1 項(xiàng)目概況
西安市第四污水處理廠總占地面積為37.44hm2，服務(wù)面積約89km2。一期工程建設(shè)規(guī)模為25×104m3/d，二期工程建設(shè)規(guī)模為12.5×104m3/d，現(xiàn)有總處理規(guī)模37.5×104m3/d。原出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，其中一期工程2008年10月建成投入運(yùn)行，2012年11月開(kāi)始升級(jí)改造，2013年8月出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
2 工程概況及改造路線
改造前一期工程工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 升級(jí)改造工程工藝流程
原工程存在的問(wèn)題：（1）原細(xì)格柵間隙較大，生化池浮渣較多；（2）水廠出水SS較高；（3）厭氧、缺氧段HRT嚴(yán)重不足；（4）一期工程接受一期和二期工程全部的生產(chǎn)廢水，因此出水TP和NO3-N較高。在確保出水總氮達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的前提下，生物除磷出水TP在2mg/L以上，只能靠化學(xué)除磷來(lái)彌補(bǔ)。
本次升級(jí)改造的技術(shù)路線：
（1）升級(jí)改造工程盡可能發(fā)揮現(xiàn)有構(gòu)筑物的處理能力，減少土建施工工程量，縮短工期，降低對(duì)水廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的影響。
（2）脫氮：a.缺氧段引進(jìn)MBBR技術(shù)；b.通過(guò)延長(zhǎng)缺氧HRT，進(jìn)一步強(qiáng)化反硝化；c.強(qiáng)化二沉池反硝化作用。
（3）除磷：a.厭氧段引入MBBR技術(shù)；b.減少系統(tǒng)碳源流失；c.合理分配和深度挖掘可利用碳源；d.創(chuàng)造PAOs（聚磷菌）厭氧釋磷環(huán)境。
3 工程改造內(nèi)容
3.1 新增預(yù)處理和深度處理措施
（1）在初沉池后增加4臺(tái)3.5mm孔徑的回轉(zhuǎn)式網(wǎng)板超細(xì)格柵；
（2）深度處理增加5組濾布濾池，單個(gè)設(shè)備日處理量50000m3。
3.2 初沉池改造挖掘利用碳源
對(duì)初沉池排泥系統(tǒng)進(jìn)行改造，使初沉池運(yùn)行個(gè)數(shù)從設(shè)計(jì)的每組6個(gè)減少為每組3個(gè)，定期分時(shí)排泥，在保證泥砂等大顆粒沉淀的前提下盡可能減少碳源在初沉池的流失。同時(shí)建造初沉池底泥利用設(shè)施，為厭氧段釋磷提供了更多的碳源。
3.3 厭氧、缺氧區(qū)改造及引入MBBR技術(shù)
圖2 一期生化池改造
（1） 對(duì)來(lái)水的碳源進(jìn)行合理的分配利用
在厭氧環(huán)境中，PAOs只能利用污水中易降解物質(zhì)，或經(jīng)過(guò)水解發(fā)酵后產(chǎn)生的VFA。釋磷速率與進(jìn)水中易降解碳源，尤其是VFA的數(shù)量密切相關(guān)。反硝化菌對(duì)碳源的攝取種類比較廣譜，對(duì)VFA的爭(zhēng)奪能力大大強(qiáng)于PAOs。倒置A2/O工藝造成來(lái)水中VFA在缺氧段被反硝化菌大量消耗。將污水廠運(yùn)行模式從倒置A2/O改為正置A2/O，來(lái)水全部進(jìn)入?yún)捬醵�，使水中的碳源�?yōu)先用于厭氧段PAOs釋磷反應(yīng)。
從好氧段劃分出1.6hHRT的區(qū)域?qū)⑷毖醵蜨RT從原來(lái)的2h延長(zhǎng)為3.6h；好氧HRT從8h減少為6.4h。延長(zhǎng)了缺氧HRT，充分利用系統(tǒng)內(nèi)碳源強(qiáng)化反硝化效果。系統(tǒng)新增缺氧雙曲攪拌器20臺(tái)，φ2500，N=5.5kW。
（2） 投加填料強(qiáng)化脫氮除磷
本工程為國(guó)內(nèi)首例MBBR(Moving BedBio-film Reactor)工藝在城鎮(zhèn)污水處理廠生物池厭氧、缺氧段大規(guī)模應(yīng)用的工程實(shí)例。在國(guó)外的污水處理行業(yè)雖有多年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但國(guó)外普遍規(guī)模較小，無(wú)同等規(guī)模和池型的污水處理案例可供參考。厭氧、缺氧MBBR技術(shù)未大規(guī)模推廣的主要難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)填料的流化狀態(tài)困難，通過(guò)水力模型模擬計(jì)算，不同密度填料的組合、攪拌機(jī)功率位置的選擇、分層能量流場(chǎng)控制等措施解決了多項(xiàng)難題，實(shí)現(xiàn)了池內(nèi)良好的流化狀態(tài)。在厭氧、缺氧段都利用現(xiàn)有池型，采用無(wú)終點(diǎn)循環(huán)模式，無(wú)需復(fù)雜的填料回流設(shè)施。
3.4 強(qiáng)化二沉池反硝化作用
通過(guò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)比較表明，終沉池泥位較高的情況下，底部泥層反硝化反應(yīng)明顯。本工程生化池出水NO3-N濃度基本在13mg/L以下，此時(shí)利用二沉池僅僅底部泥層產(chǎn)生的反硝化氣量較少，只會(huì)有零星氣泡產(chǎn)生，污泥上浮量也在可接受范圍之內(nèi)，且后續(xù)有濾布濾池單元進(jìn)行深度處理，因此無(wú)總出水SS超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。一期二沉池深4.5m，當(dāng)泥位接近1.5m的情況下外回流中的NO3-N濃度可比出水降低了5~10mg/L。這大大降低了外回流污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧段釋磷的影響，因此維持二沉池泥位在1.5m左右有利于系統(tǒng)生物除磷（終沉池泥位不宜太高，容易發(fā)生跑泥現(xiàn)象）。此外好氧池末端DO需控制在1.5mg/L左右（改造前控制在2~4mg/L），DO太低會(huì)導(dǎo)致出水NH3-N超標(biāo)，DO濃度太高影響終沉池反硝化效果，導(dǎo)致外回流NO3-N濃度升高。同時(shí)出水DO的控制大大降低了系統(tǒng)的曝氣量，起到了節(jié)能降耗的作用。
4 改造效果
圖3 一期主要污染物沿程濃度變化
表2 一期工程改造前后進(jìn)出水水質(zhì)對(duì)比
5 工程總結(jié)
（1）本次升級(jí)改造工程通過(guò)工藝調(diào)整和工程措施對(duì)原水中的碳源進(jìn)行充分的保護(hù)和利用，避免NO3-N對(duì)厭氧釋磷環(huán)境的破壞，最大限度地利用生物除磷，同時(shí)兼顧節(jié)能降耗，現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。較改造前每年節(jié)省化學(xué)除磷藥劑費(fèi)900萬(wàn)元，污泥處置費(fèi)150萬(wàn)元，噸水電費(fèi)僅增加0.011元。
（2）通過(guò)增加超細(xì)格柵降低生物池浮渣量，出水SS經(jīng)過(guò)濾布濾池處理得到大大降低，出水可穩(wěn)定在7mg/L以下,低濃度SS也保證了出水TP維持在較低水平。
（3）該工程系厭氧、缺氧段MBBR技術(shù)在國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的首次大規(guī)模應(yīng)用。該技術(shù)無(wú)需增加占地，為污水廠提標(biāo)改造提供了全新的思路。
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