摘 要：重庆市某污水厂处理规模为 40 × 104 m³ /d，原采用以 A － A2 /O 为主体的二级处理工艺，进水污染物浓度常年偏高于一般城市生活污水，现状生物池池容小、用地受限，TN、TP、SS 的去除是提标改造的关键。提标改造工程采用原工艺，但对生物池进行扩容，并增设高效沉淀池和均质石英砂滤料滤池深度处理工艺。设计中充分利用生物池旁的绿化带和道路用地对生物池进行扩容，并增加搅拌器，设置缺氧好氧转换区，灵活调节缺氧区停留时间，在二级处理单元保证 TN 的去除; 增设深度处理工艺，有效去除 TP 和 SS。通过设置转换井，实现不停产改造。建成运行以来，运行状况良好，出水水质稳定达到一级 A 排放标准。
关键词：提标改造; 脱氮除磷; A － A2/O 工艺
重庆某污水厂是重庆市主城区最重要的大型污水处理厂之一，现状规模为 40 × 104m³ /d /d，采用 A － A2 /O 处理工艺。为了使出水水质从《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 一级 B 标准提高到一级 A 标准，现实施提标改造。
提标改造工程充分发挥二级处理单元的作用，通过对现状生物池的改造保证 TN 去除，再增加深度处理单元保证 TP、SS 去除，该改造方案工程投资省，运行成本低，缺氧、好氧转换区的设置，使得运行灵活，适应性强。通过优化设计，可实现污水厂不停产改造。
1 污水厂改造前运行概况
污水处理厂原设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918—2002) 中的一级B 标准。
原工艺流程见图 1。
对污水厂 2015 年、2016 年两年的实际进水水质数据进行分析，结果见表 1。
从表 1 可知，部分指标( 如 BOD5、COD、TN) 进水浓度全年平均值偏高于一般城市生活污水水质; BOD5/COD 平均值约为 0． 59，可生化性较好; 碳氮比平均值约为 4． 8，可采用生物脱氮; 碳磷比平均值约为 49，可采用生物除磷。
近两年实际进水水温为 14． 7 ～ 32． 0 ℃，其中2015 年全年水温均在 15 ℃ 以上，全年最低水温为15． 1 ℃ ; 2016 年全年水温有两天低于 15 ℃，全年最低水温为 14． 7 ℃。
出水水质如表 2 所示。
2 提标改造工程设计
2.1 提标改造重点难点分析
提标改造工程设计进、出水水质见表 3。
从现状出水水质来看，BOD5已稳定达到一级 A标准，COD、NH3－ N、粪大肠菌群通过调整运行工况( 增加曝气量、增大消毒剂投加量) 可达到一级A标准，TN、TP、SS 则是提标工程需重点考虑的指标。TN 的去除主要依靠生物脱氮，具体措施包括二级生物处理脱氮、深度处理( 如生物滤池) 脱氮等。TP 的去除依靠生物除磷和化学除磷，一般在深度处理阶段设化学除磷单元。SS 主要通过沉淀、过滤去除。
结合设计进出水水质要求，对现状生物处理单元处理能力进行校核。
一级处理单元对 BOD5、COD、SS 的去除率取35% ，对 TN、NH3－ N、TP 的去除率取 5% ，由此确定生物池进水水质如下: BOD5192 mg /L，COD 312 mg /L，SS 195 mg /L，TN 47． 5 mg /L，NH3－ N 33． 2 mg /L，TP 5． 7 mg /L。
统计时段内，生物池实际污泥浓度平均值约为4 428 mg /L，计算时取污泥浓度为 4 000 mg /L，最不利水温取 15 ℃。
缺氧区计算公式如下：
计算得到不同温度下的反硝化速率及需要的缺氧区停留时间，如表 4 所示。
好氧区计算公式如下:
污泥浓度为 4 000 mg /L 时，好氧区需要的停留时间为 6．9 h。考虑到冬季缺氧区需要的停留时间较长，可适当提高污泥浓度，缩短停留时间。当污泥浓度为 5 000 mg /L 时，计算得好氧区需要的停留时间为 5．5 h，缺氧区需要的停留时间为 3．46 h。
现状生物池为推流式，原设计总停留时间为8．9 h，其中选择区 0．3 h、厌氧区 1．53 h、缺氧区2．07 h、好氧区 5．0 h。缺氧区加好氧区总停留时间仅 7． 07 h，不能满足一级A标准的处理要求。
2.3 改造工艺设计
提标改造工程针对 TN、TP、SS 的去除有两种思路。方案一: 二级生物处理单元扩容，延长停留时间，保证 TN 的去除; 增加混凝沉淀过滤深度处理单元保证 TP、SS 的去除。方案二: 深度处理增加硝化、反硝化两级生物滤池去除 TN，增加混凝沉淀过滤单元保证 TP、SS 的去除。两种方案比较，方案一工艺流程更短，工程投资更省，无需外加碳源，运行成本更低，因此采用方案一进行提标改造。
2. 3. 1 二级处理单元改造
现状生物池分区布置见图 2。改造后生物池平面布置见图 3，分区布置见图 4。
充分利用现状生物池旁的绿地，在每组生物池旁增加两条廊道，与现状生物池连通，使生物池总停留时间延长到 11．51 h。改造后，二期生物池选择区停留时间为 0． 3 h，厌氧区停留时间为 1． 53 h，缺氧区( 含缺氧好氧转换区) 停留时间为 4．32 h，好氧区停留时间为 5.36 h，总停留时间为 11．51 h，较原设计总停留时间增加 2．61 h。
将缺氧区末端设置为缺氧、好氧转换区，转换区停留时间为 2． 25 h，设搅拌器，可根据实际水质，通过调整曝气头及搅拌器开闭情况，切换缺氧、好氧状态。若转换区全部按缺氧区运行，缺氧区停留时间最大可达 4． 32 h，此时好氧区停留时间为 5． 36 h。
若转换区全部按好氧区运行，好氧区停留时间最大可达 7． 61 h，此时缺氧区停留时间为 2． 07 h。
其他强化脱氮措施包括: ①现状生物池只设置了选择区和厌氧区进水，改造进水管，增加缺氧区进水点，实现多点进水; ②关闭内回流区域的曝气头; ③预留碳源投加设施，以应对可能出现的水质变化。
2. 3. 2 深度处理设计
深度处理选择高效沉淀池 + 砂滤池过滤工艺。
① 高效沉淀池
高效沉淀池共分为 10 格，机械搅拌区水力停留时间为 103 s，中间反应区水力停留时间为 94 s，快速混合反应区水力停留时间为 9．0 min，推流区水力停留 时 间 为 3．86 min，澄清区设计上升流速为14． 25 m /h，污泥回流比为 2% ～ 5% 。
在机械搅拌区投加聚合硫酸铁溶液，高效沉淀池化学法去除的磷以 0．5 mg /L 计，则聚合硫酸铁原液( 有效铁含量 11% ) 投加量为 32． 8 mg /L。在快速混合反应区投加 PAM，设计最大投加量为 1 mg /L。
斜管直径为 80 mm，长度为 750 mm，安装角度为 60°。斜管区上部设置可推拉式盖板，轻质高强，可分段移动打开，既便于检修维护，又能防止太阳光直射，减少青苔滋生，延缓斜管老化。
② 均质滤料滤池
滤池分为 20 格，单格内空尺寸为 9． 3 m × 16． 3 m，单格过滤面积为 130． 4 ㎡，池总高为 4． 6 m。采用均质石英砂滤料，粒径为 1． 2 ～ 2． 4 mm，滤料厚度为 1． 4 m。采用长柄滤头配水系统。设计平均滤速为 6． 39 m /h，强制滤速为 6． 74 m /h。滤池采用气水反冲洗。单独气冲洗强度为15 L /( s·㎡) ，冲洗时间 2 min; 气水联冲时水冲强度为 3． 0 L /( s·㎡) ，气冲强度为 15 L /( s·㎡) ，冲洗时间 4 min; 单独水冲强度 6． 0 L /( s·㎡) ，冲洗时间 6 min。反冲洗全过程伴有表面扫洗，强度为2． 0 L /( s·㎡ ) 。
2. 3. 3 不停产碰管设计
提标改造工程主要涉及 2 处工艺主管碰管: 二沉池出水总管与深度处理单元进水管碰管; 深度处理单元出水管与消毒池进水总管碰管。由于工程规模较大，工艺主管管径为 DN2 400，且主管上需增设阀门，若按常规设计，则碰管时必然造成污水厂停产，污水直接溢流，势必带来环境污染问题。设计在两处污水主管碰管处设置转换井( 见图 5) ，以转换井代替常规三通，待转换井建好、新增管道安装好后，再对现状管道进行水下切割，可以实现不停产碰管。
3 运行情况
提标改造工程实际出水水质见表 5，达标率为100% 。
4 结语
在污水厂提标改造工程中，通过对现状生物池扩容及增加搅拌器、设置缺氧好氧转换区，实现 TN的有效去除; 增加高效沉淀池和砂滤池去除 TP 和 SS。通过设置污水转换井实现总管碰管不停产。提标工程建成投运以来，出水水质能稳定达到一级 A排放标准。
