污水处理厂二期升级改造设计方案

污水处理厂二期升级改造设计方案一、项目背景与升级必要性随着服务区域城镇化进程加快与产业结构调整，现有污水处理厂一期工程的处理能力、工艺效能与环境管控要求的矛盾日益凸显。一方面，服务范围内常住人口、工业废水排放量年均递增，实际进水负荷已接近一期设计规模的90%，高峰时段存在溢流风险；另一方面，国家及地方最新环保政策对出水水质提出更严格要求，原A/O工艺对总氮、总磷的去除效率不足，出水部分指标难以稳定达到一级A及地方补充标准，亟需通过二期升级改造提升处理能力与水质达标水平。二、现状工艺与问题诊断（一）现有处理工艺与规模一期工程设计规模为5万吨/日，采用“粗格栅+曝气沉砂池+A/O生物池+二沉池+接触消毒池”工艺，污泥处理采用重力浓缩+板框压滤，出水排入区域受纳水体。（二）核心问题梳理1.处理能力不足：实际日均进水量达4.8万吨，超出设计负荷80%，二沉池水力停留时间缩短至2.5小时（设计值4小时），污泥沉降效果受影响，出水SS波动较大。2.脱氮除磷效能短板：A/O工艺碳源分配不合理，缺氧段反硝化菌碳源竞争不足，总氮去除率仅65%；生物池污泥龄偏短（8天），聚磷菌增殖受限，总磷去除依赖化学辅助除磷，药剂成本占比达运行费的30%。3.污泥处置压力：现有板框压滤机处理能力20吨/日（含水率80%），污泥产量随水量增长至25吨/日，脱水后污泥临时堆存占地紧张，资源化利用途径单一（仅外运填埋）。4.自动化与运维短板：在线监测系统仅覆盖COD、氨氮，总氮、总磷依赖人工采样；PLC控制系统未实现工艺参数联动调控，能耗（电耗0.8kW·h/吨水）高于行业标杆值（0.65kW·h/吨水）。三、设计目标与原则（一）总体目标二期升级改造后，污水处理总规模提升至8万吨/日，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB____）一级A标准及地方“准Ⅳ类”补充要求；同步实现污泥减量化（含水率≤60%）、资源化（沼气回收率85%、污泥有机肥转化率70%），系统电耗降至0.6kW·h/吨水以内，构建“低碳高效、智慧运维”的现代化污水处理系统。（二）设计原则1.工艺适配性：结合进水水质（CODcr≤450mg/L、NH3-N≤40mg/L、TN≤50mg/L、TP≤5mg/L）与场地条件（一期预留用地15亩），优先选择成熟可靠、改造成本低的工艺路线。2.低碳资源化：强化生物处理段效能以减少化学药剂投加，同步回收污泥厌氧发酵沼气（设计日产沼气800m³）用于锅炉供热或发电，降低系统碳足迹。3.智慧化运维：搭建“水质-工艺-能耗”联动调控平台，实现工艺参数自动优化、设备故障预警，提升运维效率与稳定性。四、升级改造工艺设计（一）主体工艺选择：改良AAO+深度处理基于现状问题与目标，二期工艺采用“预处理强化+改良AAO生物处理+高效沉淀-滤布滤池深度处理+紫外消毒”的组合工艺，核心创新点如下：生物段升级：在原有A/O池内增设悬浮载体填料（填充率30%），形成“悬浮生长+附着生长”的复合生物系统，提升污泥浓度（MLSS从3000mg/L增至4500mg/L）与抗冲击负荷能力，总氮去除率提升至85%以上。深度处理优化：取消传统二沉池，采用“高效沉淀池（絮凝+沉淀）+滤布滤池（过滤精度10μm）”替代，SS去除率从二沉池的75%提升至95%，出水SS稳定≤5mg/L；高效沉淀池同步强化化学除磷，总磷去除率达90%，出水TP≤0.3mg/L。（二）单元工艺设计1.预处理单元改造细格栅升级：更换原有细格栅为回转式细格栅（栅隙3mm），配套螺旋压榨机，栅渣含水率从85%降至70%，减少后续运输量。沉砂池改造：将原有曝气沉砂池升级为“旋流沉砂池+砂水分离器”，砂粒截留效率从80%提升至95%，避免砂粒磨损生物池曝气头。2.生物处理单元改造池体扩容与分区：利用一期预留用地新建改良AAO生物池（有效容积2.4万m³），设厌氧区（HRT2h）、缺氧区（HRT4h）、好氧区（HRT8h），通过内回流泵（流量1.2万m³/h）强化硝化液回流，回流比从200%提升至300%，保障反硝化碳源充足。曝气系统升级：好氧区更换为微孔曝气器（氧利用率从25%提升至35%），配套变频风机，根据溶解氧（DO）实时调控风量，电耗降低20%。3.深度处理单元新建高效沉淀池：设计表面负荷1.2m³/(m²·h)，采用“机械搅拌絮凝+斜管沉淀”工艺，投加PAC（投加量50mg/L）与PAM（3mg/L），污泥回流比30%，确保总磷稳定达标。滤布滤池：采用自动反冲洗滤布滤池（过滤面积200m²），滤速8m/h，反冲洗周期30min，保障出水SS≤5mg/L。4.污泥处理单元升级浓缩脱水系统：将原有板框压滤机更换为带式浓缩脱水一体机（处理能力40吨/日），污泥含水率从80%降至60%；新增污泥厌氧发酵罐（有效容积1500m³），利用生物池剩余污泥产沼气，日产沼气800m³，用于加热污泥或发电。除臭系统完善：在预处理、污泥处理区域增设生物滤池（填料为火山岩+活性炭，停留时间30s），硫化氢去除率≥90%，氨去除率≥95%，厂界臭气浓度≤20（无量纲）。五、智慧化运维体系构建（一）自动化控制系统升级硬件层：新增总氮、总磷、TPH（总磷在线）、MLSS等在线监测仪表，在生物池、沉淀池关键节点布设DO、ORP、污泥界面仪；升级PLC控制柜，采用工业以太网实现设备间数据交互。软件层：开发“污水处理智慧管控平台”，集成工艺模拟（ASM3模型）、能耗优化（遗传算法调度风机、泵组）、故障预警（基于振动、电流数据分析设备健康度）等模块，实现“水质超标预警-工艺参数调整-设备联动响应”的闭环控制。（二）运维管理优化人员培训：针对新设备（如滤布滤池、厌氧发酵罐）开展专项培训，编制《二期工艺运维手册》，明确各单元操作流程、参数范围及应急处置方案。绩效体系：建立“水质达标率、能耗强度、设备完好率”三维考核体系，将运维人员绩效与系统运行效能挂钩，激励工艺优化。六、效益分析（一）环境效益升级后，年削减CODcr5000吨、NH3-N600吨、TN800吨、TP80吨，出水水质稳定达到准Ⅳ类标准，有效改善区域水体富营养化问题；污泥资源化率从10%提升至70%，年减少填埋污泥1.8万吨，降低土地占用与二次污染风险。（二）经济效益运行成本：生物段效能提升减少化学除磷药剂投加量40%，年节约药剂费80万元；曝气系统变频改造年节电48万kW·h，节约电费38万元；沼气回收年发电29.2万kW·h（或供热146万GJ），收益23万元。资产增值：二期工程投产后，污水处理服务费单价从1.2元/吨提升至1.5元/吨（因水质标准升级），年新增运营收入288万元；污泥有机肥产品年销售额60万元。（三）社会效益项目建成后，区域污水处理能力提升60%，有效缓解雨季溢流风险，保障城市水安全；现代化工艺与智慧运维体系为同类污水处理厂升级改造提供示范，推动行业低碳转型。七、实施保障与风险防控（一）分期实施策略采用“边运行、边改造”模式，一期工程保持正常运行，二期工程分两阶段实施：第一阶段（3-6月）完成预处理、污泥处理单元改造；第二阶段（7-12月）新建生物池与深度处理单元，利用现有二沉池过渡，确保改造期间污水达标排放。（二）风险防控水质波动风险：改造前储备应急药剂（如碳源、PAC），在工艺切换期加强人工监测与应急投加；施工安全风险：在池体改造区域设置围挡与通风系统，配备气体检测仪，避免有限空间作业事故；技术适配风险：在生物池改造前开展小试（填