杨仁凯，张 华，张 双，董立春

(1.重庆大学化学化工学院，重庆 400044；2.重庆市排水有限公司，重庆 400020；3.重庆市三峡水务有限责任公司，重庆 400020)

污水排水量随着城市化进程的推进以及工商业的发展而增长，很多地区现状污水处理厂处理容量已无法满足要求。同时，随着“水十条”的实施，我国城镇污水处理厂排放标准日益严格，污水处理厂亟需提标扩能。目前，我国大部分污水处理厂排放标准执行一级A标准，与此同时，越来越多的省市执行了更加严格的标准，主要污染物排放指标与《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅳ类标准相当，甚至与Ⅲ类标准相当。根据住建部统计数据，2018年底，城镇污水处理厂执行一级A以上排水标准的数量占比达到62.19%。然而，污水处理厂的提标改造中发现，随着城市的发展，污水处理厂邻避效应越来越严重，周围无新增用地，迁建成本又过高。因此，如何实现原址提标扩能、空间资源利用和环境友好最优化，成为污水处理厂改造建设中的难点。地下式和半地下式污水处理厂因节约用地、环境友好，成为近几年行业研究的热点，我国已建成萧山区钱江污水处理厂、广州市石井净水厂、河南省南三环等地下式和半地下式污水处理厂。

重庆市主城区核心区域某污水处理厂于1997年投运，处理规模为4.8×104m3/d，服务面积约为5 km2，服务人口约18万，主要负责处理某核心城区的居民生活污水，根据当时的环保要求，未考虑脱氮除磷功能，且无消毒措施，出水氨氮、TN、TP不能满足现行标准。该污水处理厂急需提标至《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，并扩能1.2×104m3/d。该厂所在区域投运之初尚属郊区，周边居民稀少，负荷率为90.00%，然而，经过多年发展，该区域逐渐被居民区“包围”。本文介绍了该污水处理厂在不增加用地的情况下，结合山地条件因地制宜，实现设备布置的最优化。

1 改造思路

厂址所在地环境敏感度较高，土地资源紧张。地下(半地下)式污水处理厂处于室内全封闭状态，对周围环境影响较小，特别适合在土地空间资源紧张、环境要求高的地区建设，也可以有效防止周边土地贬值。从长远看，也符合资源节约、人与自然和谐发展的科学发展观要求。此次改造设计原则是“经济合理利用土地、工艺先进成熟稳定、构筑物布置尽量集中、竖向设计最少挖填”[1-2]。经多方研讨，决定利用山地地形特点进行原址提标扩能，改造为半地下式污水处理厂，即在坡地开挖后建成的建构筑物存在台阶式地坪，由于台阶式地坪的存在，坡底层和坡顶层能形成各自通向路面的通道。臭气经过高浓度收集处理系统(生物复合滤池除臭工艺)、低浓度收集处理系统(活性炭吸附工艺)两套除臭系统进行收集处理后，通过旁边综合办公楼预留臭气专用排放通道进行高空排放，排放高度约100 m。原设计抗浮能力不足，且部分原有构筑物土建结构已发生破坏，存在严重的安全隐患，因此，需对污水处理厂现有设施进行拆除，在污水处理厂原址就地重建。

1.1 设计进出水水质

本工程污水处理厂尾水最终受纳水体是嘉陵江，原处理工艺无法满足现行标准，依据《重庆市创建国家环境保护模范城市规划》要求，新建、现有污水处理厂出水水质应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。具体设计进、出水水质及处理程度指标如表1所示。

表1 进、出水设计水质Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

2 工艺流程

2.1 一级处理工艺

该厂现一级处理工艺为粗格栅-细格栅-除油曝气沉砂池，考虑到工艺用地空间紧张、产生臭气无增加、丰富的一级工艺运管经验、接收污水中大部分来自商圈的餐厨废水等原因，同时，为有效降低改造成本，本次改造沿用原一级工艺。

2.2 二级处理工艺

通过对进水水质进行可生化分析可知B/C较高，平均值约为0.55，可生化性较好；C/N平均值约为4.8，可采用生物脱氮；C/P平均值约为48，可采用生物除磷。综上，本次提标扩能具备采用生物脱氮除磷工艺条件，TN、TP、SS去除是重点。通过运行经验和研究表明，无法满足一级A排放标准的指标主要是TN、TP、SS[3]。

目前，用于城市污水脱氮除磷的工艺主要有活性污泥法和生物膜法两大类。各种改良型AAO工艺是活性污泥法在地下式污水处理厂应用中的代表，由于其池形规整、脱氮效率高、较好管理等优点被广泛应用于地下式(半地下式)污水处理厂[4-9]。结合实际，本工程如果选择改良型AAO工艺，需将常规的6 m有效水深提高至8 m，且现有用地无法满足该工艺装置的布置需求。

而前置高密池与具有前置反硝化脱氮和硝化功能的两级曝气生物滤池工艺的组合形式具有占地面积小(普通活性污泥法的1/3)、有机负荷高、氧传输效率高、没有污泥膨胀、能够最大限度发挥原水BOD5作用、有效降低碳源费用等优点。结合本工程用地紧张的先天条件限制，核心工艺最终选择具有前置反硝化脱氮和硝化功能的两级曝气生物滤池工艺。

2.3 三级处理工艺

结合进水水质及二级处理工艺，深度处理主要以去除SS为主，由于滤布滤池工程投资和运行费用低、管理方便，特别是具有占地面积小的突出优势，选择滤布滤池作为深度处理。

2.4 消毒工艺

由于是地下式封闭污水处理厂，为进一步提高消防安全，避免使用氯气、二氧化氯及其他强氧化剂(该类消毒药品及制备原料均为危险化学品)，减少构筑物数量，节省用地，消毒工艺采用紫外线消毒。

2.5 工艺流程

工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Process Flow Diagram

3 主要工艺段运行参数

3.1 高效沉淀池

设3个高效沉淀池，单池尺寸为11.5 m×18.5 m，总池深为6.5 m，设计水量为1 250 m3/h，机械搅拌时间为3.0 min，中间反应区停留时间为2.5 min，快混反应区停留时间为10.0 min，推流区停留时间为4.0 min,污泥回流比为3%～5%。斜管直径为80 mm，长度为750 mm，安装角度为60°。

3.2 反硝化生物滤池

3.3 好氧硝化曝气生物滤池

图2 2020年污染物去除效果Fig.2 Effect of Pollutants Removal in 2020

3.4 滤布滤池

设滤布滤池1座，分2格，平面尺寸为8.0 m×11.3 m。单格设置转盘式滤布微过滤器1套，每套设30个滤盘，滤盘直径为2.4 m，单盘有效过滤面积为5.64 m2，设备有效过滤面积为169.20 m2，滤布网孔直径为10 μm。反冲洗时间约占整个运行时间的1/3，即8 h/d。

4 运行效果

本改扩建工程总投资为2.4亿元，于2019年完成环保验收，目前已正式运行。2020年运行数据如图2所示，该污水处理厂平均进水CODCr质量浓度为265.3 mg/L，平均出水CODCr质量浓度为11.5 mg/L，平均去除率为95.6%；平均进水BOD5质量浓度为134.1 mg/L，平均出水BOD5质量浓度为3.4 mg/L，平均去除率为97.5%；平均进水氨氮质量浓度为19.70 mg/L，平均出水氨氮质量浓度为0.08 mg/L，平均去除率为99.6%；平均进水TN质量浓度为29.5 mg/L，平均出水TN质量浓度为9.6 mg/L，平均去除率为67.5%；平均进水SS质量浓度为236.7 mg/L，平均出水SS质量浓度为4.1 mg/L，平均去除率为98.2%；平均进水TP质量浓度为3.3 mg/L，平均出水TP质量浓度为0.2 mg/L，平均去除率为93.9%。从运行数据得出，CODCr、BOD5、SS、TP经常出现进水水质超负荷现象，TN、氨氮几乎未出现超设计指标现象。其中，TN去除率未达到设计去除率，主要原因在于实际进水TN过低，比设计值低41%。出水水质均能稳定达到一级A排放标准。

本工程厂区电耗为1 031万kW·h/a，单价为0.6元/(kW·h)；乙酸钠(冬季进水TN高、C/N较低时投加)耗量为2 377 t/a(20%溶液)，单价为1 600元/t；PAC耗量为3 311 t/a，单价为950元/t(10%溶液)；PAM耗量为44.5 t/a，单价为24 600元/t；自来水耗量为4.6万t/a，单价为4.55元/t；生产运行成本为0.78元/t，运行费用为1 443.86万元。

5 结论

(1)水处理厂改扩建充分考虑了重庆市山地城市空间特性，通过科学运用平面及立体空间布局，合理选择工艺单元，集约化布置，实现吨水用地指标仅为0.36 m2/(m3·d)，远低于国家规定城市污水处理厂规划用地指标中同处理规模的指标[0.95～1.20 m2/(m3·d)]，以及50万m3/d规模以上的指标要求[0.4～0.5 m2/(m3·d)]。

(2)厂界及周边臭气浓度接近于0，H2S含量均低于0.02 mg/m3，排放速率均值为2.5 kg/h，NH3含量均低于0.99 mg/m3，排放速率均值为0.15 kg/h，远低于检测标准限值。厂内臭气通过收集处理后高空排放，各项废气排放指标均低于GB 18918—2002一级标准，环境友好地实现了原址提标扩能运行。

(3)出水水质稳定达到并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。为建设用地紧张、“厂群”矛盾和邻避效应突出的污水处理厂，在不增加用地面积又实现原址提标扩能方面提供了较高的参考和借鉴价值。