摘 要：随着国务院《水污染防治行动计划》《2016年广东省水污染防治工作方案》《深圳市水务发展“十三五”规划》《深圳市环境基础设施提升改造工作方案（2015-2017年）》等工作要求的贯彻落实，以横岗水质净化厂二期（以下简称横岗二期）由原一级A提标改造至地表准Ⅳ类水为例，通过分析现状污水处理规模、实际出水水质、运行状况及现有的提标改造技术，探讨本工程工艺技术路线，将设计院对本提标改造工程的工艺设计进行核对、反馈并向其提出适用于本项目工程措施的建议，以供周边水质净化厂升级改造工程参考。
关键词：水质净化厂；提标改造；脱氮除磷
按照国家“水十条”的要求，2020 年前城镇污水处理厂出水应达到相应排放标准或再生利用要求。“水十条”的 颁布将带来全国范围内的污水处理厂提标改造热潮。深圳市按照“污水处理标准进入Ⅳ类水时代”的目标，全面推全市水质净化厂提标，超额完成国家“水十条”考核任务，优先实施深圳河、观澜河、龙岗河、坪山河、茅洲河等 5 大流域提标。横岗水质净化厂二期（10万m3/d）提标改造是市提标改造工程重点目录之一，也是我司提标改造重点项目，相关人员及早地跟进，但由于无预留用地，还涉及再生水厂工艺改造，且有“不停产、不减量、不降标”要求，工艺方案的选定历时近一年，期间进行过多版本工艺设计及多次专家评审。最终确定为拆除现状再生水厂，新建高效沉淀池及接触消毒池方案。
1.深圳市横岗水质净化厂二期及横岗再生水
1.1概况
横岗二期位于深圳龙岗区龙城街道嶂背园湖科技园201号，占地总面积4.39ha，无预留用地，服务于横岗街道。设计规模10万m3/d（Kz=1.3），出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准）。二级处理采用改良A2O（PAC辅助化学除磷）+矩形沉淀池；深度处理采用高效快速纤维滤池+紫外线消毒（二氧化氯辅助消毒）。尾水部分排入龙岗河（属龙岗河流域），部分再生回用。
横岗再生水厂位于横岗二期内，占地面积约0.37ha，采用上下层半地下式建设，设计规模5万m3/d，服务于深圳大运中心，信息学院、香港中文大学等学院、龙岗中心城各公园景观用水、市政杂用水及部分工业区用水。再生水厂的进水是横岗二期的尾水，采用超滤膜+臭氧+次氯酸钠消毒工艺，TOT模式运营，合同于2019年8月10日到期。
本次将再生水厂纳入横岗二期提标改造工程中进行工艺改造。
两厂实际出水水质及运行状况分别见下表
表 1 两厂规模及出水水质
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1.2出水水质执行标准
（1）横岗二期
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1）CODcr、BOD5、NH3-N、TP等指标执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的Ⅳ类水标准；
2）粪大肠菌群数执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准；
3）TN≤15mg/L、SS≤8mg/L。
（2）再生水厂
2019年5月，经深圳市节约用水办公室组织召开了《横岗水质净化厂（二期）再生水工艺出水水质标准》专家咨询意见会，确定了再生水出水指标如下：
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1.3提标工艺流程
主要处理工艺流程为粗格栅—污水提升泵房—细格栅—曝气沉砂池—生化池—二沉池—纤维滤池—中间提升泵房—高效沉淀池—紫外线消毒渠—接触消毒池。
工艺流程图
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2.现有提标改造技术分析
2.1强化预处理措施
进水中SS浓度较高、无机物比例偏高或者含有工业废水等，都会给后续生物处理带来困难，需采取强化预处理措施，主要包括设置初沉池、调节池或者改造现状预处理构筑物。
2.2强化生物处理措施
（1）处理规模减量。针对部分污水厂现状处理量小于其处理能力或近期即将进行扩建工程，改造后的处理水量可以比原设计规模减小的情况，可以降低原生物池的处理水量，相应地降低污染物负荷，保证出水水质稳定达标。
（2）投加填料。采用优化运行技术后，原有生物池处理能力仍然不能满足出水水质要求且新增池容困难时，可在生物好氧池中投加悬浮填料，提高系统的硝化稳定性和相关的反硝化能力。
（3）增设硝化/反硝化设施。原有生物处理段采用强化措施后出水NH3-N和TN仍不达标时，可增设曝气生物滤池、反硝化滤池，并补充外加碳源。
（4）增加碳源。反硝化碳源不足时，可优先采取以下措施：将原有工艺改造为带回流污泥反硝化的生物除磷脱氮工艺及其变型工艺；增设初沉污泥厌氧发酵池；增设厌氧水解池；或者投加外加碳源，如甲醇、乙酸、乙酸盐等低分子及易降解有机物。
2.3深度处理措施
针对SS、TP提标，宜设置直接过滤单元，必要时辅以混凝沉淀措施；针对NH3-N和TN提标，宜设置曝气生物滤池或反硝化滤池。
3.横岗水质净化厂二期提标改造技术路线分析探讨
根据横岗水质净化厂二期进水、出水水质和工艺情况分析，去除的重点是SS、氨氮、TN和TP。本工程的难点为氨氮和TP、且提标改造无预留用地。
3.1TP提标
本工程出水TP浓度要求不高于0.3mg/L，相应的去除率为94%。一般而言，通过具有除磷脱氮功能的生物处理后，出厂水中磷含量可以达到1mg/L，本工程在生物池末端投加化学药剂后可以达到一级A，通过在生物池前端投加碳源后，降低末端出水TP浓度，同时化学辅助除磷，可以达到0.4mg/L以下，但难以保证稳定在0.4mg/L以下。因此，TP是本工程的重点处理项目。不过，在增加化学除磷的深度处理后就能比较容易地保证出水中TP指标达标。
3.2SS提标
本工程要求出水SS浓度不高于8mg/L，相应去除率为94.4%。常规三级处理一般能使出水SS浓度低于10mg/L，但难以稳定达到8mg/L以下，因此，SS是本工程的重点处理项目。不过，在增加深度处理后则容易达标，且本工程原建有高效纤维滤池，更换滤料后更容易保证稳定达标。
3.3NH3-N提标
本工程要求出水NH3-N浓度不高于1.5mg/L，相应去除率为95.7%。提高NH3-N的去除率，保证出水NH3-N达标是提标改造工程的重点，需对现状生物脱氮除磷工艺进行复核：在设计进水水质条件下，要使出水NH3-N达到地表水Ⅳ类标准，应计算现状生物池的水力停留时间是否满足要求。
针对NH3- N提标，计算硝化反应所需容积V0、停留时间T0，计算公式如下：
V0=Q(S0-Se)θc·Yt/1000X ( 1 )
T0=24V0/ Q (2 )
式中So一一反应池进水五日生化需氧量，mg/L ，
Se一反应池出水五日生化需氧量，mg/L
θc一硝化区污泥龄，d
Yt，污泥总产率系数，kgMLSS/kgBOD5
计算现状生物池实际停留时间，并与上述计算结果比较，判断出水NH3-N是否满足地表水Ⅳ类的标准。
虽然TN不在本次提标中，但却是指标中的难点，要达到生物脱氮的目的，完成硝化是先决条件，系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。根据本厂大量的实际运行数据和及其它运转实例，污泥负荷≤0.11kgBOD5/kgMLSSd时，就可以使出水氨氮浓度不高于1.5mg/L，TN浓度不高于15mg/L。
3.4色度提标
本工程原一级A出水没有色度要求，而在横岗二期提标改造方案中，拆除再生水厂膜车间及臭氧氧化设施，但要保留5万m3/日规模的再生水供应，相当于需要给一级A出水进行色度提标。原再生水出水色度≤3度，属高标准，根据深圳节约用水办公室组织专家召开评审会确定的意见，工艺改造后确定色度≤30度。目前应用的废水处理技术上看，能有效去除废水色度的方法有吸附法、混凝法、生物法、膜分离法、化学氧化法以及电絮凝法等。
4.提标改造措施
本次提标改造技术措施的选择以日后出水稳定达标和2019年12月31日（建设工期为3个月）前通水达标为前提，对现状处理工艺进行复核、评价，优先考虑利用原有处理构筑物，针对横岗二期的实际情况，向设计院提出了改进措施和优化建议。
4.1优化运行控制
水质净化厂现有设备能力、操作与控制参数存在一定的调控空间，优先采用优化运行技术，提高系统的脱氮除磷能力。针对NH3-N的提标，本次提标改造工程采用生化池新增智能控制系统，优化运行工艺参数，强化生化处理，去除NH3-N。脱氮除磷处理工艺需气量有所增加，对现状鼓风机的供气能力进行了复核，向设计院建议增加了一台鼓风机，并更换所有曝气器，以便满足供气量需要。
4.2增加深度处理单元
针对TP提标，在经三级处理后新增10万m3/d机械混凝+斜管沉淀的混凝沉淀工艺的高效沉淀池。由于加介质高效沉淀池具有出水水质好，表面负荷高，抗冲击负荷能力强，占地面积小，排泥浓度高，污泥体积少，药耗低，工艺启动迅速，运行维护方便等特点，因此特别适合现状污水处理厂的升级改造。
针对色度提标，深度处理工艺采用本工程的高效沉淀池与粉末活性炭相结合，在高效沉淀池前端，增加一个用于吸附化学沉淀中无法去除的污染物的粉末活性炭接触池，同时与混凝、絮凝相结合，利用活性炭吸附去除水中色度。
对于出水消毒，在标准上并没有进行提标，而是由于工艺流程的需要对消毒设施进行了拆除和新建。为保留5万吨/d再生水用户需求，在拆除再生水厂的同时新建再生水接触消毒池及次氯酸钠投加间。
4.3增大污泥处理能力
无论同步化学除磷还是化学混凝除磷，系统内总磷的去除依靠污泥的排放。由于用地的限制，横岗二期二沉池为矩形沉淀池，污泥沉降效果不理想，根据厂内多年的运行数据和经验，达到同样的化学除磷效果，需要比圆形二沉池投加更多的药剂。本工程提标后，TP降到0.3mg/L情况下约增加干泥量4吨/d。结合深圳市对污泥外运的减量管控还将继续存在，厂内将会出现排泥高峰；因此，向设计院建议增加一台污泥离心脱水机及配套设备，以确保污泥能及时排放，保证出水总磷达标。
4.4调整水位标高
原再生水厂拆除后，留下一个尺寸35.7×42×5.1m的基坑。考虑到使用原基坑以节省工期，原设计布置了一个30.0×30.0×（高7.0+低8.55）m的高效沉淀池（10万m3/d）和一个36.0×36.0的消毒接触池（5万m3/d），按此布置，还需拆除一面基坑墙，对工期影响还是较大。由于送水池与接触消毒池连通，且送水池上方为电缆层和配电间，这就限制了接触消毒池的水位。那么，可以在满足各工艺单元的水力停留时间的前提下通过提升高效沉淀池和接触消毒池的水位，以减小其平面尺寸。为了缩短工期，我们多次与设计院进行沟通，向其反馈情况和提出优化建议。把接触消毒池的水位标高由42.55m调整至46.00m，通过重新调整平面布置后，使高效沉淀池（B×L=35.7×28.4m）和部分接触消毒池布置于原基坑内。不仅节省了投资，而且大大地缩短了工期。
5.建议
（1）水质净化厂的提标改造是一项系统性很强的工程，需分析运营期内实际进、出水水质，对现状各个处理环节进行评价，找出提标改造的重点和难点，结合区域监管政策趋势，并提出相应的对策，及时与设计院进行沟通、反馈，确保提标改造项目动用后出水水质安全、稳定达标。
（2）如果提标改造涉及多种水质标准，应将其相对应的工艺一并考虑，优化设计，提出最经济合理的实施方案。横岗水质净化厂二期(10万m3/d)的提标改造工程融合了再生水厂（5万m3/d）的工艺改造，既节省了投资又给今后的运行管理带来极大的便利，应该是本提标改造工程的一大特色。
（3）水质净化厂中的出水总磷和总氮同时达标是两大难点，当没有针对总氮指标进行工程提标时，应当给予总磷去除率足够的安全系数，以便在出水总氮偏高时能进行偏向脱氮的工艺进行调整。
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