱氮除磷的优势和生物膜法脱氮效率高的优势，又避免了AAO工艺除磷与硝化泥齡及碳源的矛盾，解决了BAF工艺对进水水质的苛刻要求。根据深圳清泉多年项目实践来看，该工艺出水稳定，运营维护简单。

本工程主要改造思路为：将水解酸化池和SBR池改造为A2O池与侧向流高效沉淀池；将中间水池改造分隔出一格废水池，用于储存滤池反冲洗废水；对原有曝气生物滤池与原砂滤池的布水布气系统进行改造；对絮凝沉淀池、污泥浓缩池、SBR池、中间池进行淤泥清理，相应设备检修与测试；新增钢结构的曝气生物滤池和多功能深床滤池标准件，与原有的曝气生物滤池+混凝沉淀池+过滤池并联运行，使得总处理能力提升至10000m3/d。

另外，对现有工艺存在缺陷的设计进行改造，并更换所有不满足工艺运行的设备。

3.2改造具体实施措施

根据本项目的具体情况，对原有工艺进行优化，提出了以下工艺改造方案，其工艺流程为:进水——巴氏计量槽——粗格栅/提升泵房——细格栅/沉砂池——A2O池——侧向流高效沉淀池——中间水池——原曝气生物滤池/BAF模块——原过滤池/MDF模块——接触消毒池——巴氏计量槽——排水。主要工艺流程图和具体工艺流程见图3-1所示：

图1改造后工艺流程图

①水解酸化池与SBR池改造

污水处理厂水解酸化池2组，SBR池共2组4格，将水解酸化池与SBR池改造为A2O与侧向流高效沉淀池工艺。先将水解酸化池改造为厌氧池，在水解酸化池溢流墙增设调节堰。经计算复核，在每格SBR池内新增隔墙，分隔出缺氧池、好氧池、侧向流高效沉淀池与储泥池。改造后，A2O池2组厌氧池，设计停留时间为2h，单组尺寸为14.6×5.6×5.4m；缺氧池4组，设计停留时间为2h，单组尺寸为6.0×7.175×5.4m；好氧池4组，设计停留时间为6h，单组尺寸为18.2×7.175×5.4m；侧向流高效沉淀池4组，设计停留时间为25.0min，单组尺寸为8.6×5.0×5.4m；储泥池2组，单组设计尺寸8.6×3.8×5.4m。

其中厌氧池更换两台2.5kW潜水搅拌机，每组新增一根DN250污泥回流管，污泥回流量控制在40%~80%，保证系统污泥浓度。缺氧池新增4台2.5kW潜水搅拌机，每组新增一根DN150硝化液回流管，回流比控制在200%~300%，确保总氮去除率。好氧池采用旋流曝气器进行布气，每组共设置5根曝气支管及其独立的曝气模块，可实现好氧池不同区域曝气量的控制。侧向流高效沉淀池，是当前最接近理想“浅层”理论的沉淀池，其采用人字形斜板侧向进水，有利于污水中颗粒沉降，固体负荷较斜板（斜管）沉淀池高。

②中间水池

中间水池一座4格，每格之间相互连通。全厂区内没有设置废水池，原反洗水池设在接触消毒池后端，均不符合工艺要求。对原中间水池进行改造，其中3格为中间水池，1格为废水池。此外，1格中间水池增设6台水泵，3台作为反冲洗水泵，另外3台作为提升水泵；废水池增设2台潜水提升泵。将废水池与中间水池的连通孔封堵，清理池底淤泥，并做好池底潜水提升泵的槽钢基础固定工作。改造后中间水池总有效容积为540m3，废水池有效容积180m3。

③曝气生物滤池（BAF）

本工程对原曝气生物滤池进行改造以及新增曝气生物滤池模块化标准件，采用一级曝气生物滤池进行氨氮的硝化，改造后确保原BAF池进水量为设计流量的30%，新建BAF模块进水量为设计流量的70%。

根据污水厂工艺技术资料，原曝气生物滤池分为2格，单格尺寸为7.0m×3.35m×5.0m，总有效过滤面积为46.9m2。由于原BAF池存在设计缺陷，新增2根DN100曝气支管及其气动阀门，挖出滤料清理滤池底部污泥，拆除穿孔管曝气器，将其更换为清泉公司专利产品多功能滤管（兼具有布水布气以及曝气功能，配水配气稳定，不存在堵塞等问题）。改造后BAF池设计规模为3000m3/d，滤速为2.7m/h，滤料采用火山岩，粒径为4-6mm，滤料层高为2.0m，停留时间为45min，硝化负荷为0.55（kgNH3-N）/（m3˙d），曝气风机的技术参数为风量4.51m3/min，风压0.7kgf/cm2，功率11kW，共3台，2用1备。

新建一体化标准件厂房内设有BAF模块化标准件，设计处理规模为7000m3/d，共设8格，单格尺寸为5×3×3m，单格过滤面积为15m2，滤速为2.4m/h，滤料采用火山岩，粒径为4-6mm，滤料层高1.75m，硝化负荷为0.60（kgNH3-N）/（m3˙d），曝气风机的技术参数为风量3.77m3/min，风压0.5kgf/cm2，功率5.5kW，共9台，8用1备。

BAF池反洗水泵技术参数为流量300m3/h，扬程13m，功率18.5kW，共3台，2用1备，其中2台变频控制；反洗风机技术参数为风量7.77m3/min，风压0.5kgf/cm2，功率11kW，共3台，2用1备。

④多功能深床滤池（MDF）

将原砂滤池改造为MDF池后，与新增MDF模块化标准件一起进行污水的反硝化脱氮，同时进一步微絮凝降低废水中的TP和SS，从而保证污水处理厂出水水质达标排放。

根据现有资料，原砂滤池为2格，单格尺寸为5.0m×2.35m×5.0m，总有效过滤面积为23.5m2。由于原砂滤池存在滤料堵塞等问题，导致其不能正常使用。现挖除原滤料层，清除滤池底部淤泥，拆除原有穿孔管布气布水装置后，在滤池底部新增配水配气渠，采用多功能滤管代替穿孔管。另外，新增2根反冲洗进水管及其气动阀门。改造后砂滤池设计规模为3000m3/d，滤速为5.3m/h，滤料采用石英砂，粒径为2-4mm，滤料层高为2.0m，停留时间为22.5min，反硝化负荷为0.8（kgNO3-N）/（m3˙d）。

此外，新增6座MDF模块化标准件于一体化标准件厂房，设计处理规模为7000m3/d，单座尺寸为5×3×3m，单格过滤面积为15m2，滤速为5.1m/h，滤料采用石英砂，粒径为2-4mm，滤料层高1.6m，停留时间为29.0min，反硝化负荷为0.76（kgNO3-N）/（m3˙d）。

多功能滤池反冲洗水泵和风机与BAF池公用一套系统。

⑤其他部分改造

a、本工程属于提标扩容项目，原进出水计量槽需要重新设计建造，由原来5000m3/d提高为10000m3/d。

b、清理原混凝沉淀池与贮泥池池底淤泥，对中心刮泥机进行检修，更换潜水污泥泵。

c、更换污泥脱水机，检修污泥传送设备、加药设备，更换清洗水泵、污泥泵，新增PAC、PAM计量泵。

d、更换消毒加药装置，清扫加药间。

e、在模块化标准件厂房内新增碳源投加装置，用于MDF池碳源投加。

f、更换厂区内已损坏的阀门、控制柜、液位计、流量计，检修满足工艺要求的水泵，格栅机等设备。

4设计总结

①本工程采用ABM短时泥膜法组合工艺进行污水处理厂提标扩容改造，其设计规模由5000m3/d能够提升至10000m3/d，出水水质主要指标从《城镇污水厂污染物排放标准》一级B提高至地表Ⅴ，即COD≤40mg/L，氨氮≤2.0mg/L，总磷≤0.4mg/L，总氮≤15mg/L。

②考虑到用地限制，深圳清泉在该污水处理厂原构筑物基础上进行工艺改造，通过校核水力负荷与容积负荷，确定改造后工艺的水力停留时间及其相关设计参数。

③AAO工艺好氧池采用旋流曝气器进行布气，每格好氧池共设置5组曝气模块，通过控制好氧池末端曝气量，一则可以合理分配气量，二则能够调整硝化液溶解氧浓度，具体数据尚需要实际调试进行验证。

④原BAF池与砂滤池的改造，主要是针对底部配水配气系统，新增配水配气室，采用多功能滤管代替穿孔管布水布气，因多功能滤管是一种中阻力配水大阻力配气的装置，布水布气更加均匀，同时还兼具曝气功能，节省投资造价。

⑤深圳清泉的BAF与MDF模块化标准件，能够实现现场高效组合，大大缩短施工周期，避免超前预留浪费。