章铭 贾琦琳 柳学伟
机械工业勘察设计研究院有限公司 陕西西安 710043
摘要：随着水环境保护要求不断提高，生态文明建设理念深入人心，污水处理厂改扩建成为保障生态文明建设的重要举措。为更好的推进污水处理厂改扩建项目，分析和总结了国内外学者对其提标改造的实践方案及原理，对改扩建工程中的“改”字打下坚实基础。然后结合关中地区某县污水处理厂改扩建工程，对改扩建工程中的“扩”字进行阐述分析，得出其改扩建项目的最佳方案。
关键字：污水处理厂；改扩建；各项指标
Analysis on Reconstruction and Expansion Scheme of Municipal Sewage Treatment Plant -- a Case Study of a County in Guanzhong Area
Zhang Ming Jia Qilin Liu Xuewei
China JK Institute of Engineering Investigation and Design Co., Ltd.，Xi'an, Shaanxi 710043, China;
Abstract: With the continuous improvement of water environment protection requirements, the concept of ecological civilization construction is deeply rooted in the hearts of the people, and the reconstruction and expansion of sewage treatment plant has become an important measure to ensure the construction of ecological civilization. In order to better promote the reconstruction and expansion project of sewage treatment plant, this paper analyzes and summarizes the practical scheme and principle of upgrading and reconstruction by domestic and foreign scholars, so as to lay a solid foundation for the word "Reconstruction" in the reconstruction and expansion project. Then, combined with the reconstruction and expansion project of a sewage treatment plant in Guanzhong area, the word "expansion" in the reconstruction and expansion project is analyzed, and the best scheme of the reconstruction and expansion project is obtained.
Key words: sewage treatment plant; Reconstruction and expansion; various measures
0引言
近年来，随着我国环境治理工程发展迅速，水环境保护要求不断提高，生态文明建设理念深入人心及在环境治理上采取了一系列重要举措，为环境治理工程的市场发展提供了广阔的平台。城镇污水处理设施建设在将来一段时期内是我国环境治理、水污染治理和污染物减排工作的重点任务[1-2]。
习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”，成为迈向生态文明的重要理论创新，与此同时城市污水处理也成为研究热点。近年来，国内外许多学者对城市水环境治理工程以及污水处理厂提标改造工程进行了大量的研究，得到许多优秀的成果[3-4]，为我国生态文明建设添砖加瓦，然而对污水处理厂改扩建项目研究较少，还没有形成完整研究体系。随着我国城镇化的快速推进，城市人口不断增加，原污水处理厂污水处理容量已经不能满足需要，污水处理扩建依然成为现阶段亟待解决的问题。因此，结合关中地区某县城污水处理厂改扩建项目对其进行研究，污水处理厂改扩建项目主要包括“改”与“扩”两个关键字上，其中“改”字体现在对污水处理厂的提标改造部分，“扩”字则体现在污水处理厂扩建部分；因此改扩建项目方案探析主要体现在对污水处理厂提标改造和扩建两部分的研究，为我国污水处理厂改扩建项目提供参考。
1.污水处理厂提标改造方案探析
城市(镇)污水处理厂改扩建项目涉及污水处理工艺、配套设备、试运行、环境保护等多个方面，为了节约资金，改扩建项目应依据原工艺技术进行优化管理，尽可能采用原有配套设备，科学改造、更新必要设备，提升污水处理效果，致使排放标准满足规范要求。现阶段，主要提标改造的污水处理工艺如下：
1.1 传统活性污泥工艺
在20世纪末期，京津冀等省市依据当时经济及技术要求，建造一些采用传统活性污泥工艺的污水处理厂。基于成官文、冯凯[5-6]对传统活性污泥工艺的研究，针对传统活性污泥工艺提标改造方案归纳得到工艺改造工序，基于原有工艺，改造曝气池，并增加厌氧池、缺氧池或厌氧区、缺氧区，使之具有脱氮除磷的功能；污水处理厂如有加强生物硝化作用，需在曝气池投加填料；然后在二沉池后新设纤维转盘过滤确保出水质量达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标或B标。
1.2 A/O工艺
对于A/O工艺而言，其只能具有除磷与脱氮功能中的一种，而不能同时具有除磷脱氮功能。随着我国环保要求的不断提高，其工艺已经不能满足社会发展的需要，需对其进行提标改造。基于杨登、范荣桂[7-8]对A/O工艺提标改造的研究，可知对A/O工艺的A段进行厌氧、缺氧改造，致使A/O工艺转换成A2/O工艺，最终达到同时生物脱氮除磷效果；此外，对于需要提标至一级A标准的污水处理厂，还需进行深度处理工序。
1.3 A2/O工艺
依据何恭哲、张雯[9-10]对A2/O工艺提标改造的研究成果，可知进水碳源量、技术参数合理性、运行管理措施有效性等因素都影响着A2/O工艺脱氮除磷的效果，进而导致水质要求不达标，因此也要对其进行提标改造。针对污水处理厂运行中影响A2/O工艺脱氮除磷效果的因素，应根据实际情况采取相应的措施，例如出水磷超标则通过增加污泥回流改善二沉池泥水分离作用；生物硝化反硝化效果不佳应往生化池中多添加填料，并投加反硝化碳源，强化生物硝化反硝化作用。此外，对于出水水质要求达到一级A标准时，污水处理厂应采取在二沉出水后增加混凝沉淀、滤池过滤等相应举措，其脱氮除磷效果得到显著提升。
1.4 氧化沟工艺
结合孙银琪、王启涛[11-12]对氧化沟工艺的研究成果，可知其工艺沟道长，利用机械曝气时效果较差；沟道二沉采用泥水分离时污泥沉淀、浓缩效果不佳，此外，污泥回流时也容易对厌氧池、缺氧池造成不良的影响。这些情况皆会导致其工艺的脱氮除磷效果变差，因此，需要对其进行相应的技术改造。因此，氧化沟工艺改造除了需要前置厌氧池、在廊道中设置缺氧段构建A2/O工艺外，还要改善廊道的水动力学条件和二沉池的泥水分离效果，并且采用新举措提升生物脱氮除磷效果。鉴于新构建的A2/O工艺通过排泥生物除磷效果有限，出水水质需达到一级A标准时其氧化沟工艺必须在二沉池后新设效果良好的深度处理措施，提高其净化的效果。
1.5 SBR及其改良工艺
依据李亚峰[13]对SBR及其改良工艺的研究，可知改造其工艺进水方式，改善其运行状态，使其带有A2/O工艺特点；但改造工艺后的脱氮除磷效果往往有限，需投加反硝化碳源，强化脱氮作用，提升生物脱氮效果；进而使其达到标准要求；若需提升到一级A标准时，还要再设置深度处理举措。
综上所述，分别对污水处理厂提标改造的主要工艺进行深入的分析及总结，阐述了改扩建项目中的“改”字，为改造建项目的提供坚实的原理及实践依据。
2污水处理厂改扩建方案探析
2.1工程概况
关中地区某县污水处理厂改扩建项目新增处理规模为10000m3/d的污水处理设备，并对原有20000m3/d污水处理设施进行提标改造，配套建设厂区道路、绿化等；对厂区周围污水收集管网进行改造；新建污水处理厂末端生态湿地。现状污水处理厂设计规模为2万吨/天，工艺流程如下：
污水处理厂进水→粗格栅→污水提升泵站→细格栅→曝气沉砂池→A2/O生化池→二次沉淀池→纤维转盘滤池→紫外消毒→排放至河道。污水处理厂剩余污泥→污泥浓缩脱水间→外运。
2.2现状分析
原污水处理厂进水中主要以生活污水为主。进水中的CODcr、BOD5、SS通过好氧生物处理即可达到处理要求，磷可以通过细菌细胞生理需求的摄取去除，NH3ˉN可通过硝化均可以出水要求，TN可通过反硝化取除，因此在工艺设计时只要满足细菌细胞合成及硝化反硝化即可达到出水标准。
基于以上水质特点，同时结合本项目为中心型污水处理厂的特点，提出了两种具有脱氮除磷功能的工艺方案，一种是采用A2/O工艺，一种是采用表面曝气的改良型卡鲁塞尔氧化沟工艺。
2.3二级处理方案比较
为了确定最优方案，本工程将对“A2/O”和“改良型卡鲁塞尔氧化沟”两个工艺方案进行全面技术经济比较，从而推荐一个最佳方案。对于这两种提标改造工艺，分别从现有设备的利用情况以及工艺流程、设备数量、充氧效率、自控水平、对管理者的要求、占地面积等几方面进行比较，具体情况如表1所示。随着城镇化的推进，其位置由郊区转变为市里，周边也有住户，若改扩建项目占地面积大，则会造成大量的征地，带来额外困难和资金。因此，改扩建占地面积成为主要影响因素之一，要充分考虑。
表1 A2/O工艺与卡鲁塞尔氧化沟工艺比较表
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两个方案在技术上都是可行的，都能满足本工程生化处理阶段的要求。但是，污水处理厂的工艺选择应充分考虑到符合该地区的实际情况，本次在原厂址范围内扩建，整体用地面积受限制，然而卡鲁塞尔氧化沟采用机械曝气，因此池深较浅，整体占地面积较大。A2/O工艺运行稳定可靠，脱氮除磷能力强，占地面积小，且在耐水质、水量的冲击符合能力均优于卡鲁塞尔氧化沟工艺。更符合本地区的实际情况，故推荐本工程二级处理采用A2/O工艺，其改扩建如图1所示。
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图1 关中地区某县污水处理厂改扩建工艺
此外，还通过对“小孔网格反应池+斜板沉淀池”和“高密度澄清池”工艺在技术等各方面的比较，考虑到原污水处理厂内施工时具有管线密布，场地狭小，涉及专业多，不能影响污水处理厂正常工作等因素，最终得到“小孔网格反应池+斜板沉淀池+纤维转盘过滤工艺”工艺运行稳定可靠，运行及维护费用低，模块化结构，易于改扩建，更符合实际情况。
2.4出水水质
关中地区某县污水处理厂正常运行时，其出水水质皆能满足国家《陕西省黄河流域污水综合排放标准》（DB61/224-2018）A标准，其出水水质如表2所示。完全能达到污水处理厂改扩建的要求。
表2 设计出水水质一览表
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3.结论
1、结合国内外学者对城市污水处理厂提标改造方案的研究成果，然后分析总结出传统活性污泥工艺、A/O工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR及其改良工艺等污水处理工艺提标改造方案及原理，为污水处理厂改扩建项目中的“改”打下坚实理论与实践的基础。
2、基于关中地区某县污水处理厂改扩建项目，结合实际情况，对污水处理厂改扩建两种方案进行必选，得到A2/O工艺提标改造为最优工艺；此外，也对小孔网格反应池+斜板沉淀池”和“高密度澄清池”工艺在技术等各方面的比较得出“小孔网格反应池+斜板沉淀池”更符合实际情况。在关中地区某县污水处理厂正常运行后得到优良的出水水质，也侧向证明对原污水处理厂改扩建方案是科学的、合理的，此探究对以后污水处理厂改扩建工程具有指导和借鉴意义。
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