1、工程背景
济源市城市污水处理厂一期工程设计规模为5×104 m3/d，采用奥贝尔氧化沟工艺，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准，处理后尾水约3.5×104 m3/d作为循环冷却水回用于沁北电厂。根据要求，该污水厂出水标准需提高到一级A标准。
现状污水厂存在的问题：①粗格栅、细格栅、污泥泵、加药泵等设备运行多年，损坏严重，影响使用功能。②由于进水BOD5/TKN值较低，碳源不足，系统的反硝化能力难以提高;氧化沟采用同步硝化反硝化，外沟的DO浓度较高，造成TN的去除率较低;中沟和内沟转碟推动力不足，沟底混合液流速较低。③根据现状进水水质，出水SS、TP难以达到一级A标准，需要增设去除SS和TP的处理构筑物或措施。④现状二沉池出水直接排放，无消毒系统。
2、提标改造工程设计
2.1 设计进、出水水质
根据2009年1月—2012年12月的每日水质报表，取85%涵盖率指标用于核算实际进水水质参数。出水水质要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，出水排入蟒河。
本工程设计进、出水水质如表1所示。
表1 设计进、出水水质
2.2 工艺流程
二级处理仍采用原奥贝尔氧化沟工艺;三级处理采用混凝沉淀+转盘滤池+紫外线消毒工艺(见图1)。污泥处理采用污泥浓缩池+带式污泥脱水机，含水率≤80%，泥饼外运。
图1 污水处理工艺流程
2.3 提标改造工程内容
提标改造工程内容见表2。
表2 提标改造工程内容
2.4 主要构筑物设计
2.4.1 粗格栅及进水泵房(改造)
格栅设备更新，在现状构筑物内部进行。
回转式机械格栅除污机部分耙齿损坏，影响使用功能，造成大的颗粒物穿透，加重后续处理工段的处理负荷，更换粗格栅2台，格栅宽度为1.20 m，格栅深度为6.85 m，栅条间隙为20 mm，格栅安装倾角为70°，配电功率为1.1 kW。
2.4.2 细格栅及曝气沉砂池(改造)
格栅设备更新，在现状构筑物内部进行。
细格栅共3台，其中1台格栅已损坏严重，更换细格栅1台。格栅宽度为1.25 m，格栅深度为1.50 m，栅条间隙为3 mm，配电功率为1.1 kW。
2.4.3 奥贝尔氧化沟(改造)
提标改造工程对奥贝尔氧化沟的改造主要是对其运行工况进行调整，外沟调整为缺氧模式运行，增加内沟至外沟的硝化液回流系统，提高其对TN、NH3-N、COD、BOD5等关键水质指标的去除效果。为了弥补停开外沟部分转碟带来的推动力不足问题，在外沟增加潜水推进器。同时，在中沟、内沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证中沟、内沟的流速不低于0.3 m/s。由于外沟部分转碟停止运行，复核系统的转碟充氧量，保证溶解氧需求。
① 基本参数:半地下式钢混结构,2座,单座规模为2.5×104 m3/d，单池平面尺寸为64.3 m×55.8 m。总池容为11 830 m3，停留时间为11.36 h,外沟池容为6 150 m3，停留时间为5.90 h,中沟池容为3 730 m3，停留时间为3.58 h,内沟池容为1 950 m3，停留时间为1.87 h。泥龄为16 d,污泥负荷为0.081 kgBOD5/(kgMLSS˙d),污泥浓度为4 000 mg/L。污泥回流比为100%。有效水深为4.3 m。
转碟设备:内沟为4组，21片/组;中沟为4组，36片/组;外沟为6组，30片/组。
② 硝化液回流系统
本工程奥贝尔氧化沟没有内沟到外沟的硝化液回流系统，现状运行模式的脱氮效果不能达到一级A标准，对于NH3-N、TN指标，重点考虑增加硝化液回流系统，停开外沟部分转碟以降低溶解氧浓度，创造良好的缺氧脱氮环境，提高系统的NH3-N、TN去除率。
硝化液回流比为200%，单池配备硝化液回流泵2台，两池共4台。混流泵流量为1 000 m3/h，H=25 kPa，N=18.5 kW。
③ 需氧量复核
按照设计进出水水质，复核单个氧化沟理论需氧量为：AOR=8 239.34 kg/d，合343.31 kg/h。
单片转碟充氧能力(理论值)为1.5 kg/h。
外沟转碟全开条件下，充氧量为6×30×1.5=270 kg/h。
中沟转碟全开条件下，充氧量为4×36×1.5=216 kg/h。
内沟转碟全开条件下，充氧量为4×21×1.5=126 kg/h。
④ 外沟缺氧模式调整
提标改造技术目标：外沟溶解氧浓度为0 mg/L,中沟溶解氧浓度为1 mg/L,内沟溶解氧浓度为2 mg/L。
提标改造技术说明：
理论上，中沟、内沟曝气转碟全开，充氧量为216+126=342 kg/h，与理论需氧量343.31 kg/h接近，能满足生化池的充氧需求，实际运行中，考虑氧化沟内微生物对氧气的吸收速率情况，外沟转碟仍需要部分开启，以补充需氧量。同时，外沟转碟部分开启也可以避免外沟出现厌氧环境。
外沟现状共6组转碟，考虑的运行模式为：弯道顶端的2组转碟保留正常开启模式，保证适当的充氧能力，满足部分好氧微生物代谢的最低氧需求，达到平衡状态时，保持池内溶解氧为0 mg/L。弯道转弯处2组转碟备用，根据实际运行情况的水质、水量变化灵活调整。直线段2组转碟停止运行。
⑤ 外沟、中沟、内沟增设推进器
a.外沟。为了弥补外沟转碟设备停开导致的推流动力不足问题，在外沟直线段和弯道顶共增设4台潜水推进器，两池共8套，潜水推进器直径为2.20 m，功率(单台)为7.5 kW。
b.中沟。现状中沟混合液流速较低，仅采用转碟的推进器不足，在中沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证中沟的流速不低于0.3 m/s。
潜水推进器单池增设2台，共4台，潜水推进器直径为2.20 m，功率为5.5 kW。
c.内沟。现状内沟混合液流速较低，仅采用转碟的推进器不足，在内沟增加潜水推进器，强化系统的推流效果，保证内沟的流速不低于0.3 m/s。
潜水推进器单池增设2台，两池共4台，潜水推进器直径为2.20 m，功率为4.0 kW。
2.4.4 混凝沉淀池(新建)
混凝沉淀池前端设潜水轴流泵，用以提升污水，满足整个提标改造工程所需的水头，后端设机械混凝区和斜板沉淀区，主要去除部分悬浮物、BOD5或COD和TP，对色度也有较高的去除率(>90%)。
絮混采用机械混凝。混凝段投加阴离子型高分子混凝剂，增加混凝的速度和效果。沉淀部分采用斜板沉淀。沉淀池出水在顶部通过矩形堰收集。堰的设计能够保证通过沉淀区域出水得到满意的水力分配。污泥聚集在池的底部，由污泥泵定期抽至污泥处理系统。
混凝沉淀池设计规模为5.0×104 m3/d，平面尺寸为49.45 m×12.40 m，有效水深为4.50 m，混凝时间为8.6 min，斜板沉淀区上升流速为1.8 mm/s，斜板水平倾角为60°，斜板区高度为1.0 m，超高为0.45 m，清水区高度为1.0 m，配水区高度为1.5 m，排泥区高度为1.0 m;潜水混流泵3台，Q=1 000 m3/h，H=35 kPa，N=22 kW;混凝搅拌机2台，桨叶外缘线速度为0.7 m/s，N=1.1 kW;剩余污泥泵3台(3用1备)，Q=170 m3/h，H=80 kPa，N=15 kW。
2.4.5 过滤消毒池(新建)
本工程过滤与消毒系统合建，设计规模为5.0×104 m3/d，平面尺寸为12.0 m×11.8 m。过滤工艺采用较先进的转盘滤池，采用紫外线消毒。设置转盘式微过滤装置3台，D=2.2 m，滤布网孔直径为10 μm，N=1.1 kW;紫外线模块组1套，灯管模块数为12个，每个模块的灯管数为8个，灯管总数为96支，功率为30 kW。
2.4.6 碳源投加系统(改造)
在现状构筑物内部改造。
提标改造工程采用醋酸作为外加补充碳源，投加点设于生物反应池，当进水BOD5/TN值偏低或反硝化效果不好时，可予以补充碳源，实现尾水TN达标排放。
现状厂区已经有碳源投加用房及完整的碳源投加设备，目前被作为PAC加药装置使用，但药剂对罐体已经造成了腐蚀。本次提标改造工程，考虑恢复其原来的碳源投加功能，厂区新建PAC加药系统。
碳源采用冰醋酸，浓度90%以上，当反硝化去除TN效果不能保证时(尤其在冬季低温条件下)，作为备用保障措施向构筑物内投外加碳源强化生物脱氮，提高TN去除率，醋酸经在线稀释后分别投加在缺氧区前段，以充分混合进行反硝化。
碳源的投加量与污水C/N有关，可通过下式计算：
FZ=2.85N0+1.71N+DO (1)
式中FZ——醋酸用量,g/m3
N0——初始的NO3--N 浓度，mg/L
N——初始的NO2--N 浓度，mg/L
DO——初始的DO浓度，mg/L
假设回流的硝化液中仅含有NO3--N ，考虑NO3--N 去除量为15.0 mg/L，则N0=15 mg/L，N=0 mg/L，DO=2 mg/L;FZ=44.75 g/m3，则每天的醋酸投加量为2 237.5 kg/d。
设备配置不锈钢醋酸储罐1套(利用现状储罐)，有效容积为70 m3;醋酸投加泵2台(1用1备)，变频泵,Q=1 000 L/h，H=600 kPa，P=0.75 kW。
2.4.7 污泥泵站(改造)
对污泥泵站进行维修养护，更换污泥回流泵和剩余污泥泵各1台。污泥回流泵Q=500 m3/h，H=30 kPa，N=11 kW;剩余污泥泵Q=70 m3/h，H=120 kPa，N=7.5 kW。
2.4.8 污泥脱水机房(改造)
对污泥脱水机房进行维修养护，更换进泥泵和加药泵各1台。进泥泵Q=6~30 m3/h，H=120 kPa，N=5.5 kW;加药泵Q=3 m3/h，H=100 kPa，N=2.2 kW。
2.4.9 加药除磷系统(新建)
根据化学除磷的要求，新建PAC投加系统，结合现状厂区布置，并考虑利用现状PAC加药管线，在碳源投加间的东侧空地设置PAC加药间。
化学除磷药剂采用液态聚合氯化铝(PAC)，浓度为10%，经稀释后投加在混凝沉淀池中。
设计PAC投加量为15 mg/L，满足一期工程5.0×104 m3/d污水量需求。投加量为750 kg/d，2%PAC溶液体积为7.5 m3/d，PAC储罐2个，容积为22.5 m3/个;PAC加药装置1套，药剂制备能力为37.5 m3/d，计量泵2台，Q=0~1 000 L/h，N=0.75 kW。
3、结语
济源市城市污水处理厂一期提标改造工程采用强化二级处理+转盘过滤+消毒工艺，采用醋酸作为碳源，提高污水的可生化性，投加PAC提高脱氮除磷效果，并加以紫外线消毒，均保证了出水稳定达标，工程改造经济、技术可行，对类似工程具有借鉴意义。
