根据国家《水污染防治行动计划》和《上海市水污染防治行动计划实施方案》的要求，上海市需实施30多座污水处理厂的新建、扩建及提标改造工作。由于上海市水环境污染中NH3-N、TP问题突出，为确保实现《水污染防治行动计划》下达的水环境治理目标，要求新建及改扩建污水处理厂尾水排放标准不低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准，其中，NH3-N和TP执行地表水Ⅳ类水标准，即NH3-N为1.5mg/L(水温>12℃)和3.0mg/L(水温≤12℃)，TP为0.3mg/L。
上海市某污水处理厂现状处理规模为为3.0万m3/d，该污水厂分两期建设，一期工程处理规模为1.5万m3/d，二期工程建设规模为1.5万m3/d，现状污水厂出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。由于污水厂属太湖流域，为环境敏感区域，为改善太湖流域流域水质，满足上海市环保部门相关要求，污水厂处理规模及尾水出水标准亟需提高。
一、污水处理厂现状分析
1.1 现状概况
污水处理厂现状总规模为3万m3/d，采用塞尔AAC氧化沟工艺，后续对污水厂进行升级改造，增加高效纤维滤池深度处理单元，出水执行一级A排放标准。
1.2 现状进、出水水质
污水厂现状设计进、出水水质如表1所示，污水厂设计进水水质为典型的城镇生活污水，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准，目前污水厂进水水质(表2)低于设计值，年平均值约为设计值的1/2，85%频率水质为设计值70%~90%，出水水质稳定达到一级A标准。
1.3 现状处理工艺
污水厂现状采用脱氮除磷的氧化沟工艺，污水消毒采用紫外线消毒法，污泥处理采用机械浓缩脱水一体机，污水处理工艺流程如图1所示。污水处理厂进水量高峰时已达到或超过设计规模，出水水质能够稳定达到一级A排放标准。因此，一期和二期已建工程工艺流程和设计参数能够较好的适合实际情况，出水能稳定满足一级A排放标准并达标排放，但与NH3-N及TP需要达到的Ⅳ类水的新标准相比，出水NH3-N达到新标准1.5mg/L的合格率只有60%，出水TP达到新标准0.3mg/L合格率的50%。为满足新的排放标准，污水厂现状处理工艺亟需改造。
二、工程设计难点分析
通过对污水厂现状进出水水质的分析，在现场调研的基础上，结合与污水厂运营情况，污水厂已建工程主要存在以下问题。
2.1 现状设备老化、运行效果不佳
粗格栅及进水泵房为一期工程建设，已使用十几年，设备老化、维修频繁、效率低。细格栅沉砂池也为一期工程建设，采用多尔沉砂池工艺。沉砂池现状沉砂设备效率低，螺旋输砂机很难将沉砂提升，导致分离出来的沉砂无法去除，沉砂池现状效果较差。一期氧化沟厌缺氧区污泥搅拌不均匀，存在积泥现象，曝气采用2台倒伞型表面曝气机，无变频装置，调节不便，溶解氧难以控制，维护不便，能耗高。
2.2 进水水质偏淡、管网渗漏严重
目前，进厂污水水质较设计值低，年平均值约为设计值的1/2，85%频率水质为设计值为70%~90%。污水厂服务范围部分老街建设年代久远且道路较窄，现状多为雨污水合流制，雨污水分流改造困难。同时，服务区水系分布较广，有污水截流井30余座，但部分截流井及污水管道年久失修，导致地下水及河水渗漏严重，对污水厂进水水质浓度产生较大影响。
三、现状工艺受限，无法应对提标
常规生物活性污泥法只能满足常规CODCr、BOD5、SS的去除率，但对城市污水中氮、磷的去除有一定限度，仅从剩余污泥中排除氮、磷，其去除率氮约为10%~25%，磷约为12%~19%，氮和磷的去除无法达到新的出水水质要求。因此，本工程必须采用具有生物脱氮除磷功能的污水处理工艺，才能够大幅度削减CODCr、BOD5、SS以及TN、NH3-N、TP等污染物浓度，然后再进行过滤及尾水消毒等后续处理方可达标排放。处理程度为具有除磷和脱氮功能的城市污水二级处理工艺+深度处理工艺。
三、提标改造工艺设计
3.1 设计进、出水水质上海市近年逐步实施市政雨污混接改造，污水管道将进一步完善，地下水渗入量和河水倒灌量将会显著减少，污水浓度逐步上升，综合考虑污水厂水质特点，结合现状运行水质情况，本提标改造工程设计进水水质同现状设计进水水质。出水按环评要求采用一级A+标准(NH3-N和TP执行地表Ⅳ类水标准)。设计进、出水水质如表3所示。
3.2 污水处理工艺流程
本次提标改造工程工艺流程如图2所示。
(1)预处理工艺段
由于现状粗格栅及沉砂池为一期工程建设，建设时间较长，主要设备老化严重，沉砂池处理效果较差。结合污水厂用地布局，并考虑近远期结合，原现状预处理单元废除，新建粗格栅进水泵房及细格栅沉砂池，沉砂池采用沉砂效果稳定的曝气沉砂池，预处理单元土建规模按远期9.0万m3/d建设，设备按近期6.0万m3/d配置。
(2)二级生物处理工艺段
新建生物池：新建生物池采用Bardenpho工艺，设计规模为3.0万m3/d，由厌氧池+缺氧池Ⅰ+好氧池Ⅰ+缺氧池Ⅱ+好氧池Ⅱ组成。好氧池Ⅰ充分硝化处理污水中的TN及NH3-N，转化成NO-3-N，通过好氧池Ⅰ与缺氧池Ⅰ之间的内回流，回流至缺氧池Ⅰ内进行反硝化，而没有通过内回流的NO-3-N则进入缺氧池Ⅱ进行反硝化，为解决第二缺氧池反硝化所需的碳源，通过外加乙酸钠作为碳源，好氧池Ⅱ的主要功能是充氧和吹除氮气。相比其他AAO工艺，Bardenpho工艺能耗更低、抗负荷冲击能力更强。平面尺寸为67.80m×59.10m，有效水深为6.50m，总水力停留时间为18.3h，其中，厌氧池停留时间为1.5h，缺氧池Ⅰ停留时间为4.50h，好氧池Ⅰ停留时间为9.10h，缺氧池Ⅱ停留时间为2.20h，好氧池Ⅱ停留时间为1.00h。混合液回流比为300%，污泥回流比为100%。
现状氧化沟改造：根据现状运行情况，现状氧化沟运行效果较为稳定。但由于部分设备老化，节约氧化沟曝气能耗，需对现状氧化沟进行改造。现状总水力停留时间为18.2h，其中厌氧区停留时间为1.5h，缺氧区停留时间为3.1h，好氧区水力停留时间为13.6h。分别在一期及二期氧化沟内增设4台潜水推流器，通过增设板式曝气设备将氧化沟表面曝气调整为底部爆气，提高曝气设备效率，同时更换厌氧区及缺氧区搅拌器，增设内回流泵等设备，内回流比为300%。
(3)深度处理工艺段
根据污水厂现状运行情况，污水厂出水可稳定达到一级A标准，但NH3-N及TP需达到Ⅳ类水的新标准。出水NH3-N达到新标准1.5mg/L的合格率只有60%，出水TP达到新标准0.3mg/L合格率仅为50%，故深度处理单元重点考虑TP去除，并确保后续SS出水达标。
考虑到近期污水厂进水水质偏淡，深度处理单元近期采用“磁混凝沉淀池+精密过滤器”，并预留远期反硝化深床滤池用地。远期随着污水厂进水水质提升及污水出水标准进一步提高，采用“磁混凝沉淀池+反硝化深床滤池”工艺。
磁混凝沉淀池：磁混凝沉淀工艺是在污泥循环的基础上投加磁粉，微细的磁粉颗粒作为沉淀析出晶核，使得水中胶体颗粒与磁粉颗粒更容易碰撞脱稳而形成絮体，大大提高悬浮物的去除效率。磁混凝澄清池是水沉淀技术的一种创新，具有沉淀效率高、出水水质稳定、占地面积小、抗冲击能力强等优点。磁混凝沉淀池分为两组，每组分6格絮凝池、1座沉淀池，沉淀池平均负荷为19.53m3/(m2•h)。
精密过滤器：为强化出水SS去除效果，在絮凝沉淀池后增加过滤工艺。结合污水厂总体布局、现状进水水质偏淡及出水设计标准，采用占地面积较小的精密过滤器作为过滤单元强化SS去除。土建按远期9.0万m3/d配置，分为3组，每组处理规模为3.0万m3/d，近期安装2台精密过滤器。进水SS≤30mg/L，出水SS≤10mg/L，滤网孔径为20μm，过滤速度≥200m3/(m2•h)，每套精密过滤器配备1台反冲洗水泵。同时，为应对远期出水标准进一步提升，本提标改造工程总图布置预留反硝化深床滤池用地。
(4)尾水消毒工艺段
污水厂处理尾水至周边河道排放，考虑到污水消毒的适应性、安全性及可靠性，接触消毒池采用次氯酸钠消毒。消毒接触时间为30min，次氯酸钠投加量为8mg/L，以满足出水大肠菌群数小于103个/L。
3.3 污泥处理工艺流程
污水厂现状污泥处理采用带式浓缩脱水一体机。经过调查，现状污泥脱水设备污泥浓缩效果不理想，现状在贮泥池增加撇渣管以降低浓度段负荷，且药耗较高。本次提标改造工程考虑采用设置污泥浓缩池+离心脱水机的方式进行污泥处理，浓缩脱水后的污泥提升至污泥料仓。污泥经离心脱水后含水率降至80%以下，脱水后的污泥外运集中堆肥处理。
设计新建污泥浓缩池2座，直径Φ=16m，有效水深为4.5m，污泥浓缩时间为19.30h。污泥脱水机房采用3台离心脱水机(2用1备)，单台处理能力Q=37~75m3/h，近远期通过调整工作时间满足污泥处理要求。
3.4 除臭系统
本工程除臭设计范围是污水处理厂粗格栅进水泵房、细格栅沉砂池、生物池、污泥脱水机房、氧化沟、污泥浓缩池的废气处理。为满足上海市《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》(DB31/982—2016)标准要求，采用离子氧+活性炭吸附的二级处理工艺，即先通过排风机将除臭区域内的废气送入特制的废气集中处理箱内，与同时进入的经过离子发生器的高能量的离子气体在箱体内瞬间混合、反应、分解，后进入后续活性炭反应箱内二次处理，处理达标后的废气通过排气筒排出。
四、运行效果及经济指标分析
本工程深度处理单元于2018年底完成，现已调试运行，污水厂主要出水CODCr≤30mg/L，BOD5≤10mg/L，TN≤10mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，SS≤10mg/L，TP≤0.3mg/L，污水厂出水水质优于设计出水水质标准，具体出水水质如图3所示。
其中，TN、NH3-N及TP去除效果显著，NH3-N和TP可稳定达到地表Ⅳ类水标准，满足污水厂提标出水水质要求。
提标改造工程总投资为28369.57万元，其中建安费为22309.36万元，污水厂工程运行费用主要包括电费、药剂费、水费及人工费，经计算分析提标改造后污水厂单位处理成本为2.513元/m3，单位经营成本为1.811元/m3。
五、结论
该污水厂提标改造工程充分发掘现状构筑物处理能力，保留处理效果较好的现状氧化沟并进行适当工艺改造，新建生物池采用适应性良好的Bardenpho工艺，该工艺抗冲击负荷强，工艺灵活可调，出水效果好。从深度处理单元结合现状进水水质情况分为近远期两阶段实施，近期“高效沉淀池+精密过滤器”工艺，可确保出水水质满足设计要求的一级A+标准。该污水厂选用的提标改造设计工艺先进、技术成熟，运行效果良好，可为南方城市污水厂提标改造工程提供参考。(>
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