一文总结上海中心城区污水厂提标改造
导 读
通过“十三五”期间上海中心城区污水处理厂提标改造及新建工程的实施经验，就已有污水处理厂提标改造涉及改造切换方面要点、污水处理厂建成后的调试过程要点、污水处理厂整体设计优化方面要点等方面，提出需关注的重点内容。
引用本文：蒋玲燕. 上海中心城区污水处理厂提标改造工程调试总结及设计建议［J］. 给水排水，2024，50（1）：52-56，65.
本文通过“十三五”期间上海市中心城区污水处理厂提标改造及新建工程实施经验，从改造切换、调试要点、设计优化等方面总结工程经验，为今后污水处理厂提标改造提供技术参考。
1 污水处理厂提标改造工程切换及要点
本轮提标改造工程，在原二级排放标准的基础上，普遍采用减量后串联深度处理，同步扩建全流程处理系统的总体原则。因此，为实现全流程污水处理，必然会面临的前后设施、新旧设施之间的改造切换。往往此类切换改造，涉及全厂停水、停气和停电、单路供电及多次操作，对现状设施的正常生产影响较大。
以某厂为例，该厂主要处理城区北部污水，规划服务面积150km²，服务中心城区人口70万人。该厂2002年9月建成通水，采用一体化活性污泥法工艺，设计处理水量40万m³/d，出水达到GB 18918-2002的一级B排放标准，尾水排放入长江。污泥干化焚烧系统于2003年7月开始建设，2004年11月投运，为国内首座污泥干化焚烧处理厂。根据要求，该厂需实施污水提标改造工程，出水水质提高到一级A标准，需在2017年底完工。新建：1座综合池、1座溢流水调蓄池、中间提升泵房、高效沉淀池、新建反硝化深床滤池、滤池反洗风机房、反洗废水池、乙酸钠投加间、扩建加氯加药间系统设备。改造：对现有进水泵房、一体化生物反应池、除臭设施设备进行改造。为了贯彻《上海市城镇排水污泥处理处置规划》确定的规划方案，需对该厂现有污泥处理设施进行改造完善及扩容新建，建设规模为72tDS/d，预计2018年建成。污水提标改造工程涉及进水泵房改造、出水箱涵与深度处理对接、厂内生产废水改接等影响污水处理厂处理能力的改造工程，需全厂停水、停气、减量等配合，污泥工程则涉及到进厂总变电站扩容改造，需全厂停电配合，因污水处理厂的减量及停产也带来污水输送大幅减量配合，将对全市污水处理及污染物减排造成影响，因此切换方案必须优化再优化。在历经17余次修改优化后，通过加快施工进度、交叉施工作业、生产应急措施等，全厂停产时间由71 h缩减至16 h，形成最终施工方案和生产配合方案，并于2017年11月6日在污水输送公司、污水处理厂、建设单位、施工单位的通力合作下，完成污水、污泥工程切换改造，实际历时13.5 h。与此类似的情况，也发生在竹园、白龙港等污水处理厂。
总结本轮工程的切换改造，得到的经验供借鉴，主要是：
（1）优化设计方案。在设计方案阶段，即要充分考虑到可能涉及到的影响产能的工程改造，设计方案充分与建设单位、运行单位沟通，优化设计施工方案，尽可能减少甚至不得造成切换点施工对生产的影响。
（2）优化施工组织。通常切换改造的点位不止一处，因此在施工组织时，以影响最大的施工作业为主关键控制单元，安排多支队伍，同时合并施工，多项作业同时开展。同时，施工的工艺也需优化，例如采用快速封堵、临时排水措施投入等等，为施工创造条件，减少对生产过程的影响。
（3）生产的紧密配合。在确保不对环境造成次生灾害的前提下，需要运行单位统筹把握停产范围、停产时间和产生影响。施工期间的生产运行方案是保障切换改造的关键，这需要管网与污水处理厂之间紧密协作，通常可利用夜间水量较小时作业，并采取投加碳源、间歇曝气等临时措施，确保过程可控，恢复即达标。
2 污水处理厂提标改造工程调试要点
污水处理厂土建完成，设备安装就位后，即可开展调试。调试历程一般分为单机调试、单系统调试和污水联动调试。本轮污水处理厂提标改造工程与新建工程，完工投产任务节点迫使各工程调试与建设必须同步开展，需要紧密的调试组织安排，最终通过各方努力，实现了各工程设计目标。
以某厂为例，该厂设计处理规模为80万m³/d，预处理采用细格栅及曝气沉砂池工艺，生物处理采用AAO及平流沉淀池工艺，深度处理采用高效沉淀池及深床砂滤池工艺，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的一级A标准。该厂调试按照单机调试、单系统调试及污水联动调试的总体思路，考虑到调试所需水量大、调试总体时间要求紧，在调试过程中，部分工艺环节设备的单机调试、单系统调试在全厂水力节点打通后与污水联动调试交叉进行，缩短了整体调试时间。该厂于2018年8月5日进水启动调试，8月29完成生物处理系统调试，10月9日连续7天连续监测出水水质达到排放标准，整体调试工作完成。下面将污水联动调试中的生物系统调试和深度处理调试做进一步描述：
（1）生物系统调试：该厂共4组生物池，每组生物池分两仓，各仓独立运行。生物池出水混合液进入二沉池配水井后重新分配至4组平流式沉淀池。鉴于生物池活性污泥在二沉池可互通，制定了污泥接种、闷曝及间歇进水、连续进水、分组扩大的生物处理系统整体调试思路。
污泥接种阶段：该厂相邻有已投运的污水处理厂，为缩短污泥接种后的驯化调试时间，采用预排临管将已投运污水处理厂的回流污泥作为污泥接种来源的接种方式。该阶段于8月5日10:00开始，分别对4组生物池中的各一仓进行依次接种。污泥接种量可根据调试周期要求、接种来源污泥量、配套污泥处理系统调试进度等统筹考虑，该厂接种量以达到设计污泥浓度为目标进行实际控制。该阶段主要进行生物池液位、污泥接种量、污泥浓度、污泥性状等内容的监测和记录。
闷曝及间歇进水阶段：在接种过程中待生物池液位超过底部曝气管安装高度后启动鼓风机并打开相应的曝气管阀门，同步开始闷曝工作。各生物池根据接种后的活性污泥性状及生物池混合液静置后上清液的水质情况，分别采取了2~4次换水，每次换水采取停止曝气、进水将上清液推流至二沉池、恢复曝气的流程，每次换水约生物池容积的1/2。待该阶段主要进行污泥浓度、沉降比、沉降性能、DO、上清液水质、活性污泥镜检等内容的监测和记录。
连续运行阶段：待通过闷曝及换水的周期性过程，活性污泥沉降性能恢复、生物池混合液静置后的上清液水质达到后续处理工艺的进水水质要求后，可进入连续运行阶段。连续运行启动时可根据实际情况，将水量负荷逐步提升至100%。该阶段需同步启动生物池对应二沉池的相关设施设备，以完成整个生物池及二沉池的联动运行，同时应参照设计及实际运行情况，对内回流比、外回流比、气水比等工艺参数进行调整及优化。
分级扩大阶段：利用生物系统中已完成接种及驯化的活性污泥，对4组生物池中对应的另外未接种的一仓，通过开启其进水及外回流的方式直接进行接种并进入连续运行模式。该阶段需要注意污泥浓度的变化情况，分级扩大后如生物系统污泥浓度降幅过大，需同步按照原污泥接种方式对污泥进行补充。
该厂生物处理系统调试工作共历时24天，累计污泥接种量1191.39tDS。本次调试前期准备工作充分、调试方案制定全面，在实施过程中通过前期预先接种、中期根据运行经验迅速调整工艺运行参数、后期分级扩大全面铺开等手段，结合现场条件进行灵活控制，与工程进度无缝衔接，取得了调试周期短、工艺摸索时间短、出水水质快速达标等成效。
（2）深度处理调试：待生物处理系统进入连续运行模式，二沉池已形成连续出水，深度处理设施进水满足调试需求后，立即开始深度处理调试工作。深度处理调试分为高效沉淀池调试及深床砂滤池调试。
高效沉淀池调试：该厂高效沉淀池调试主要进行了包括单机电动、单机空载调试、电气调试、满负荷通水水力负荷测试、单池峰值流量水力负荷测试、单机负载测试、自控调试、加药间调试、沉淀池与加药间联动调试、PLC通讯调试、工艺调试、加药量优化、系统参数优化等工作。高效沉淀池调试主要需关注加药系统的联动运行、加药量控制及出水水质等内容。
深床砂滤池调试：该厂深床砂滤池调试主要进行了包括单机点动、单机空载测试、电气调试、满负荷通水水力负荷测试、单池峰值流量水力负荷测试、单机带载测试、自控调试、加药间调试、滤池联动调试，PLC通讯调试、工艺调试、加药量优化、系统参数优化等工作。深床砂滤池调试主要需关注加药系统的联动运行、加药量控制及出水水质等内容。
表1 上海市本轮污水处理厂提标改造及新建工程基本情况
注：（1）消毒工艺均采用紫外消毒+辅助次氯酸钠。（2）一级A+排放标准指出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的一级A标准，其中氨氮执行1.5mg/L（水温>12℃）和3.0mg/L（水温≤12℃）、总磷执行地表水Ⅳ类水标准0.3 mg/L。
总结本轮提标改造及新建工程污水处理系统调试，得到的经验供借鉴，主要是：
（1）调试组织机构。污水处理厂调试任务顺利完成的关键是构建权责明确的调试组织机构，明确调试各方职责。整个调试周期较长，涉及建设、运行、施工等多家单位，必须由一家责任单位把握整体全流程调试，并落实到具体责任人员。调试期间要有统一的指令，各方调试人员严格按照调试步骤、操作规程执行。
（2）调试工作机制。由于调试参与单位众多，各家职责分工不同，立场也不相同，需要紧密的信息沟通，因此，有必要建立每日晨会、晚会，每周专题协调推进会，定期召开多级多层面的推进会，建立日报、周报、月度报告等制度。
（3）调试污泥来源。接种污泥来源是污水处理厂高效调试的重要环节。对于改造扩建项目，建议取厂内二沉池回流污泥或者重力浓缩污泥。对于新建工程，建议取周边污水处理厂常规脱水污泥，就地稀释后通过临时管道多点接入生物池好氧区。
（4）调试过程控制。在调试过程中，不仅需要关注出水水质变化，更应该注重过程参数控制。在预处理单元中，应重点关注沉砂池的排砂周期和初沉池的排泥频率；生物处理单元应注重监测溶解氧、污泥浓度、氧化还原电位、污泥沉降性能和污泥龄等过程参数，并及时调控曝气量、污泥内回流量、污泥外回流量、分段进水分配流量、剩余污泥排放周期及日排放量等操作变量；在深度处理单元，应注重各辅助加药装置的加药模式及加药比，气水反冲洗滤池的运行模式及反冲洗频率等过程参数的控制。
（5）调试与自控同步。自控系统是污水处理厂的重要组成部分。但受施工进度影响，往往在开展调试时，自控全无或者仅能实现中控室部分数据接入，随着自控施工完成，许多问题难以与已建成的污水处理系统协同。因此，自控系统同步开展调试，有利于全厂全系统统筹考虑，实现设备、仪表、自控多环节联动，从而更好的实现全厂运行功能。
3 设计优化建议
工程始于设计，在设计阶段有些问题或由于疏忽或现场条件限制未得以充分考虑，导致对运行阶段的长期影响。总结本轮污水处理厂的工程经验，主要建议如下：
（1）关于生产废水回流点。污水处理过程产生生产废水，回流至进厂端与进厂污水混合后进行统一处理的做法广泛运用到污水处理厂的设计建设中。这样的通常做法，使厂区生产废水计入以进水量计的污水处理量中，设计阶段仅考虑这部分废水的回流，但未对其造成的工艺参数、设备选型、运行成本等影响予以单独考虑。建议考虑生产废水的按需按质回流，尽量避免各种生产废水全部回流至前端。滤池反冲洗、二沉池撇渣等相对干净的生产废水，应尽可能回流至二沉池前端或者高沉池前端。回流至全厂进厂前端的生产废水应具备单独计量。污水处理厂设计时，应考虑生产废水对水质水量和运行成本的影响，考虑余量。
（2）关于计量流量计设置。污水处理厂处理的水量完全依靠流量计计量，不准确的计量会给运行管理造成极大的干扰。建议污水处理厂进水、出水、中水回用等管道应采用圆管，并尽可能设计为满管，便于安装计量误差相对较小的电磁流量计。如因场地限制，管道只能设置为矩形箱涵，则必须考虑箱涵管段内的流态、流量计前后管段长度、箱涵施工质量等，以便配套安装的超声波流量计尽可能计量准确。此外，如有条件，流量计所在管段尽可能明管设计，便于维护维修。
（3）关于配水设施。大型污水处理厂来水往往是大范围的城区污水，水量受生产生活习惯和季节影响而波动，而大型污水处理厂因处理设施分组较多，因此配水显得尤为重要。目前，各厂均有配水设施，用于厂间配水或厂内分组配水。目前有固定堰、可调堰、闸门等不同配水形式。从运行经验来看，厂间配水以堰门控制较为理想，便于按照堰高控制配水比例；厂内分组配水以闸门控制为优，便于分组不均时调节。此外，建议在设计时建立水力模型，模拟不同水量变化时厂内配水及水力流程情况，以实现平均分配、差异分配为首要原则，设置渠道、堰门、闸门作为调节措施，并需设置分组计量仪表，与水量调节措施实现联动。
（4）关于工艺技术路线。污水处理的主流工艺段多选用AAO工艺，具体设计时，建议应考虑多点进水和多点回流。对脱氮要求较高时，可考虑好氧段后增加缺氧、好氧工艺段。当水量波动较大时，应尽量避免周进周出二沉池；若因场地条件限制选用周进周出二沉池，则应考虑保持排泥套筒阀畅通的措施。为稳定达到一级A排放标准，设计时普遍采用高效沉淀池与滤池的组合作为深度处理工艺。高效沉淀池应实现除磷加药量可控，建议避免采用加砂高沉池。关于滤池的选型，反硝化深床滤池可作为脱氮的保障措施，但应避免二沉池到高效沉淀池中间过多的跌落与提升，以防充氧影响反硝化功能。此外，水质、水量、主干管网水位、臭气源强等设计边界条件，应尽可能实测，有利于设计参数与运行参数的符合性。
（5）关于除臭系统。上海市城镇污水处理厂均需执行地方标准《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》（DB 31/982-2016）的要求，并在“十三五”期间实施了大气污染物排放控制提标。建议污水处理厂除臭系统应尽量保证源头密封，重点部位、重点设备双层封闭除臭，减少臭气体量，并需设置风向、风速、负压等指示；对于逐渐流行的全地下厂，地下空间尽量自然通风以减少能耗。因臭气成分和浓度差异，应设置不同的除臭分区，采取针对性的除臭处理系统；除臭处理系统应考虑化学+生物组合，并设置进口、过程、排放的指示性在线仪表，以指导工艺参数调整；除臭系统应设置最后一道保险处理环节，尽量避免采用活性炭吸附，处理流程可超越以增加运行灵活性。
（6）设计布局考虑长期运行检修便利性。污水处理厂运行过程中的设施设备检修是常态工作，因此设计时应充分考虑检修工况。设计时应考虑设施设备检修的隔断措施，比如流量计前后设置闸门、提升泵前后设置闸门、提升泵房前后池设置中隔墙和闸门、鼓风机房出风总管连通及隔断措施等；关键流程或者重要辅助设施设备应考虑旁路或者常态备用，例如主流程污水管道设置双路、提升泵房冷却水供应设置常态备用等。
4 结 论
在经历了“十三五”期间大规模的污水处理厂提标改造和新建工程后，上海市已全部实现污水处理厂达到一级A及以上排放标准。在总结本轮工程的设计建设及运行经验，紧密结合污水处理厂本身的特点及面临的政策要求，提出优化建议。新老设施切换阶段应注重切换改造方案的可行性，尤其注意不得或尽量避免对污水处理厂正常运行的影响；污水调试期间，应尤其注意调试组织架构、职责分工及调试过程关注重点；对于总体设计方面，就计量设置、配水环节、工艺设计等方面，结合运行经验提供优化设计建议。上述经验总结，可为今后污水处理厂提标改造工程方案提供可借鉴的参考。
