CASS工藝提標(biāo)改造A2O+MBR工程設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)陜西省咸陽(yáng)市東郊污水處理廠滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，污水管網(wǎng)溢流，尾水排放不能適應(yīng)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，亟需進(jìn)行提標(biāo)改造。鑒于廠區(qū)內(nèi)用地緊張，充分利用現(xiàn)有設(shè)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(shè)施，增加臭氧催化氧化深度處理工藝，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。工程完成后，原CASS工藝?yán)m(xù)批式進(jìn)水模式改造實(shí)現(xiàn)污水連續(xù)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(biāo)準(zhǔn)》（DB61/224-2018）A標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：CASS升級(jí)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)市東郊污水處理廠共兩期工程，設(shè)計(jì)總處理水量20萬(wàn)m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)根據(jù)相關(guān)文件要求，現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》A標(biāo)準(zhǔn)。咸陽(yáng)市冬季污水量較大，污水處理廠滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行的情況下，污水管網(wǎng)存在溢流現(xiàn)象。因此，需要對(duì)東郊污水處理廠擬進(jìn)行提標(biāo)改造，并對(duì)污水廠一二期進(jìn)行提標(biāo)擴(kuò)建。其中二期僅對(duì)A2O中生化池曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，故本文主要介紹一期工程改造設(shè)計(jì)。

1.項(xiàng)目概況

咸陽(yáng)市東郊污水處理廠是咸陽(yáng)市委、市政府確定的城市基礎(chǔ)設(shè)施建重點(diǎn)項(xiàng)目，是全省采用BOT形式投資建成的第一個(gè)現(xiàn)代化城市污水處理廠。東郊污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模日處理城市生活污水20萬(wàn)噸，地面積102畝，該項(xiàng)目采用一次規(guī)劃，兩期實(shí)施的原則，由中國(guó)光大水務(wù)旗下光大水務(wù)（咸陽(yáng)）有限公司投資建設(shè)，本次提標(biāo)改造工程的設(shè)備總包為江蘇通用環(huán)境工程有限公司，建安總包為陜西建工安裝集團(tuán)有限公司。

該項(xiàng)目一期工程于2003年開(kāi)始建設(shè)，采用CASS污水處理工藝，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，2006年10月正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，2015年5月完成了提標(biāo)改造，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

咸陽(yáng)東郊污水處理廠改造前一期工藝流程圖

二期工程于2013年開(kāi)始建設(shè)，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(yùn)營(yíng)；兩期工程總投資3億元，處理后水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

咸陽(yáng)東郊污水處理廠二期工藝流程圖

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(bǔ)充水源排入咸陽(yáng)湖，剩余排入渭河。本次工程主要對(duì)一二期進(jìn)行提標(biāo)改造。

原一期工程采用CASS工藝，經(jīng)粗細(xì)格柵及平流沉砂池預(yù)處理后的污水自流入CASS反應(yīng)池的各個(gè)操作單元中進(jìn)行生化處理。CASS反應(yīng)池反應(yīng)過(guò)程結(jié)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(shè)于CASS反應(yīng)池管廊內(nèi)的離心鼓風(fēng)機(jī)供給。CASS反應(yīng)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(jī)及壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水。

原CASS反應(yīng)池采用鋼砼結(jié)構(gòu)，一期建設(shè)12個(gè)，東、西側(cè)各6個(gè)，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。每個(gè)單元分為生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，單個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸為L(zhǎng)×B×H=57m×18m×6m，反應(yīng)池有效水深為5.5m，總有效容積為67716m3。其中生物選擇區(qū)有效容積為10692m3，主反應(yīng)區(qū)有效容積為57024m3。由于自控缺失，CASS的運(yùn)行為手動(dòng)控制，運(yùn)行周期4小時(shí)，期間對(duì)溶解氧無(wú)調(diào)節(jié)控制，抗沖擊負(fù)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(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。原CASS工藝設(shè)計(jì)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(biāo)?；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(tǒng)，并新建配套膜設(shè)備間。改造后一期工程峰值處理水量達(dá)12萬(wàn)m3/d。

改造后一期（10萬(wàn)噸）A2O+MBR

原設(shè)計(jì)進(jìn)、出水具體指標(biāo)：

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(cè)）

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

2.提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

2.1.設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

表2 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

Tab.2Design influent and effluentquality of upgrading project

2.2.改造工藝

綜合考慮污水廠現(xiàn)狀，目前污水廠沒(méi)有預(yù)留用地，場(chǎng)地非常緊張，而且實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)比原設(shè)計(jì)水質(zhì)高，出水標(biāo)準(zhǔn)提高等多方面因素，本工程一期選擇抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)、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(biāo)改造工藝流程圖

Fig.2 Flow chart of upgrading process

污水經(jīng)預(yù)處理超細(xì)格柵后進(jìn)入?yún)捬醭兀瑓捬醢l(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(jī)物轉(zhuǎn)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(xiàn)生物除磷創(chuàng)造條件。反硝化菌利用污水中的有機(jī)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(dá)到脫氮的目的并使BOD5濃度有所下降。

污水在好氧池中有機(jī)物被微生物生化降解，濃度繼續(xù)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(jī)物的去除、除磷和脫氮等功能。好氧池進(jìn)行有機(jī)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(shè)后缺氧區(qū)2h，正常情況下按好氧區(qū)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)水總氮較高的時(shí)候按缺氧進(jìn)行運(yùn)行[5]。

污水進(jìn)入MBR后進(jìn)行固液分離，通過(guò)MBR膜對(duì)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(fù)荷，MBR池的微生物濃度高，是傳統(tǒng)方法的2~3倍，可達(dá)8000~10000mg/L，容積負(fù)荷高，對(duì)水質(zhì)水量的變化適應(yīng)力強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)。

2.3.現(xiàn)有泵房及格柵改造（一期、二期共用）

現(xiàn)有提升水泵5臺(tái)，流量Q=2100m 3/h，揚(yáng)程 H=16m，功率N=125kw，5臺(tái)全開(kāi)最大提升能力為25萬(wàn)m3/d，可以達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模22萬(wàn)m3/d，但這樣一來(lái)沒(méi)有備用水泵，現(xiàn)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(tái)同型號(hào)水泵作為冷備。

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

2.4.新建超細(xì)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(tǒng)，保障MBR膜的正常運(yùn)行，改造工程新增3組（2用1備）超細(xì)格柵，過(guò)濾精度1mm，單臺(tái)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(tái)（1用1備）；配套無(wú)軸螺旋輸送機(jī)及螺旋壓榨機(jī)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(cè)）

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

對(duì)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(dǎo)流墻，將CASS池重新劃分，增加配水渠、回流渠設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)水。增加離線清洗池設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)MBR膜組件離線清洗功能。

改造后A2O生化池有厭氧、缺氧、好氧及后缺氧區(qū)組成，好氧區(qū)混合液濃度8.0g/l，缺氧區(qū)混合液濃度6-7.0g/l，厭氧區(qū)混合液濃度3-3.5g/l，污泥負(fù)荷0.1kgBOD5/kgMLSS·d，生化池設(shè)計(jì)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(qū)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(jī)利用原有的生化鼓風(fēng)機(jī)，單臺(tái)供氣量220Nm3/min（現(xiàn)有4臺(tái)，3用1備），氣水比7.9：1，出口風(fēng)壓63Kpa。

一期改造工程?hào)|、西兩側(cè)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(shù)7個(gè)，含預(yù)留1個(gè)空位，最大運(yùn)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(shè)備間

東西兩側(cè)各新建一座MBR膜設(shè)備間，配套獨(dú)立的MBR產(chǎn)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、反洗系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)，東西兩側(cè)可獨(dú)立運(yùn)行。膜曝氣系統(tǒng)、加藥及清洗系統(tǒng)東西兩側(cè)共用，集中布置于西側(cè)MBR膜設(shè)備間。

(1)產(chǎn)水系統(tǒng)

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

(2)抽真空系統(tǒng)

由于產(chǎn)水是負(fù)壓系統(tǒng)，伴隨著產(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(tǒng)的最高點(diǎn)設(shè)置管道抽真空系統(tǒng)，排出產(chǎn)水氣體。每個(gè)膜池設(shè)置1套抽真空系統(tǒng)，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(tǒng)

伴隨著清水的抽出，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?hào)|、西兩側(cè)分別設(shè)置1套反洗系統(tǒng)，利用產(chǎn)水進(jìn)行反向沖洗，清水從膜絲內(nèi)側(cè)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(tǒng)配置3臺(tái)反洗泵，2用1備，單臺(tái)反洗泵Q=379 m3/h，H=10m，N=15kW，變頻控制，可同時(shí)對(duì)兩個(gè)系列進(jìn)行反洗，反洗通量30 L/m2.h。

(4)排泥系統(tǒng)

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(shè)計(jì)排泥溜槽及積泥坑，通過(guò)排泥泵將剩余污泥從系統(tǒng)中排出，去往下一處理單元。本工程?hào)|、兩側(cè)分別設(shè)置獨(dú)立排泥系統(tǒng)，每套排泥系統(tǒng)配置3臺(tái)排泥泵，2用1備，單臺(tái)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(tǒng)

通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)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(shè)置5臺(tái)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)Q=176-220Nm3/min，P=40kPa，N=190kW，變頻控制，5臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)，曝氣主管分兩路分別去東、西兩側(cè)MBR系統(tǒng)，中間1臺(tái)風(fēng)機(jī)作為備用風(fēng)機(jī)，兩端設(shè)有切斷閥，可獨(dú)立控制東、西兩側(cè)曝氣風(fēng)量。

另外，本工程MBR膜曝氣系統(tǒng)配套水沖洗裝置，可實(shí)現(xiàn)膜組件曝氣結(jié)構(gòu)件的沖洗清淤，加強(qiáng)膜吹掃效果，有效預(yù)防和緩解膜絲污染。

(6)加藥及清洗系統(tǒng)

A2O+MBR加藥系統(tǒng)包括三部分，①碳源加藥系統(tǒng)，為生物反應(yīng)提供碳源；②鐵鹽加藥系統(tǒng)，采用化學(xué)除磷作為輔助手段；③MBR化學(xué)清洗加藥系統(tǒng)，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(nèi)側(cè)，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(jù)污水處理廠歷史運(yùn)行情況來(lái)看，本工程COD有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)A2O+MBR工藝改造后，預(yù)計(jì)出水COD穩(wěn)定在35mg/L以下，超標(biāo)量不多，增加臭氧催化氧化深度處理，保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?？紤]廠區(qū)用地緊張，臭氧催化氧化設(shè)備間采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸L×B×H＝46.0×27.0×10.5m，設(shè)計(jì)處理規(guī)模11萬(wàn)m3/d，剩余1萬(wàn)m3/d從系統(tǒng)超越，與經(jīng)過(guò)深度處理的污水混合后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)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

由于污水處理廠場(chǎng)地緊張且廠區(qū)臨近高鐵橋，無(wú)法在新建脫水機(jī)房或增加高度，立足在原脫水機(jī)房?jī)?nèi)完成改造。該污泥深度脫水系統(tǒng)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(tǒng)充分?jǐn)嚢?，再通過(guò)特制的帶式污泥深度脫水機(jī)將脫水污泥深度脫水至含水率60%以?xún)?nèi)。該一體化污泥深度脫水系統(tǒng)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(zhuǎn)不及時(shí)，在污水處理廠內(nèi)設(shè)計(jì)污泥料倉(cāng)1個(gè)，容積為150m3，用于污泥的周轉(zhuǎn)臨時(shí)貯存。具體設(shè)備一覽表見(jiàn)下：

表3 污泥深度脫水系統(tǒng)主要設(shè)備一覽表

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

3.擴(kuò)容改造后運(yùn)行結(jié)果

改造污水處理廠于2022年4月陸續(xù)完成改造進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試階段，運(yùn)行以來(lái)出水水質(zhì)穩(wěn)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(jié)語(yǔ)

本工程的實(shí)施充分利用現(xiàn)有CASS池池容，改造為A2O生化池和MBR膜池，在現(xiàn)有構(gòu)筑物和用地范圍基礎(chǔ)上擴(kuò)容改造，本項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。改造污水處理廠自2022年4月試運(yùn)行，2022年8月完成本次提標(biāo)改造工程環(huán)保驗(yàn)收工作。目前咸陽(yáng)東郊污水處理廠一二期運(yùn)行穩(wěn)定，解決了廠區(qū)處理能力不足污水溢流和水質(zhì)不達(dá)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)》（DB61/224-2018）A標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足城市發(fā)展的污水治理需求。

咸陽(yáng)東郊污水處理廠自2006年運(yùn)營(yíng)至2021年底，一期累計(jì)處理污水約3.97億噸，二期工程正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)至2021年底，累計(jì)處理污水2.57億噸，共計(jì)COD消減184677噸，BOD5消減104357噸，氨氮消減16609噸。

咸陽(yáng)市東郊污水處理廠一二期工程的建成投運(yùn)，大大削減了排入渭河的污染物數(shù)量，降低了渭河污染負(fù)荷。作為陜西省首家BOT模式的污水處理龍頭企業(yè)，咸陽(yáng)東郊污水處理廠一二期規(guī)模的建成對(duì)于渭河三年還清目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建綠色生態(tài)長(zhǎng)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(duì)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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