根據國家《水污染防治行動計劃》和《上海市水污染防治行動計劃實施方案》的要求，上海市需實施30多座污水處理廠的新建、擴建及提標改造工作。由于上海市水環境污染中NH3-N、TP問題突出，為確保實現《水污染防治行動計劃》下達的水環境治理目標，要求新建及改擴建污水處理廠尾水排放標準不低于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準，其中，NH3-N和TP執行地表水Ⅳ類水標準，即NH3-N為1.5mg/L(水溫>12℃)和3.0mg/L(水溫≤12℃)，TP為0.3mg/L。
上海市某污水處理廠現狀處理規模為為3.0萬m3/d，該污水廠分兩期建設，一期工程處理規模為1.5萬m3/d，二期工程建設規模為1.5萬m3/d，現狀污水廠出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準。由于污水廠屬太湖流域，為環境敏感區域，為改善太湖流域流域水質，滿足上海市環保部門相關要求，污水廠處理規模及尾水出水標準亟需提高。
一、污水處理廠現狀分析
1.1 現狀概況
污水處理廠現狀總規模為3萬m3/d，采用塞爾AAC氧化溝工藝，后續對污水廠進行升級改造，增加高效纖維濾池深度處理單元，出水執行一級A排放標準。
1.2 現狀進、出水水質
污水廠現狀設計進、出水水質如表1所示，污水廠設計進水水質為典型的城鎮生活污水，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A標準，目前污水廠進水水質(表2)低于設計值，年平均值約為設計值的1/2，85%頻率水質為設計值70%~90%，出水水質穩定達到一級A標準。
1.3 現狀處理工藝
污水廠現狀采用脫氮除磷的氧化溝工藝，污水消毒采用紫外線消毒法，污泥處理采用機械濃縮脫水一體機，污水處理工藝流程如圖1所示。污水處理廠進水量高峰時已達到或超過設計規模，出水水質能夠穩定達到一級A排放標準。因此，一期和二期已建工程工藝流程和設計參數能夠較好的適合實際情況，出水能穩定滿足一級A排放標準并達標排放，但與NH3-N及TP需要達到的Ⅳ類水的新標準相比，出水NH3-N達到新標準1.5mg/L的合格率只有60%，出水TP達到新標準0.3mg/L合格率的50%。為滿足新的排放標準，污水廠現狀處理工藝亟需改造。
二、工程設計難點分析
通過對污水廠現狀進出水水質的分析，在現場調研的基礎上，結合與污水廠運營情況，污水廠已建工程主要存在以下問題。
2.1 現狀設備老化、運行效果不佳
粗格柵及進水泵房為一期工程建設，已使用十幾年，設備老化、維修頻繁、效率低。細格柵沉砂池也為一期工程建設，采用多爾沉砂池工藝。沉砂池現狀沉砂設備效率低，螺旋輸砂機很難將沉砂提升，導致分離出來的沉砂無法去除，沉砂池現狀效果較差。一期氧化溝厭缺氧區污泥攪拌不均勻，存在積泥現象，曝氣采用2臺倒傘型表面曝氣機，無變頻裝置，調節不便，溶解氧難以控制，維護不便，能耗高。
2.2 進水水質偏淡、管網滲漏嚴重
目前，進廠污水水質較設計值低，年平均值約為設計值的1/2，85%頻率水質為設計值為70%~90%。污水廠服務范圍部分老街建設年代久遠且道路較窄，現狀多為雨污水合流制，雨污水分流改造困難。同時，服務區水系分布較廣，有污水截流井30余座，但部分截流井及污水管道年久失修，導致地下水及河水滲漏嚴重，對污水廠進水水質濃度產生較大影響。
三、現狀工藝受限，無法應對提標
常規生物活性污泥法只能滿足常規CODCr、BOD5、SS的去除率，但對城市污水中氮、磷的去除有一定限度，僅從剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮約為10%~25%，磷約為12%~19%，氮和磷的去除無法達到新的出水水質要求。因此，本工程必須采用具有生物脫氮除磷功能的污水處理工藝，才能夠大幅度削減CODCr、BOD5、SS以及TN、NH3-N、TP等污染物濃度，然后再進行過濾及尾水消毒等后續處理方可達標排放。處理程度為具有除磷和脫氮功能的城市污水二級處理工藝+深度處理工藝。
三、提標改造工藝設計
3.1 設計進、出水水質上海市近年逐步實施市政雨污混接改造，污水管道將進一步完善，地下水滲入量和河水倒灌量將會顯著減少，污水濃度逐步上升，綜合考慮污水廠水質特點，結合現狀運行水質情況，本提標改造工程設計進水水質同現狀設計進水水質。出水按環評要求采用一級A+標準(NH3-N和TP執行地表Ⅳ類水標準)。設計進、出水水質如表3所示。
3.2 污水處理工藝流程
本次提標改造工程工藝流程如圖2所示。
(1)預處理工藝段
由于現狀粗格柵及沉砂池為一期工程建設，建設時間較長，主要設備老化嚴重，沉砂池處理效果較差。結合污水廠用地布局，并考慮近遠期結合，原現狀預處理單元廢除，新建粗格柵進水泵房及細格柵沉砂池，沉砂池采用沉砂效果穩定的曝氣沉砂池，預處理單元土建規模按遠期9.0萬m3/d建設，設備按近期6.0萬m3/d配置。
(2)二級生物處理工藝段
新建生物池：新建生物池采用Bardenpho工藝，設計規模為3.0萬m3/d，由厭氧池+缺氧池Ⅰ+好氧池Ⅰ+缺氧池Ⅱ+好氧池Ⅱ組成。好氧池Ⅰ充分硝化處理污水中的TN及NH3-N，轉化成NO-3-N，通過好氧池Ⅰ與缺氧池Ⅰ之間的內回流，回流至缺氧池Ⅰ內進行反硝化，而沒有通過內回流的NO-3-N則進入缺氧池Ⅱ進行反硝化，為解決第二缺氧池反硝化所需的碳源，通過外加乙酸鈉作為碳源，好氧池Ⅱ的主要功能是充氧和吹除氮氣。相比其他AAO工藝，Bardenpho工藝能耗更低、抗負荷沖擊能力更強。平面尺寸為67.80m×59.10m，有效水深為6.50m，總水力停留時間為18.3h，其中，厭氧池停留時間為1.5h，缺氧池Ⅰ停留時間為4.50h，好氧池Ⅰ停留時間為9.10h，缺氧池Ⅱ停留時間為2.20h，好氧池Ⅱ停留時間為1.00h。混合液回流比為300%，污泥回流比為100%。
現狀氧化溝改造：根據現狀運行情況，現狀氧化溝運行效果較為穩定。但由于部分設備老化，節約氧化溝曝氣能耗，需對現狀氧化溝進行改造。現狀總水力停留時間為18.2h，其中厭氧區停留時間為1.5h，缺氧區停留時間為3.1h，好氧區水力停留時間為13.6h。分別在一期及二期氧化溝內增設4臺潛水推流器，通過增設板式曝氣設備將氧化溝表面曝氣調整為底部爆氣，提高曝氣設備效率，同時更換厭氧區及缺氧區攪拌器，增設內回流泵等設備，內回流比為300%。
(3)深度處理工藝段
根據污水廠現狀運行情況，污水廠出水可穩定達到一級A標準，但NH3-N及TP需達到Ⅳ類水的新標準。出水NH3-N達到新標準1.5mg/L的合格率只有60%，出水TP達到新標準0.3mg/L合格率僅為50%，故深度處理單元重點考慮TP去除，并確保后續SS出水達標。
考慮到近期污水廠進水水質偏淡，深度處理單元近期采用“磁混凝沉淀池+精密過濾器”，并預留遠期反硝化深床濾池用地。遠期隨著污水廠進水水質提升及污水出水標準進一步提高，采用“磁混凝沉淀池+反硝化深床濾池”工藝。
磁混凝沉淀池：磁混凝沉淀工藝是在污泥循環的基礎上投加磁粉，微細的磁粉顆粒作為沉淀析出晶核，使得水中膠體顆粒與磁粉顆粒更容易碰撞脫穩而形成絮體，大大提高懸浮物的去除效率。磁混凝澄清池是水沉淀技術的一種創新，具有沉淀效率高、出水水質穩定、占地面積小、抗沖擊能力強等優點。磁混凝沉淀池分為兩組，每組分6格絮凝池、1座沉淀池，沉淀池平均負荷為19.53m3/(m2•h)。
精密過濾器：為強化出水SS去除效果，在絮凝沉淀池后增加過濾工藝。結合污水廠總體布局、現狀進水水質偏淡及出水設計標準，采用占地面積較小的精密過濾器作為過濾單元強化SS去除。土建按遠期9.0萬m3/d配置，分為3組，每組處理規模為3.0萬m3/d，近期安裝2臺精密過濾器。進水SS≤30mg/L，出水SS≤10mg/L，濾網孔徑為20μm，過濾速度≥200m3/(m2•h)，每套精密過濾器配備1臺反沖洗水泵。同時，為應對遠期出水標準進一步提升，本提標改造工程總圖布置預留反硝化深床濾池用地。
(4)尾水消毒工藝段
污水廠處理尾水至周邊河道排放，考慮到污水消毒的適應性、安全性及可靠性，接觸消毒池采用次氯酸鈉消毒。消毒接觸時間為30min，次氯酸鈉投加量為8mg/L，以滿足出水大腸菌群數小于103個/L。
3.3 污泥處理工藝流程
污水廠現狀污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機。經過調查，現狀污泥脫水設備污泥濃縮效果不理想，現狀在貯泥池增加撇渣管以降低濃度段負荷，且藥耗較高。本次提標改造工程考慮采用設置污泥濃縮池+離心脫水機的方式進行污泥處理，濃縮脫水后的污泥提升至污泥料倉。污泥經離心脫水后含水率降至80%以下，脫水后的污泥外運集中堆肥處理。
設計新建污泥濃縮池2座，直徑Φ=16m，有效水深為4.5m，污泥濃縮時間為19.30h。污泥脫水機房采用3臺離心脫水機(2用1備)，單臺處理能力Q=37~75m3/h，近遠期通過調整工作時間滿足污泥處理要求。
3.4 除臭系統
本工程除臭設計范圍是污水處理廠粗格柵進水泵房、細格柵沉砂池、生物池、污泥脫水機房、氧化溝、污泥濃縮池的廢氣處理。為滿足上海市《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》(DB31/982—2016)標準要求，采用離子氧+活性炭吸附的二級處理工藝，即先通過排風機將除臭區域內的廢氣送入特制的廢氣集中處理箱內，與同時進入的經過離子發生器的高能量的離子氣體在箱體內瞬間混合、反應、分解，后進入后續活性炭反應箱內二次處理，處理達標后的廢氣通過排氣筒排出。
四、運行效果及經濟指標分析
本工程深度處理單元于2018年底完成，現已調試運行，污水廠主要出水CODCr≤30mg/L，BOD5≤10mg/L，TN≤10mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，SS≤10mg/L，TP≤0.3mg/L，污水廠出水水質優于設計出水水質標準，具體出水水質如圖3所示。
其中，TN、NH3-N及TP去除效果顯著，NH3-N和TP可穩定達到地表Ⅳ類水標準，滿足污水廠提標出水水質要求。
提標改造工程總投資為28369.57萬元，其中建安費為22309.36萬元，污水廠工程運行費用主要包括電費、藥劑費、水費及人工費，經計算分析提標改造后污水廠單位處理成本為2.513元/m3，單位經營成本為1.811元/m3。
五、結論
該污水廠提標改造工程充分發掘現狀構筑物處理能力，保留處理效果較好的現狀氧化溝并進行適當工藝改造，新建生物池采用適應性良好的Bardenpho工藝，該工藝抗沖擊負荷強，工藝靈活可調，出水效果好。從深度處理單元結合現狀進水水質情況分為近遠期兩階段實施，近期“高效沉淀池+精密過濾器”工藝，可確保出水水質滿足設計要求的一級A+標準。該污水廠選用的提標改造設計工藝先進、技術成熟，運行效果良好，可為南方城市污水廠提標改造工程提供參考。( >
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