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項目概況

西安市第四污水處理廠總占地面積為37.44hm2，服務面積約89km2。一期工程建設規(guī)模為25×104m3/d，二期工程建設規(guī)模為12.5×104m3/d，現(xiàn)有總處理規(guī)模37.5×104m3/d。原出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的一級B標準，其中一期工程2008年10月建成投入運行，2012年11月開始升級改造，2013年8月出水水質穩(wěn)定達到一級A標準。

2    工程概況及改造路線

改造前一期工程工藝流程見圖1。

圖1    升級改造工程工藝流程

原工程存在的問題：（1）原細格柵間隙較大，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。在確保出水總氮達到一級B標準的前提下，生物除磷出水TP在2mg/L以上，只能靠化學除磷來彌補。

本次升級改造的技術路線：

（1）升級改造工程盡可能發(fā)揮現(xiàn)有構筑物的處理能力，減少土建施工工程量，縮短工期，降低對水廠正常生產(chǎn)運行的影響。

（2）脫氮：a.缺氧段引進MBBR技術；b.通過延長缺氧HRT，進一步強化反硝化；c.強化二沉池反硝化作用。

（3）除磷：a.厭氧段引入MBBR技術；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    新增預處理和深度處理措施

（1）在初沉池后增加4臺3.5mm孔徑的回轉式網(wǎng)板超細格柵；

（2）深度處理增加5組濾布濾池，單個設備日處理量50000m3。

3.2    初沉池改造挖掘利用碳源

對初沉池排泥系統(tǒng)進行改造，使初沉池運行個數(shù)從設計的每組6個減少為每組3個，定期分時排泥，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。同時建造初沉池底泥利用設施，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

圖2    一期生化池改造

（1） 對來水的碳源進行合理的分配利用

在厭氧環(huán)境中，PAOs只能利用污水中易降解物質，或經(jīng)過水解發(fā)酵后產(chǎn)生的VFA。釋磷速率與進水中易降解碳源，尤其是VFA的數(shù)量密切相關。反硝化菌對碳源的攝取種類比較廣譜，對VFA的爭奪能力大大強于PAOs。倒置A2/O工藝造成來水中VFA在缺氧段被反硝化菌大量消耗。將污水廠運行模式從倒置A2/O改為正置A2/O，來水全部進入?yún)捬醵?，使水中的碳源?yōu)先用于厭氧段PAOs釋磷反應。

從好氧段劃分出1.6hHRT的區(qū)域將缺氧段HRT從原來的2h延長為3.6h；好氧HRT從8h減少為6.4h。延長了缺氧HRT，充分利用系統(tǒng)內(nèi)碳源強化反硝化效果。系統(tǒng)新增缺氧雙曲攪拌器20臺，φ2500，N=5.5kW。

（2） 投加填料強化脫氮除磷

本工程為國內(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)模應用的工程實例。在國外的污水處理行業(yè)雖有多年的應用經(jīng)驗，但國外普遍規(guī)模較小，無同等規(guī)模和池型的污水處理案例可供參考。厭氧、缺氧MBBR技術未大規(guī)模推廣的主要難點是實現(xiàn)填料的流化狀態(tài)困難，通過水力模型模擬計算，不同密度填料的組合、攪拌機功率位置的選擇、分層能量流場控制等措施解決了多項難題，實現(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，采用無終點循環(huán)模式，無需復雜的填料回流設施。

3.4     強化二沉池反硝化作用

通過實際運行數(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明顯。本工程生化池出水NO3-N濃度基本在13mg/L以下，此時利用二沉池僅僅底部泥層產(chǎn)生的反硝化氣量較少，只會有零星氣泡產(chǎn)生，污泥上浮量也在可接受范圍之內(nèi)，且后續(xù)有濾布濾池單元進行深度處理，因此無總出水SS超標的風險。一期二沉池深4.5m，當泥位接近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太低會導致出水NH3-N超標，DO濃度太高影響終沉池反硝化效果，導致外回流NO3-N濃度升高。同時出水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。

一期主要污染物沿程濃度變化

表2     一期工程改造前后進出水水質對比

5    工程總結

（1）本次升級改造工程通過工藝調整和工程措施對原水中的碳源進行充分的保護和利用，避免NO3-N對厭氧釋磷環(huán)境的破壞，最大限度地利用生物除磷，同時兼顧節(jié)能降耗，現(xiàn)出水穩(wěn)定達到一級A標準。較改造前每年節(jié)省化學除磷藥劑費900萬元，污泥處置費150萬元，噸水電費僅增加0.011元。

（2）通過增加超細格柵降低生物池浮渣量，出水SS經(jīng)過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技術在國內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的首次大規(guī)模應用。該技術無需增加占地，為污水廠提標改造提供了全新的思路。

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