摘要:在分析某污水处理厂原有工艺设计参数和实际运行情况的基础上,通过升级改造,将原有一级B标出水改造为一级A标出水,系统能耗却下降了80kwh/千吨水,详细介绍了改造的技术方案、内容和效果,可为当前SBR工艺污水处理厂升级改造提供参考。
1、工程概况
某污水处理厂为满足城镇污水处理厂污染物排放标准?(GB18918-2002)的一级A标，对已建成的5万m3/d的一级B标出水的二级污水处理厂进行脱氮除磷升级改造工程。
1.1、工艺流程
污水处理厂设计运行现状：5万m3/d的污水处理厂分两期建设，一期工程建设规模2万m3/d，采用厌氧水解+SBR工艺;二期工程建设规模3万m3/d，采用厌氧水解+P-SBR工艺。二期工艺流程分别见图1、图2：
一期工程工艺流程：
二期工程工艺流程：
1.2、目前，污水处理厂出水可以达到一级B标，根据一级A标相关水质指标，按污水处理厂目前的运行状况需要调整的地方有：
1.2.1、根据现状进水水质，BOD5/TKN较低，碳源不足，系统的反硝化能力难以提高，TN的去除率较低;
1.2.2、按脱氮除磷工程的设计进出水水质，一期供气量偏低;
1.2.3、根据现状进水水质，PH值较低，反硝化所需碱度不足;
1.2.4、原二期设计中P-SBR池缺氧反硝化池容难以满足脱总氮要求，反硝化液回流存在短路现象。
2、原有工艺流程的升级改造：
根据以上情况，确定生物段采用强化二级生物脱氮除磷处理工艺，核心是强化生物脱氮。污水深度处理工艺采用微过滤技术，设计采用盘片式微过滤器，过滤精度达到10微米，从而保证了出水悬浮物处理效果。
一期2万吨/天，工艺考虑在cast池的反应周期中增设缺氧搅拌段，缺氧搅拌段时长0.5h,采用浮筒式搅拌机，同时为提高N的去除率，增设碳源投加装置一套，确保TN去除所需碳源;为提高硝化反应能力，增设石灰投加装置一套;把原有10%溶氧率旋混式曝气头更换成35%高溶氧率膜片式曝气头。同时由于原一期DN300风管管径偏小，设计考虑增设两路DN300的风管,以减小风管阻力，增大风机使用效率。二期3万吨/天，P--SBR反应池采用新增4台硝化液回泵，缺氧区增设4台浮筒式搅拌机，增设碳源、石灰投加系统各一套，强化硝化、反硝化效果，从而保证达到一级A生物处理效果。
3、工程实施情况
3.1、一期4个钢结构SBR反应池，池容17371m3,更换曝气头采用轮流更换方式，只对其中一个SBR反应池停水放空，先拆除原有旋混式曝气头，再进行钢结构池体防腐，最后更换新的膜片式曝气头，一个钢结构池体施工周期一个月左右，施工期间其余3个SBR池继续运行，4个SBR池体轮流施工作业，避免了一期2万吨/天污水处理厂全部停产，影响整个服务区域正常排水。
3.2、原有4个SBR池运行周期为6小时，分别由两台79.8m3/min罗茨鼓风机2路架空DN300的风管间歇供气，每个SBR池曝气时间3小时，经核算供气管道管径偏小，造成风管噪音比较大，设计考虑另增设两路DN300的风管,池内曝气主管也分两路分别与2路DN300的曝气主管对接。整个曝气管路改造完工实际运行后，风管噪音明显下降，降低了风管阻力，提高了风机使用效率。
3.3、为提高一期cast池缺氧脱氮能力，初步设计考虑cast池增设进水缺氧搅拌段，缺氧搅拌时间0.5h,采用污水混流泵干式安装对进水进行水力搅拌,需在钢结构池体上两边各开DN400孔2个,修正设计为采用诸暨菲达宏宇的立式环流搅拌机,每个池内放置3个3KW的立式环流搅拌机,既节约了安装时间,又减少了运行费用,避免了钢结构池体开孔。同时为保持cast池运行周期6h不变，将沉淀时间由原来1.5h缩短为1h。
3.4、根据进出水核算，二期工程P-SBR池总池容及供气量均能满足一级A标出水，只是缺氧区容积稍缺，为此在不改变池容的基础上，将原来厌氧区改为缺氧区，即将原来P-SBR池的A2/O方式变更为A/O的运行方式;同时为有效减少P-SBR池内回流“短流”现象，将硝化液回流泵由原来主曝气区回流改装到SBR区隔墙回流到缺氧区，考虑拆改费用，实际施工采用了新增4台硝化液回流泵，来自主曝气区、SBR区硝化液和进水100%～200%混合液回流均进入缺氧段，使得缺氧段污泥浓度较好氧段高出50%，从而增加了处理能力，反硝化速率明显提高，提高了出水总氮去除率。
3.5、根据进水水质及实际运行情况分析得知：原水B/C比=0.367，污水的可生化性较好,但是进水TKN=41.9mg/l,BOD5/TKN=2.92<4,(规范要求>4)。原水碳源不充足,较难满足反硝化要求,为此增设碳源投加装置一套,分别向一、二期生化反应池投加碳源,通过在进水泵房处增设COD及TKN在线检测仪来控制碳源投加量。初步设计碳源采用淀粉，考虑易降解性后改用醋酸钠，设计用量1.2T/天，但实际运行中需根据阶段性水质变化情况调整用量，一般控制BOD5/TKN>4，一期4个SBR池分别于进水曝气时投加，二期2座P-SBR池分别投加于进水缺氧区，连续投加。
3.6、由于硝化反应对进水碱度要求比较高，经核算总碱度应大于250(以CaCO3计)换算成PH>7，通过对厌氧水解出水平均分析得知为6.77,为提高系统硝化反应能力,增设石灰投加装置一套,投加熟石灰用量为1.5T/D,控制出水碱度应不小于50mg/l,一期进水曝气阶段间歇投加于SBR池中,二期连续投加于2个P-SBR池的主曝气硝化反应区。实际运行中由于二期P-SBR工艺硝化反应能力比较强,只对一期cast池进行了碱度的加药调整。
3.7、盘片式微过滤池为本工程三级处理系统核心单元，设计处理能力5万吨/天，KZ=1.38,反冲洗水直接排入厂区污水管，平面尺寸：18.7*6.5,采用德国琥珀公司专利产品转盘过滤器,设备数量4套,设计进水SS浓度<25mg/l,出水SS<5~10mg/l,滤网孔径10um,水头损失<0.15m,运转方式:压差形成时,间歇运转(水冲1分钟,6次/小时)。
四、试运行效果
本工程2008年元月开始建设,2008年8月30日完工,2008年9月3日开始进入工程试运行阶段，2008年12月30日通过区环保局竣工验收。试运行期间加药装置连续运行了2周左右，二期反硝化液回流泵没有运行，转盘过滤器11月份开始运行，其余设备均正常运行。试运行以来进出水水质见表1、表2。
试运行至今整个升级改造工程已初见成效，具体体现以下几个方面：
4.1、一期采用浮筒式搅拌机，从试运行至今，运行状态良好，明显提高了一期系统总的氮效果。一期总氮合格率8月份为70%，9月份为80%，9月28日浮筒式搅拌器正式投入运行后，10月份一期出水总氮指标合格率达到了100%。系统总氮去除率从10月份的58%提高至11月份的65%。
4.2、转盘过滤器经过设备单机调试、中控联动试运行至今，出水水质得到了明显改善，经过化验室连续检测转盘过滤器进出水水质数据统计分析表明：转盘过滤器出水SS<4mg/l,达到了化验室无法检测出其含量的程度，由于去除了SS，相应降低了其它指标，11月份转盘过滤器COD平均去除率达到：32%，总氮去除率达到：11%，总磷去除率达到56%，氨氮去除率达到：17%。
4.3、原一期生化反应池采用旋混式曝气头，更换成膜片式曝气头后，平均溶解氧上升3mg/l左右，节能80kwh/吨水，每年可节省150万元运行电费及维修费用，同时节约变电所、风机房建设费用近200万元。
4.4、由于原有一期两路DN300风管管径偏小，导致整个污水处理厂厂区噪音很大，新增两路DN300的风管，经过新增空气管上电动阀联动调试运行后，风管噪音明显降低，风管阻力下降，风机效率增加，节能效果明显。
5、存在问题及改进措施
由升级改造工程试运行情况来看，主要有以下问题：
5.1、石灰、淀粉加药装置比较容易堵塞，原设计石灰、淀粉加药装置时已考虑了管道堵塞问题，采用以下多方面措施来控制管道堵塞：
5.1.1、一期、二期共计六个加药点分别采用6台计量泵来计量投加和控制加药，并设置一台计量泵作为冷备用泵，避免管道、阀门切换等带来堵塞问题;
5.1.2、加药设备设置增设停泵自动反洗程序，即停止加药时，反冲洗电磁阀自动打开，计量泵延时5min继续用自来水冲洗加药管道和计量泵，以保证管道内不积存石灰、淀粉等药液，避免管道堵塞;
5.1.3、加药溶解罐、储存罐程序确保一定的搅拌强度，以免罐内石灰、淀粉等存积，同时加药罐、储存罐增设检修人孔、放空管等，考虑定期清理、检修。
5.1.4、2套加药装置共有12根加药管道，采用拉管施工方法，沿程拐弯处共设置了5个加药管道检修口，在每个检修口都分别每根管道都增设了放空检修阀。即使采取了以上措施，在实际加药装置运行过程中，还是出现了堵塞问题，主要堵在计量泵入口处Y形过滤器入口，目前采取以下改进措施，有效改进了加药堵塞问题
5.1.5、原DN32吸液管偏小，改用DN50放空管作为吸液管，并在吸液总管上增设DN50Y形过滤器;
5.1.6、计量泵入口处DN15的Y形过滤器改为DN25，减少吸液管道阻力。
5.1.7、延长反冲洗时间至20min，确保管道内没有积液。通过以上措施，目前石灰加药系统已能正常运行。
5.1.8、在以上改造的基础上，工艺运行时考虑尽量利用工艺原水碳源，减少碳源投加量，实际试运行后二期采用沉砂池出水不经过水解酸化池直接超越至P-SBR反应池，通过此运行工艺改进，二期出水总氮达标率可提高20%左右。减少了碳源的投加量。
5.2、由于转盘过滤器用于升级改造工程在国内还属于起步阶段，设计运行过程中有些不足之处。
5.2.1、多台转盘过滤器运行中必须考虑配水的均匀性;
5.2.2、单台转盘过滤器过水能力有限，对于水量变化较大的污水处理厂来说，瞬时过水能力过大部分势必超越排放，影响出水水质的稳定达标。本工程总投资概算2417.63万元,通过升级改造后，提高了系统水处理能力，使原有出水一级B标提高至一级A标，然而水处理系统能耗却降低了80kwh/千吨水，可为当前SBR工艺污水处理厂升级改造提供参考。
