随着水污染防治力度的加大，城镇生活污水处理厂污水量快速增加，且对出水水质标准进一步提高，湖南省某生活污水处理厂改扩建工程采用“A2O 耦合 HPB+矩形二沉池+加砂沉淀池+深床滤池”工艺，此次提标扩容改造均在现状厂区内实施。在不减产停产、不新建生物池、不进行现有生物池土建施工的情况下，改扩建后处理规模从 10 万吨/天增加到 19 万吨/天，且出水水质从《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级 A 标准提高至《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》一级标准。
[关键词]
污水处理厂；提标改造；脱氮除磷；A2O 工艺；HPB
根据国务院发布的《水污染防治行动计划》，明确要求加快污水处理设施建设及改造，目前已有许多污水处理厂通过工程措施将出水水质由一级 A 标准提升至更高标准[。本文针对湖南省某城镇生活污水处理厂改扩建项目，介绍其原位改扩建工艺及改造内容，分析改扩建后运行水量、水质，为有原位改扩建需求的污水处理厂改造提供参考。
根据国务院发布的《水污染防治行动计划》，明确要求加快污水处理设施建设及改造，目前已有许多污水处理厂通过工程措施将出水水质由一级 A 标准提升至更高标准[。本文针对湖南省某城镇生活污水处理厂改扩建项目，介绍其原位改扩建工艺及改造内容，分析改扩建后运行水量、水质，为有原位改扩建需求的污水处理厂改造提供参考。
1 简介
1.1 基本情况
湖南某污水处理厂一期工程 2009 年建成投产，设计规模为 10×104m3/d，污水处理采用 A2O 工艺，尾水经提升后排入河流，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 B 标准；一期提标改造工程 2016 年底建成投产，提标工艺为“高效沉淀池+深床滤池”工艺，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 A 标准。
随着区域内污水收集管网的不断完善、城市人口的不断增加，污水处理厂水量不断增加。根据运行数据统计，该厂 2017年-2019 年日均处理水量达 11.11 万 m3/d，2019 年最高日处理水量达 14.32 万 m3/d，已超出设计规模 1.3 倍。为落实水污染防治行动计划，改善水环境，该厂于 2020 年 9 月启动二期改扩建工程，改扩建完成后处理规模达 19 万 m3/d，出水水质COD、氨氮、TN、TP 四项执行《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》一级标准，其他因子执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 A 标准，设计进水、出水水质如表 1 所示。
1.2 HPB 技术
高浓度复合粉末载体生物流化床(High Concentration Powder Carrier Bio-fluidized Bed，简称 HPB)技术是基于污水生物处理的技术原理，通过向生化池中投加复合粉末载体，提高生化池混合液浓度的同时，构建悬浮生长和附载生长“双泥”共生的微生物系统；并通过二沉池污泥浓缩分离单元(Concentrated Unit)、复合粉末载体回收单元(Recycled Unit)，实现双泥龄，提高生物脱氮除磷效率，可大幅减少碳源投加量，实现污水处理厂绿色低碳运行。
HPB 技术的中试及生产性试验结果表明，应用 HPB 技术后，生物系统运行稳定，污染物去除效率较高，能够实现高效、稳定达标，符合原位提标改扩建工程要求。基于上述试验基础以及多方专家论证，该厂二期改扩建工程选择“A2O 耦合HPB+矩形二沉池+加砂沉淀池+深床滤池”工艺，此次提标扩容改造无需减产停产，且均在现状厂区内实施。
2 提标扩容改造
根据规划，该污水处理厂扩建用地为现状厂区东侧，目前项目用地为生产安置用地，既有棚户区，还有部分村镇企业，征地拆迁难度极大、预计耗时较长、征地拆迁费高、不可控因素多，按期完成二期改扩建项目难度极大。根据测算结果，征拆成本达 5.5 亿元(征地 94 亩)，较原投资估算增加约 4 亿元，项目总投资高达 12 亿元，远超污水处理厂正常投资规模。为节省投资，缩短建设周期，二期改扩建工程在现有污水处理厂范围内进行，既不征地，又达到提标扩容的建设目标。
2.1 改造工艺改扩建工艺如图 1 所示。
2.1.1 A2O 耦合 HPB
2.1.1.1 复合粉末载体
HPB 技术复合粉末载体包括基础载体(DE)和功能性载体(PY)两部分组成，基本性质见表 2。
2.1.1.2 载体投加系统
HPB 技术复合粉末载体通过专用载体投加系统配置成溶液后通过管道输送进入生化池混合液，投加点位置在好氧区前端。
载体投加系统包括以下几个部分：药剂上料单元(含吨袋吊装和振动落料)、药剂分配单元(含除尘)、药剂输送单元、载体溶液配制单元、载体溶液输送单元和电控单元。投加 PY 载体时，由人工直接将载体通过顶部的人工投料口投入溶解罐中，后续过程与 DE 载体相同。由于 PY 载体用量较少且真密度较大，一般不进行单独投加，与 DE 载体一并配制载体溶液，溶解罐中整体浓度不超过 5 %。为避免载体在溶解罐中的沉积，配置载体溶液时需先进中水并打开搅拌，再进载体，载体加入后，溶液需搅拌 5 min 后再启动投加泵。
2.1.1.3 生物载体分离回收系统
HPB 技术复合粉末载体连同其上附着的微生物(即生物载体)可通过专用回收装置截留在生化系统中，减少载体的损失的同时提高生化段污染物去除效率。生物载体回收单元为一体化装置，安装在厂区二沉池底部浓缩污泥进入剩余污泥储泥池的管路上，可将进入回收单元的大于 95 %的生物载体分离后导回到生化池中，延长载体生物的污泥龄。生物载体高效回收的核心在于旋分装置。旋分装置是基于水力旋流分离法原理，将不同颗粒物利用质量差分开。经过旋分装置后，富含生物载体、比重较大的污泥颗粒将通过泵回流至生化池好氧区前端，延长在系统中的污泥龄；悬浮生长微生物为主的、比重较轻的污泥絮团则进入剩余污泥外排工段。通过这样的方式，脱氮微生物等世代周期较长的微生物在载体生物中逐渐占据优势，伴随载体回收延长了在生化系统中的污泥龄，除磷微生物等世代周期较短的微生物则维持着相对较短的污泥龄，从而在生化系统中实现了“双泥龄”。
2.1.2 矩形二沉池
HPB 技术试验结果证实了二沉池水力负荷不应过高，但投加了复合粉末载体后生物池污泥浓度达 10~12 g/L，如果二沉池水力负荷再提高，则会影响沉淀效果，对排泥系统也会造成较大影响，可能发生配水渠堵塞及沉淀池浮泥等情况，因此二期改扩建需新建二沉池。经过综合考虑工艺运行稳定性、土建与设备投资、实施难度、建设工期、检修维护等多方面因素，采用矩形周进周出沉淀池，表面负荷为 0.98 m3/m2·h。
2.1.3 加砂沉淀池
由于现状高效沉淀池设计规模为 10 万 m3/d，无法满足扩建后 19 万 m3/d 的要求，需对其进行扩建。经核算与总图布置，现有场地无法满足新建 9 万 m3/d 高效沉淀池，考虑到加砂沉淀池占地面积小、处理效率较高、运行费用较低、维护方便等优点，扩建部分的混凝沉淀采用加砂沉淀池工艺。
2.2 生化池改造内容
此次改造通过在生化池中投加复合粉末载体，使污泥浓度增加，提高生化池容积负荷，在不新增池容的情况下，将处理规模从 10 万 m3/d 提高至 19 万 m3/d。改造后生化池主要设计参数如表 3 所示。
2.2.1 推流搅拌器
污泥浓度提高后，为保证污泥不沉积，新增推流搅拌设备，同时可提高氧的对流传质效率。每座生化池缺氧段增加 8 台推流搅拌机，好氧段增加 27 台双曲面搅拌机，均采用池顶增加钢制桥安装，不影响正常运行。
2.2.2 硝化液回流
改造前单组生化池硝化液回流比为 50 %，回流泵 2 台，一用一备。改造工程将回流比提高至 200 %，拆除原有回流泵，在好氧池与缺氧池之间的池壁上设 4 台穿墙泵，单台泵流量为3047 m3/h。
2.2.3 污泥回流
改造前污泥回流比为 66 %，污泥回流泵 3 台，2 用 1 备。改造工程将污泥回流比提高至 100 %，原有污泥泵房能力无法满足扩建要求，因此新建一座污泥泵房，并更换原有污泥泵。改造后污泥回流泵共 8 台，6 用 2 冷备，单台流量 1390 m3/h，H=7 m。
2.2.4 曝气系统
改造前曝气系统按 10 万规模设计，无法满足提标扩容要求，且使用年限较长。改造工程将原有曝气系统拆除重建，并对鼓风机房进行改造，将原有 3 台空气悬浮鼓风机(Q=80 m3/min)更换为磁悬浮鼓风机(Q=145 m3/min)。
原标题：HPB 技术在污水处理厂改造中的应用及运行效果
原作者：朱灿耀 宾伟 刘薇薇 吴少华 殷建平 韩红波 易境
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