摘要：详细介绍了湖州市碧浪污水处理厂升级改造工程的设计。结合一期工程扩建现状，在原有工艺流程后增加了深度处理单元，采用前置反硝化—曝气生物滤池（BAF）工艺。升级改造后，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
关键词：曝气生物滤池；前置反硝化；污水处理厂；升级改造；
前言
曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）是一种新型污水生物处理技术。该工艺综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用，具有抗冲击负荷、处理效率高、出水水质好、建设投资和运行成本低、便于现有污水处理工艺的后期升级改造等优点。目前，由于该工艺的高效和经济性，应用范围较广，受到环保部门及业内人士的广泛关注和一致好评。
1工程背景
虽然近些年来太湖流域各地区积极加大水污染治理力度，取得一定成效，但太湖流域水环境问题依然严重，边治理、边污染现象依然存在，水环境恶化的趋势还在发展。
湖州市位于浙江省北部、太湖南岸。九五期间，由于太湖水体污染，已经严重影响了太湖流域的人民生活，制约了经济发展。为了治理太湖、缓解太湖水体的污染，市政府决定在湖州市建设几座污水处理厂。碧浪污水处理厂就是其中之一，它位于湖州市碧浪小区，污水处理规模为1×104m3/d，小区采用雨污分流制排水，整个小区的生活污水由污水管道收集后排入该厂处理。一期工程于2002年6月正式调试运行，采用SBR-CASS工艺，出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。
碧浪污水处理厂原有规模为1×104m3/d，其服务范围为外庄和碧浪小区，目前由于市区其他两座污水处理厂均已满负荷运行，部分污水已纳入碧浪污水厂处理，扩大服务范围5.26平方公里，服务人员2.71万人。预计将新增1×104m3/d生活污水，扩建后规模为2×104m3/d，扩建工程总用地面积1.3672公顷（其中净用地面积1.0512公顷），处理出水执行（GB18918-2002）一级B标准，达标后的水排入长湖申航道。
2工程目前存在的问题
图1 一期工程工艺流程图
碧浪污水厂一期工程采用CASS工艺，其生化池分生物选择器、厌氧区和主曝气区，理论上利用生物选择器及厌氧区对磷的释放、反硝化作用以及对进水中有机底物的快速吸附及吸收作用，增强系统的稳定性；同时，曝气区和静止沉淀的过程中都同时进行着硝化和反硝化反应，因而具有除磷脱氮的作用。由于曝气系统存在不足，在实际运行过程中，并未达到预期的处理效果。
并根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）要求，修改单：4.1.2.2修改为：城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准，该污水处理厂出水标准由一级B升级改造至一级A排放标准具有必要性。
碧浪污水厂原一期工程及扩建工程设计进出水水质见表1。
表1 一期工程原设计进、出水水质项目
水质指标设计水质/mg/L
进水出水
CODCr30060
BOD515020
SS20020
NH3-N30
TN4020
TP31
PH6-96-9
3升级改造目标
湖州市碧浪污水处理厂升级改造工程目标如下：
3.1出水水质：碧浪污水厂改造升级工程尾水排入长湖申航道，执行《城镇
污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
3.2布局要求：与原有系统实现完美结合，工程外观新颖、美观、大方，贴
近周围环境的建筑风格。
3.3原系统的部分改造：新增和改造的设施在工艺设计中要求与原有设施合理衔接。
4工程升级改造设计
4.1设计进出水水质
根据碧浪污水厂2006年、2007年和2008年上半年的水质生产报表和已有深度处理系统设计经验分析，具体设计进出水水质如表2所示。
表2 设计进出水水质
项目CODCrBOD5SSNH3-NTNTPPH
设计进水/mg/L≤80≤35≤40≤12≤23≤26-9
设计出水/mg/L≤50≤10≤10≤5≤15≤0.56-9
4.2工艺流程
升级改造工程采用前置反硝化—曝气生物滤池（BAF）工艺，具体工艺流程如图2所示。
图2 碧浪污水厂升级改造工程工艺流程图
4.3工艺设计
本工程设计规模为为2×104m3/d，平均流量为833m3/h，变化系数Kz=1.2，其最大设计流量为1000m3/h。设计的主要生产构（建）筑物包括：集水池、配水井、反硝化曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、管廊、清水池、消毒池、加药间。
4.3.1 集水池
主要功能是接纳CASS池的出水，缓冲CASS来水不均匀，考虑对后续设施的冲击，按1000m3/h流量设计。平面尺寸7.0×8.0m，为地下钢筋混凝土水池，1座，地上部分高为1.4m，地下部分高度为3.9m，调节容积为170m3。同时，在集水池中设计一宽度为1.2m，沟深为2.7m的渠道，用于安装平板微滤机，防止细小颗粒物进入滤池，造成滤池长柄滤头堵塞。
主要设备：平板微滤机1台，设计流量840m3/h，栅前水位2.0m，设备净宽1.1m，栅隙1.5mm，安装角度75°，电机功率1.5KW。污水提升泵（含配套提升导轨偶合底座等设备）4台（3用1备），单台流量为335m3/h，扬程为10.0m，功率18.5KW。
控制方式：集水池内设1台超声波液位计，从低到高共设停泵水位、低水位、正常水位、高水位、警戒水位五个水位，根据水位由PLC自动控制水泵的开停，并设置现场手动控制。同时，另设1台在线硝酸盐氮（NO3--N）测定仪，实时测定来水中NO3--N浓度；自控系统实时监测潜污泵工作台数和集水池内液位，并据此按给定公式（公式可调）折算配水井进水流量。
4.3.2配水井
配水井的主要功能是将来水均匀分配至后续各组滤池中，设计流量为1000m3/h，水力停留时间为3min，平面尺寸为2.7×6.5m，为地上高架式钢筋混凝土水池，1座，地上高度为8m，无用电设备。
4.3.3反硝化曝气生物滤池
反硝化曝气生物滤池主要功能是截留污水中的SS，对处理后污水中的硝态氮进行反硝化，达到脱氮的目的，同时降解污水中的有机污染物。设计流量为833m3/h，回流比为60%，反硝化负荷0.26 kgNO3--N/（m3滤料·d），水力停留时间28min，滤速7.93m/h，过滤面积168 m2，每格56m2，单格平面尺寸7.0×8.0m，为半地下式钢筋混凝土水池3座，地上部分高度为6m，地下高度高度为1.1m。
主要设备：每格反硝化滤池内设有轻质球型生物陶粒滤料207 m3，高度3.7m，滤料粒径4～6mm，滤料低层设有卵石承托层，厚度为300mm，其级配自上而下分别为卵石8～16mm，16～32mm，高度均为150mm。滤池专用长柄滤头每格2744套，型号为Φ21×405mm，安装密度49个/m2，滤池滤板每格56块，尺寸为960×960×102mm。
4.3.4 硝化曝气生物滤池
硝化曝气生物滤池主要功能是截留污水中的SS，对处理后污水中的氨氮进行硝化，同时降解污水中的有机污染物。设计流量为833m3/h，回流比为60%，硝化负荷0.21kgNO3--N/（m3滤料·d），水力停留时间30min，滤速7.93m/h，过滤面积168m2，每56m2，单格平面尺寸7.0×8.0m，为半地下式钢筋混凝土水池，3座，地上部分高度为4.2m，地下部分高度为3.2m。
主要设备：每格硝化滤池内设有轻质球型生物陶粒224m3，高度4.0m，滤料粒径3～5mm，滤料低层设有卵石承托层，厚度为300mm，其级配自上而下分别为卵石8～16mm，16～32mm，高度均为150mm。滤池专用长柄滤头每格2016套，型号为Φ21～405mm，安装密度36个/m2，滤池滤板每格56块，尺寸960×960×102mm。采用单孔膜曝气器曝气系统，单格滤池1950套，型号为Φ60×45mm，安装密度约35个/m2。
3格反硝化滤池与3格硝化滤池分为3组，每组由1格反硝化滤池和1格硝化滤池组成，一一对应布置。在管廊外部滤池平台上，每格滤池设一只就地按钮箱，能集中就地手动控制其电动阀门启/闭；滤池反冲洗采用气水联合反冲洗方式，冲洗顺序为：先气洗5～8min，再气水联合反冲洗5～8min，最后水洗10～15min，气洗强度为50m/h，水洗强度为18m/h。
4.3.5管廊
主要功能是反硝化滤池与硝化滤池之间的通道，并供安放阀门、鼓风机之用，平面尺寸为34.0×4.0m。
主要设备：曝气鼓风机3台（同时工作），单台流量为9.0m3/min，风压6.0mH2O，功率18.5KW，各曝气风机出气管联通，联通管通过阀门切换，根据硝化滤池工况调整运行工作台数。反冲洗鼓风机3台（2用1备），单台流量为18.5m3/min，风压7.0mH2O，功率37KW，根据滤池工况由PLC控制自动运行。同时，管廊内设有电动单轨吊车1台，供设备检修使用。
4.3.6 清水池
主要功能是接纳滤池的出水，存放滤池反冲洗和硝化液回流用水，设计流量Q=1000m3/h，平面尺寸为7.0×8.0m，为半地下钢筋混凝土水池1座，地上部分高度为3.3m，地下部分高度为2.2m，调节容积：250m3。
主要设备：水池内设3台反冲洗泵（2用1备）、3台回流泵（2用1备）和1台超声波液位计，控制潜污泵的运行，中间水池内设正常水位、低水位、停泵水位3个水位值（水位值可调）。反冲洗水泵根据滤池反冲洗自控程序的工作指定工作；当超声波液位计测得液位低于停泵水位时，自动停止工作。回流水泵连续工作当超声波液位计测得液位低于1.5m（该值可调）时，自动停止工作。要求自控系统将实时监测显示回流泵工作台数和中间水池内液位，并据此按给定公式（公式可调）折算硝化液回流流量。
4.3.7消毒池
主要功能是使滤池出水与二氧化氯药剂充分接触，达到消毒杀菌目的，设计流量Q=1000m3/h，平面尺寸8.0×17.0m，为半地下钢筋混凝土水池1座，地上部分高度为2.3m，地下部分高度为1.8m，有效容积为500m3。
4.3.8 加药间
加药间内设有二氧化氯、碳源（乙酸）和化学除磷（PAC）投加系统各1套，主要功能是制备并投加水处理系统中需要的药剂，平面尺寸为23.4×8m，高度5.5m，单层框架建筑物1座。各投加设备系统均自带电控系统，留有与厂区控制系统通讯接口，采用PROFIBUS通讯协议与上位机进行通讯。
主要设备：设有二氧化氯投加系统1套，其中二氧化氯发生器3台（2用1备），单台二氧化氯制备能力为6kg/h（以有效氯计），设备外形尺寸为800×680×1880mm，原料转化率≥80%；化学除磷药剂投加装置1套（含溶药罐、储液池、计量泵配套设施），投加量400kg/d，投加浓度10%；碳源（乙酸）投加装置1套。
5工程设计特点
5.1采用的污水处理工艺具有较高的生物浓度和有机负荷，处理效率高、出水水质好、流程简单、操作管理方便并可省去二沉池等优点。
5.2对于升级改造工程用地面积的有限性和特殊性，即厂内污泥脱水机房以东、扩建CASS池以北的地块，采用该污水处理工艺具有体积小、占地面积省等优点，与其他工艺相比，具有明显优势。
5.3本处理单元其产生的剩余污泥随反冲洗排水定期排除，并随其自流进入厂内原有污水提升泵房，经提升后进入污水二级生化处理系统CASS池，最终作为CASS池剩余污泥的一部分进入厂内污泥处理系统一并处置，实现了与原有系统有效结合。
6结语
随着城镇污水处理厂出水标准的提高，对现有污水处理厂进行升级改造势在必行。碧浪污水处理厂升级改造工程采用了前置反硝化—曝气生物滤池（BAF）处理工艺，投资成本约1280万元，占地面积约1700m2，深度处理单元水处理成本约0.175元/m3污水。在设计过程中，设计者在充分利用原有设施的基础上进行改造并对原有系统做了进一步的优化，使工程设计更加合理，同时也为国内类似污水处理厂的设计提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]郑俊，吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社，2005
