无锡市胡埭污水处理厂提标改造方案研究

吴晓波，雷文江，谭云鹏

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏 无锡 214072）

1 污水处理厂现状与水质分析

1.1 污水处理厂现状

无锡市滨湖区胡埭污水处理厂服务范围内以生活污水为主。当地污水的特点是氮、磷偏高，有机物含量较低。胡埭污水处理厂目前污水处理规模为3×104m3/d，其中1 期运行0.7×104m3/d，2 期运行2.3×104m3/d[1]。目前该厂区1 期工程深度处理段为滤布滤池，但故障率较高；2 期工程为MBR（Membrane Bio-Reactor，膜生物反应器）工艺，无进一步去除氮、磷的深度处理段。

目前对污水处理厂出水水质的CODCr（化学需氧量）、TN（总氮）、TP（总磷）提出了更高的要求，而现状工艺无深度处理单元，因此难以满足出水的水质要求。

1.2 现状进水水质分析

1.2.1现状进水水质涵盖率分析

对胡埭污水处理厂近3 a 的实际进水水质进行分析，得到不同涵盖率下的进水水质情况，如表1 所示。表中BOD5为5 日化学需氧量；SS 为水质中的悬浮物含量；NH3-N 为水（废水）中氨氮含量。

由表1 可知，进水主要污染物浓度数值跨度较大，说明胡埭污水处理厂目前进水水质波动范围较大，水质不够稳定。

表1 胡埭污水处理厂不同涵盖率下的实际进水水质 单位：mg/L

1.2.2原设计进水水质

胡埭污水处理厂原设计进水水质见表2。

表2 胡埭污水处理厂原设计进水水质 单位：mg/L

对比表1、表2 可知，胡埭污水处理厂原设计进水水质中SS、CODCr、TP 与实际进水水质偏差较大。当进水涵盖率为95%时，CODCr浓度为299 mg/L；当进水涵盖率为85%时，进水SS 和TP 浓度已分别达到497 mg/L、4.94 mg/L，远超设计指标，因此需对CODCr、SS、TP 的设计值进行调整。

1.2.3原设计出水水质

胡埭污水处理厂原设计出水与实际出水水质见表3。

表3 胡埭污水处理厂原设计、实际出水水质 单位：mg/L

2018 年之前，胡埭污水处理厂经常受到偷排工业废水冲击，造成污水厂运行困难，部分指标已接近临界值，因此在不增加处理规模的基础上需要对工艺进行改进。

2 提标改造方案

2.1 提标改造设计要求

本次提标改造工程出水水质的主要污染物考核指标执行《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》（DB 32/1072—2018）中一、二级保护区的排放标准[2]，其余指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准。根据进水水质和出水标准，提标改造工程主要污染物排放的进水水质与出水水质设计见表4。表4 中：括号外数值为水温＞12 ℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

表4 设计进出水水质 单位：mg/L

2.2 深度处理工艺

根据改造要求，对于氮、磷指标的进一步提标，需要在各期生化处理后设置深度处理单元。新标准中出水TN 指标需达到10 mg/L 以下，TP 指标需达到0.3 mg/L 以下，去除率要求更高。而目前胡埭污水厂现有深度处理设施主要是滤布滤池，仅能在一定程度上过滤截留悬浮物，而对氮、磷指标的进一步削减无效果，需考虑增加更为有效的工艺措施。

2.2.1深度脱氮工艺

由于通过MBR（膜生物反应器）和CAST（循环式活性污泥法）得到的现状出水水质均能满足深床反硝化滤池与反硝化滤池的进水SS 要求，因此，综合考虑投资成本及应用普遍性，本工程推荐使用技术较为成熟、应用更为广泛的深床反硝化滤池。

2.2.2深度除磷工艺

鉴于气浮工艺在污水厂运行的良好效果[3-4]，在当地某厂进行气浮中试试验，药剂采用液态聚合氯化铝PAC 和助凝剂聚丙烯酸胺PAM。试验结果表明，当混凝剂PAC 投加量为5～10 mg/L，助凝剂PAM 投加量为0.1～0.2 mg/L 时，出水TP 数据集中在0.02～0.08 mg/L，回流比约5%。

根据中试结果可知，气浮单元对总磷有更高的去除率，悬浮物去除彻底，出水水质更优，投加药剂量较少，药剂费用低。气浮单元的水下设备较少，且无动力设备，设备维护较简单，可以减轻污水厂工作强度。

综合考虑占地面积、厂区的整体布置及试验效果，采用气浮工艺作为TP 深度处理的工艺。

2.2.3深度处理工艺方案确定

气浮工艺对磷酸盐的去除较为彻底，一般出水TP 指标均小于0.1 mg/L，而过低含量的磷酸盐将成为影响反硝化滤池反硝化潜力的限制因素，影响脱氮能力的发挥。因此，使滤池进水保持适量浓度PO4-P 是维系缺氧生物膜微生物生长并确保反应器保持高效反硝化性能的必要条件。经气浮池后出水溶氧会上升0.2～0.5 mg/L，也给反硝化滤池的缺氧环境带来影响，增加碳源成本。在此考虑下，深度处理工艺将反硝化滤池置于混凝气浮之前。

根据以上工艺比选、试验，再考虑出水水质要求及投资成本，提标改造工程推荐工艺方案定为“现状出水+反硝化滤池+混凝气浮”，处理工艺流程图见图1。

图1 工艺流程图

3 优化方案设计

3.1 优化方案

通过全流程试验及现状运行状况分析可知，胡埭污水处理厂设备以及工艺运行方式存在一定的优化空间，主要优化措施如下：

（1）通过全流程溶解氧测试可知，膜池出水溶解氧含量非常高，因此可以通过加大膜池到好氧池内的回流比例，并减少生化段供气量来充分利用膜池DO（溶氧量）。

（2）根据现状进水水质，目前所用离心风机风量过大、能耗较高，因此将现状离心风机110 kW调整为37 kW罗茨风机，变频控制。

（3）优化现状设备、工艺运行控制调节，通过增加在线监测、过程控制和大数据分析等措施，对工艺、设备运行实现智能控制，为污染物去除提供良好的生物及化学条件，使污水处理系统发挥最大的生化反应潜力。

（4）现状自控系统老化，需对老厂区自控系统进行改造。

（5）目前内回流比为100%，出水仍存在大量硝酸盐，因此通过增加内回流比例来强化氮的去除。

通过以上优化措施，能够进一步挖掘2 期处理能力，进一步提升出水水质，在夏季或进水水质较好条件下，能够不经过深度处理即达到排放标准，深度处理设施仅处理1 期出水，从而减少运行组数。当进水水质较差或冬季时，2 期出水也进入深度处理段处理，深度处理组数全开。以上运行措施能够有效降低药剂投加费用、电耗，从而降低运行成本。

3.2 单体工艺设计

3.2.1综合水池

将反洗水池与接触消毒池合建为综合水池，同时废除1 期原有的消毒设施。设计规模3×104m3/d，平面尺寸为23.86 m×26.7 m，有效水深为3.2 m，设置2 台反洗泵（Q=900 m3/h，H=11 m，N=45 kW）。

3.2.2反硝化滤池

新建反硝化滤池1 座，通过反硝化作用进一步去除2 级出水中的硝态氮，降低出水总氮，保证出水水质达标。滤池为半地下钢筋混凝土构筑物，分4格，总体尺寸为28.32 m×23.7 m×5.0 m，单格过滤面积为56.3 m2，平均滤速为5.55 m/h，滤池水头损失约为2～2.5 m。配有1 套反冲洗系统，采用气水反冲洗模式进行反冲洗，反冲洗强度为气洗92 m/h、水洗15 m/h，滤池滤料采用石英砂，厚度为1.83 m。其余设备包括2 台反洗风机（Q=90 m3/min，P=68.6 kPa，N=150 kW）、2 个15 m3的碳源储罐和2 台碳源投加泵（Q=500 L/h，H=40 m，N=0.55 kW）。

3.2.3高速气浮池

为保障出水TP 浓度达标，采用混凝气浮工艺，进一步去除2 级出水的TP 含量。

本工程新建气浮池1 座，平面尺寸为11.2 m×26.55 m。高速气浮装置(含配套核心设备)包括高效微氧化强溶溶气装置、微气泡发生装置、紊流装置、絮凝紊流装置、布水装置及集水装置。其余装置包括3 台回流水泵（Q=85 m3/h，H=68 m，N=30 kW）、2 套4 kW混凝搅拌器、2 套3 kW手电动进水闸板。

3.2.4反洗废水池及提升泵池

反洗废水池用于反硝化滤池反冲洗废水及放空废水排放与暂存污水。现状出水至反硝化滤池需泵提升，因此将提升泵池与反洗废水池合建。有效容积3 000 m3，有效水深5 m，主要设备包括2 台变频潜水泵（Q=500 m3/h，H=16 m，N=37 kW）、4 台搅拌器（N=3.75 kW）、3 台变频提升泵（Q=625 m3/h，H=14 m，N=37 kW）。

3.2.5加药间

新建加药间1 座，用于存放消毒剂、PAC（聚合氯化铝）以及PAM（聚丙烯酰胺）等药品，尺寸为7.2 m×18 m，主要设备包括10 m3次氯酸钠储药罐1 台、次氯酸钠加药泵2 台（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；20 m3PAC 加药罐1 台、PAC 加药泵3台（Q=500 L/h，H=30 m，N=0.55 kW）；10 m3PAM 加药罐1 台、PAM 加药泵3 台（Q=1 000 L/h，H=30 m，N=1.1 kW）。

3.2.6活性炭投加系统

新增活性炭投加系统1 套，主要用于进水水质严重波动时紧急投加活性炭，以保证出水达标。包括30 m3的活性炭储仓、溶解装置与配套空气装置各1 套。

3.2.7生物工艺智能控制系统

新增生物工艺智能控制系统1 套，主要用于现状生物工艺的智能控制，实现运行管理精细化。主要包括智能硝化调控系统、智能反硝化调控系统、智能除磷调控系统和工艺参数数据挖掘系统4 个板块。

3.2.8除臭设计

增设除臭系统，对新、老厂区部分单体进行除臭处理。除臭构筑物包括除臭系统一：粗格栅、提升泵房、细格栅、旋流沉砂池、反洗废水池(新建)、膜格栅、曝气沉砂池；除臭系统二：贮泥池、污泥脱水机房。除臭系统一主要收集粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池以及反洗废水池的臭气进行集中处理，处理风量为12 000 m3/h。除臭系统二主要收集污泥系统的臭气进行处理，处理风量为2 000 m3/h。

4 运行效果

本次提标改造于2020 年12 月建成运行。2021年1～6 月平均运行水质见表5。

由表5 可知，经改造深度处理后，出水水质均有所提升，其中出水CODCr、TN、TP 浓度分别降低31.5%、44.9%和51.2%，且平均水质满足一级A 标准，说明本次提标改造方案可行，应用效果良好。

表5 设计进出水水质处理程度表 单位：mg/L

5 结语

本项目于2020 年12 月18 日建成，改造工艺可靠，运行效果稳定，作为无锡市滨湖区、无锡市、乃至华东地区的污水处理示范工程，具有较为深远的影响。本次改造工艺可供类似项目参考。