摘要：針對陜西省咸陽(yáng)市XX污水處理廠(chǎng)滿(mǎn)負荷運行，污水管網(wǎng)溢流，尾水排放不能適應新的環(huán)保標準，亟需進(jìn)行提標改造。鑒于廠(chǎng)區內用地緊張，充分利用現有設施，將一期原CASS池重新分配，改造為A²O+MBR膜工藝，新建或改造配套附屬設施，增加臭氧催化氧化深度處理工藝，保證出水水質(zhì)穩定達標。工程完成后，原CASS工藝續批式進(jìn)水模式改造實(shí)現污水連續進(jìn)水，處理水量提升至12萬(wàn)m³/d，出水水質(zhì)提升至COD≤30mg/L、NH₃-N≤1.5mg/L、TN≤15mg/L、TP≤0.3mg/L，滿(mǎn)足《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》（DB61/224-2018）A標準。

關(guān)鍵詞：CASS升級改造；A2O-MBR

Designof A2O-MBR Processfor CASS Pool Expansion and Reconstruction

Abstract: In view of the fact that the sewage treatment plant in a city in Shaanxi Province is operating at full capacity, the sewage pipe network overflows, and the tailwater discharge cannot meet the new environmental protection standards, it is urgent to Conduct bid Upgradingand transformation. In view of the shortage of land in the plant area, make full use of the existing facilities, redistribute the original CASS tank in Phase I, transform it into A2O-MBR process, build or transform supporting auxiliary facilities, and add ozone catalytic oxidation advanced treatment process to ensure that the effluent quality is stable and up to standard. After the completion of the project, realize continuous sewage inflowand the sewage treatment capacity will be increased to 120,000 m3/d. The effluent quality was implementd in accordance withthe Discharge standard A of the Integrated Wastewater Discharge Standard of the Yellow River Basin in Shaanxi Province.

Key words：CASS；Upgradingand Transformation；A²O-MBR

陜西省咸陽(yáng)市XX污水處理廠(chǎng)共兩期工程，設計總處理水量20萬(wàn)m³/d，出水水質(zhì)達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準?，F根據相關(guān)文件要求，現有城鎮污水處理廠(chǎng)排放標準執行《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》A標準。咸陽(yáng)市冬季污水量較大，污水處理廠(chǎng)滿(mǎn)負荷運行的情況下，污水管網(wǎng)存在溢流現象。因此，需要對XX污水處理廠(chǎng)擬進(jìn)行提標改造，并對污水廠(chǎng)一二期進(jìn)行提標擴建。其中二期僅對A2O中生化池曝氣系統進(jìn)行改造，故本文主要介紹一期工程改造設計。

1.項目概況

咸陽(yáng)市XX污水處理廠(chǎng)是咸陽(yáng)市委、市政府確定的城市基礎設施建重點(diǎn)項目，是全省采用BOT形式投資建成的第一個(gè)現代化城市污水處理廠(chǎng)。XX污水處理廠(chǎng)總設計規模日處理城市生活污水20萬(wàn)噸，地面積102畝，該項目采用一次規劃，兩期實(shí)施的原則。

該項目一期工程于2003年開(kāi)始建設，采用CASS污水處理工藝，處理后水質(zhì)達到GB18918-2002一級B標準，2006年10月正式投入商業(yè)運營(yíng)，2015年5月完成了提標改造，處理后水質(zhì)達到GB18918-2002一級A標準。

咸陽(yáng)XX污水處理廠(chǎng)改造前一期工藝流程圖

二期工程于2013年開(kāi)始建設，采用改良A2O工藝+纖維濾池工藝，2014年12月正式投入商業(yè)運營(yíng)；兩期工程總投資3億元，處理后水質(zhì)達到GB18918-2002一級A標準。

咸陽(yáng)XX污水處理廠(chǎng)二期工藝流程圖

經(jīng)過(guò)處理的排放水，其中3萬(wàn)噸/日排入電廠(chǎng)作為冷卻水使用，3萬(wàn)噸/日的排放水經(jīng)深度處理后，作為咸陽(yáng)湖補充水源排入咸陽(yáng)湖，剩余排入渭河。本次工程主要對一二期進(jìn)行提標改造。

原一期工程采用CASS工藝，經(jīng)粗細格柵及平流沉砂池預處理后的污水自流入CASS反應池的各個(gè)操作單元中進(jìn)行生化處理。CASS反應池反應過(guò)程結束后，污水通過(guò)纖維濾池后沉淀，上清液經(jīng)潷水器排入紫外消毒渠。生化過(guò)程中需要的氧氣由設于CASS反應池管廊內的離心鼓風(fēng)機供給。CASS反應池產(chǎn)生的剩余污泥和澄清池產(chǎn)生的污泥由排泥泵排入污泥貯存池，由螺桿泵送入一體化的污泥濃縮機及壓濾機進(jìn)行壓濾脫水。

原CASS反應池采用鋼砼結構，一期建設12個(gè)，東、西側各6個(gè)，對稱(chēng)結構。每個(gè)單元分為生物選擇區和主反應區，單個(gè)結構尺寸為L(cháng)×B×H=57m×18m×6m，反應池有效水深為5.5m，總有效容積為67716m3。其中生物選擇區有效容積為10692m3，主反應區有效容積為57024m³。由于自控缺失，CASS的運行為手動(dòng)控制，運行周期4小時(shí)，期間對溶解氧無(wú)調節控制，抗沖擊負荷能力較弱。受CASS工藝自身特點(diǎn)限制，出水脫氮及除磷效果也難以達到更高標準^[1-2]。原CASS工藝設計處理水量10萬(wàn)m³/d，但實(shí)際超過(guò)8萬(wàn)m3/d，出水總氮就會(huì )超標?；诓辉黾诱鞯丶安煌．a(chǎn)改造的考慮，提出CASS池容重新分配改造，分批改造為A2O-MBR系統，并新建配套膜設備間。改造后一期工程峰值處理水量達12萬(wàn)m³/d。

改造后一期（10萬(wàn)噸）A2O+MBR

原設計進(jìn)、出水具體指標：

表1 改造前進(jìn)、出水水質(zhì)

Tab.1Influent and effluentquality beforeupgrading

圖1 改造前CASS池平面布置（西側）

Fig.1 Layout plan of CASS tank beforeupgrading（west side）

2.提標改造工程設計

2.1.設計進(jìn)、出水水質(zhì)

表2 提標改造設計進(jìn)、出水水質(zhì)

Tab.2Design influent and effluentquality of upgrading project

2.2.改造工藝

綜合考慮污水廠(chǎng)現狀，目前污水廠(chǎng)沒(méi)有預留用地，場(chǎng)地非常緊張，而且實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)比原設計水質(zhì)高，出水標準提高等多方面因素，本工程一期選擇抗沖擊負荷能力較強、占地面積小的A2O+MBR工藝^[3]，采用原CASS池容重新分配改造，不增加征地。

圖2 提標改造工藝流程圖

Fig.2 Flow chart of upgrading process

污水經(jīng)預處理超細格柵后進(jìn)入厭氧池，厭氧發(fā)酵菌在厭氧環(huán)境下將污水中可生物降解的大分子有機物轉化為分子量較低的中間發(fā)酵產(chǎn)物，聚磷菌進(jìn)行磷的釋放，為在好氧段進(jìn)行磷的超量吸收實(shí)現生物除磷創(chuàng )造條件。反硝化菌利用污水中的有機物作碳源，將回流混合液中帶入的大量NO₃-N還原為N₂釋放至空氣，達到脫氮的目的并使BOD₅濃度有所下降。

污水在好氧池中有機物被微生物生化降解，濃度繼續下降；氨氮被硝化成NO₃-N。同時(shí)聚磷菌進(jìn)行磷的超量吸收，在排除剩余污泥的過(guò)程中被除去，完成生物除磷^[4]。所以，A2O工藝可以同時(shí)完成有機物的去除、除磷和脫氮等功能。好氧池進(jìn)行有機物的氧化和氨氮的硝化，缺氧池則完成脫氮功能，厭氧池和好氧池聯(lián)合完成除磷功能。溶解氧的控制是MBR同步消化和反硝化的關(guān)鍵，為保證脫氮效果，在好氧池后設后缺氧區2h，正常情況下按好氧區運行，當進(jìn)水總氮較高的時(shí)候按缺氧進(jìn)行運行^[5]。

污水進(jìn)入MBR后進(jìn)行固液分離，通過(guò)MBR膜對污泥混合液中生物相的有效截留，可以提升A2O工藝段生物相濃度，減小生化處理污泥負荷，MBR池的微生物濃度高，是傳統方法的2~3倍，可達8000~10000mg/L，容積負荷高，對水質(zhì)水量的變化適應力強，耐沖擊負荷強。

2.3.現有泵房及格柵改造（一期、二期共用）

現有提升水泵5臺，流量Q=2100m 3/h，揚程 H=16m，功率N=125kw，5臺全開(kāi)最大提升能力為25萬(wàn)m³/d，可以達到設計規模22萬(wàn)m³/d，但這樣一來(lái)沒(méi)有備用水泵，現有泵房也不具備條件增加水泵或更換大功率水泵，改造工程增加2臺同型號水泵作為冷備。

現有粗格柵5臺，格柵后未設閘門(mén)，若1臺格柵檢修，整個(gè)污水處理廠(chǎng)需要停產(chǎn)，改造工程在現有格柵后增設閘門(mén)，實(shí)現格柵檢修不停產(chǎn)，保障污水處理量。

2.4.新建超細格柵

為去除水中絲狀物、毛發(fā)等纏繞性污染物，防止堵塞MBR膜系統，保障MBR膜的正常運行，改造工程新增3組（2用1備）超細格柵，過(guò)濾精度1mm，單臺渠寬1.6m，渠深2.3m，功率1.5Kw，過(guò)水能力12萬(wàn)m³/d。配套沖洗水泵Q=36m³/h，H=94m，N=30kW，2臺（1用1備）；配套無(wú)軸螺旋輸送機及螺旋壓榨機1套，B=320mm，L=11m，N=2.2kW。

2.5.原CASS池改造

圖3 改造后A2O-MBR平面布置（西側）

Fig.3 Layout plan of A2O-MBR after upgrading（west side）

對原CASS池重新分配，改造成A2O生化池及MBR膜池，改造工程拆除部分隔墻，新增部分導流墻，將CASS池重新劃分，增加配水渠、回流渠設計，實(shí)現連續進(jìn)水。增加離線(xiàn)清洗池設計，實(shí)現MBR膜組件離線(xiàn)清洗功能。

改造后A2O生化池有厭氧、缺氧、好氧及后缺氧區組成，好氧區混合液濃度8.0g/l，缺氧區混合液濃度6-7.0g/l，厭氧區混合液濃度3-3.5g/l，污泥負荷0.1kgBOD₅/kgMLSS·d，生化池設計水深5-5.20m；厭氧停留時(shí)間1.30h，缺氧停留時(shí)間2.7h，好氧停留時(shí)間4.8h，后缺氧區停留時(shí)間1.7h，生物處理總停留時(shí)間10.5hr；缺氧池回流厭氧池回流比100%~200%，好氧池回流缺氧池回流比300%，膜池回流好氧池回流比400%。

生化池曝氣鼓風(fēng)機利用原有的生化鼓風(fēng)機，單臺供氣量220Nm³/min（現有4臺，3用1備），氣水比7.9：1，出口風(fēng)壓63Kpa。

一期改造工程東、西兩側共20個(gè)膜池，單個(gè)膜池尺寸6.30m×15.086m×4.0m，有效水深3.2米，膜池中的MLSS濃度8000~10000mg/l。單組膜池可安裝膜件數7個(gè)，含預留1個(gè)空位，最大運行膜面積252,560m²，平均產(chǎn)水通量：19.8L/m².h。

為防止MBR配水渠、回流渠及膜池底部積泥，池底布置穿孔曝氣管進(jìn)行曝氣，形成攪流。

2.6.新建MBR膜設備間

東西兩側各新建一座MBR膜設備間，配套獨立的MBR產(chǎn)水系統、抽真空系統、反洗系統、排泥系統，東西兩側可獨立運行。膜曝氣系統、加藥及清洗系統東西兩側共用，集中布置于西側MBR膜設備間。

(1)產(chǎn)水系統

采用負壓抽吸產(chǎn)水，通過(guò)產(chǎn)水泵的抽吸作用產(chǎn)生負壓從膜絲中抽出濾液，經(jīng)產(chǎn)水管匯總后，去往后續深度處理單元。每個(gè)膜池設置1臺產(chǎn)水泵，共計20臺，另冷備2臺，單臺產(chǎn)水泵Q=300m³/h，H=15m，N=18.5kW，變頻控制。

(2)抽真空系統

由于產(chǎn)水是負壓系統，伴隨著(zhù)產(chǎn)水的抽出，空氣會(huì )在管道中積累，從而影響膜的通量，為了確保濾液中氣體的消除，在產(chǎn)水系統的最高點(diǎn)設置管道抽真空系統，排出產(chǎn)水氣體。每個(gè)膜池設置1套抽真空系統，采用真空發(fā)生器的形式，最大真空抽氣量35NL/s @0-kPa，最大真空度：95-kPa。

(3)反洗系統

伴隨著(zhù)清水的抽出，混合液污泥濃度的濃縮，污泥逐漸在膜絲表面聚積，從而造成膜絲表面阻力的增加。本工程東、西兩側分別設置1套反洗系統，利用產(chǎn)水進(jìn)行反向沖洗，清水從膜絲內側進(jìn)入，反向沖洗膜絲外表面，把聚集的污染物去除。每套反洗系統配置3臺反洗泵，2用1備，單臺反洗泵Q=379 m³/h，H=10m，N=15kW，變頻控制，可同時(shí)對兩個(gè)系列進(jìn)行反洗，反洗通量30 L/m².h。

(4)排泥系統

A2O生化段產(chǎn)生的剩余污泥在MBR膜池中濃縮累積，本工程膜池底部設計排泥溜槽及積泥坑，通過(guò)排泥泵將剩余污泥從系統中排出，去往下一處理單元。本工程東、兩側分別設置獨立排泥系統，每套排泥系統配置3臺排泥泵，2用1備，單臺排泥泵Q=54m³/h，H=10m，N=4kW，10個(gè)膜池輪流排泥。

(5)膜曝氣系統

通過(guò)鼓風(fēng)機對MBR膜組件進(jìn)行吹掃，氣泡沖刷擦洗膜絲表面，有效減少膜絲污染問(wèn)題。本工程設置5臺磁懸浮鼓風(fēng)機，單臺風(fēng)機Q=176-220Nm3/min，P=40kPa，N=190kW，變頻控制，5臺風(fēng)機串聯(lián)，曝氣主管分兩路分別去東、西兩側MBR系統，中間1臺風(fēng)機作為備用風(fēng)機，兩端設有切斷閥，可獨立控制東、西兩側曝氣風(fēng)量。

另外，本工程MBR膜曝氣系統配套水沖洗裝置，可實(shí)現膜組件曝氣結構件的沖洗清淤，加強膜吹掃效果，有效預防和緩解膜絲污染。

(6)加藥及清洗系統

A2O+MBR加藥系統包括三部分，①碳源加藥系統，為生物反應提供碳源；②鐵鹽加藥系統，采用化學(xué)除磷作為輔助手段；③MBR化學(xué)清洗加藥系統，又包括檸檬酸加藥清洗和次氯酸鈉加藥清洗，通過(guò)清洗泵將藥劑打入膜絲內側，反向清洗去除膜絲表面污染物，化學(xué)清洗通量6.0 L/m².h。

2.7.新建臭氧催化氧化

根據污水處理廠(chǎng)歷史運行情況來(lái)看，本工程COD有超標風(fēng)險，通過(guò)A2O+MBR工藝改造后，預計出水COD穩定在35mg/L以下，超標量不多，增加臭氧催化氧化深度處理，保障出水穩定達標?？紤]廠(chǎng)區用地緊張，臭氧催化氧化設備間采用半地下式鋼筋混凝土結構，尺寸L×B×H＝46.0×27.0×10.5m，設計處理規模11萬(wàn)m3/d，剩余1萬(wàn)m³/d從系統超越，與經(jīng)過(guò)深度處理的污水混合后達到排放標準。設計停留時(shí)間1h，臭氧投加量：15mg/L，COD去除量：10mg/L。

2.8.污泥深度脫水改造

由于污水處理廠(chǎng)場(chǎng)地緊張且廠(chǎng)區臨近高鐵橋，無(wú)法在新建脫水機房或增加高度，立足在原脫水機房?jì)韧瓿筛脑?。該污泥深度脫水系統可將污水濃縮脫水至含水率75～85%左右，再加入少量石灰、鋁鐵鹽等助劑，經(jīng)過(guò)污泥混合攪拌系統充分攪拌，再通過(guò)特制的帶式污泥深度脫水機將脫水污泥深度脫水至含水率60%以?xún)?。該一體化污泥深度脫水系統每天可生產(chǎn)含水率60%的污泥40-60噸。污泥經(jīng)過(guò)深度脫水后污泥量約為110m³/d，考慮到后端污泥處置可能帶來(lái)的周轉不及時(shí)，在污水處理廠(chǎng)內設計污泥料倉1個(gè)，容積為150m³，用于污泥的周轉臨時(shí)貯存。具體設備一覽表見(jiàn)下：

表3 污泥深度脫水系統主要設備一覽表

Tab.3List of Main Equipment of Sludge Deep Dewatering System

3.擴容改造后運行結果

改造污水處理廠(chǎng)于2022年4月陸續完成改造進(jìn)入運行調試階段，運行以來(lái)出水水質(zhì)穩定，實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表4。

表4實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)（2022年8月—2022年10月）

Tab.4Actual influent and effluentquality（2022/8—2022/10）

4.結語(yǔ)

本工程的實(shí)施充分利用現有CASS池池容，改造為A2O生化池和MBR膜池，在現有構筑物和用地范圍基礎上擴容改造，本項目具有一定的借鑒意義。改造污水處理廠(chǎng)自2022年4月試運行，2022年8月完成本次提標改造工程環(huán)保驗收工作。目前咸陽(yáng)XX污水處理廠(chǎng)一二期運行穩定，解決了廠(chǎng)區處理能力不足污水溢流和水質(zhì)不達標的問(wèn)題。出水水質(zhì)優(yōu)于《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》（DB61/224-2018）A標準，滿(mǎn)足城市發(fā)展的污水治理需求。

咸陽(yáng)XX污水處理廠(chǎng)自2006年運營(yíng)至2021年底，一期累計處理污水約3.97億噸，二期工程正式投入商業(yè)運營(yíng)至2021年底，累計處理污水2.57億噸，共計COD消減184677噸，BOD5消減104357噸，氨氮消減16609噸。

咸陽(yáng)市XX污水處理廠(chǎng)一二期工程的建成投運，大大削減了排入渭河的污染物數量，降低了渭河污染負荷。作為陜西省首家BOT模式的污水處理龍頭企業(yè)，咸陽(yáng)XX污水處理廠(chǎng)一二期規模的建成對于渭河三年還清目標的順利實(shí)現，構建綠色生態(tài)長(cháng)廊，將渭河打造成為關(guān)中城市群的城中河，具有十分重要的意義，同時(shí)，也對進(jìn)一步優(yōu)化咸陽(yáng)城市人居環(huán)境、投資環(huán)境、發(fā)展環(huán)境，提升城市品位和形象發(fā)揮了積極的促進(jìn)作用。

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