城鎮(zhèn)污水處理廠一級A提標(biāo)改造的關(guān)鍵因素及工藝選擇

蘇俊新

（芳源環(huán)保（惠安）有限公司，福建 泉州 362100）

為切實加大水污染的防治力度，國務(wù)院于2015年4月印發(fā)了《水污染防治行動計劃》，明確提出了要加快現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)與改造步伐。為響應(yīng)國家號召，積極應(yīng)對水環(huán)境整治，福建省要求近岸海域匯水區(qū)的污水處理廠應(yīng)盡快實施一級A標(biāo)準(zhǔn)，解決這些重點地區(qū)的污水綜合治理、污水回用或城市景觀用水需求等問題。這就要求污水處理廠在原一級B標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進行提標(biāo)改造，通過增加深度處理工藝進一步降低氮磷等污染物質(zhì)指標(biāo)。

1 污水處理廠運行狀況和提標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)分析

某污水處理廠采用改良DE型氧化溝處理工藝，日處理能力7萬t，現(xiàn)二級處理設(shè)計進水各指標(biāo)：BOD5≤150 mg/L，CODCr≤300 mg/L，SS≤200 mg/L，TN≤40 mg/L，NH3-N≤30 mg/L，TP≤3.0 mg/L，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級B標(biāo)準(zhǔn)[1]。

通過對該污水處理廠2017年的化驗監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，筆者調(diào)取了對提標(biāo)改造工程最具參考價值的6月份化驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體情況如圖1、圖2所示。

根據(jù)污水處理廠的運行情況，結(jié)合化驗監(jiān)測數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為其存在以下問題：一是污水處理系統(tǒng)運行效果良好，COD、BOD5、NH3-N等部分指標(biāo)穩(wěn)定低于一級A排放標(biāo)準(zhǔn)；二是在雨季時進水濃度偏低，會出現(xiàn)碳源不足情況，導(dǎo)致除磷脫氮效果不好；三是進水總磷濃度偏高，部分最大日均值接近5.0 mg/L，明顯高于3.0 mg/L的設(shè)計進水濃度，增加除磷負(fù)擔(dān)。

圖1 6月份BOD、SS、TN、NH3-N進出水監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖2 6月份TP進出水監(jiān)測數(shù)據(jù)

對比《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的要求，結(jié)合該污水處理廠的運行狀況，人們可以看出，在進水水質(zhì)相對穩(wěn)定和工藝運行正常時，出水SS、TP、TN穩(wěn)定低于一級B標(biāo)準(zhǔn)，處理效果好時更是低于一級A標(biāo)準(zhǔn)。但是，城鎮(zhèn)污水處理廠的進水水質(zhì)水量是波動的，如受到排泥量、氣候溫差、季節(jié)性降水、進水濃度等環(huán)境條件的影響，實際運行參數(shù)只能控制在一定的變化范圍內(nèi)，某些時段的出水SS、TP、TN濃度會出現(xiàn)明顯波動，因此如何保證出水SS、TP、TN穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)是提標(biāo)改造重點解決的問題。

2 一級A提標(biāo)改造工藝的確定

一級A提標(biāo)改造工程的進水是二級處理末端的二沉池出水，根據(jù)以上分析情況，重點處理目標(biāo)為SS、TP和TN，結(jié)合國內(nèi)一級A提標(biāo)改造的常用工藝，該污水處理廠可選用混凝沉淀+精密過濾工藝，通過化學(xué)除磷和利用外加碳源保證出水TP、TN達標(biāo)排放，高效后面又設(shè)置精密過濾器，進一步降低水中SS，確保出水SS穩(wěn)定低于10 mg/L。

2.1 沉淀池的選擇

2.1.1 平流沉淀池

平流沉淀池是目前國內(nèi)大型水廠普遍采用的池型，構(gòu)造簡單、處理效果好、礬耗低，對水量和水質(zhì)變化的適應(yīng)能力強，運行管理簡單方便。對大型工程而言，平流沉淀池的綜合造價較斜管沉淀池低，其缺點是占地面積大，因此主要應(yīng)用在大型污水廠（用地不緊張）。

2.1.2 斜管/板沉淀池

斜管/板沉淀池占地面積小，沉淀效率高；有成熟運行經(jīng)驗，斜管水力半徑小，水力條件較好；但斜管/板沉淀池由于使用塑料管，耗用較多材料，存在老化問題，更換周期較短，帶來管理困難，影響水質(zhì)。

2.1.3 高效沉淀池

高效沉淀池是近年來從國外引進的池型，其工藝原理基本類同于機械攪拌沉淀池，屬于內(nèi)部泥渣循環(huán)型沉淀池。不同之處在于，其采用了機械混合、外部濃縮泥渣回流、進水投加混凝劑和高分子助凝劑、沉淀區(qū)上部設(shè)置斜管和下部設(shè)置污泥濃縮區(qū)以及排泥泵回流等工藝措施。其主要特點是運行負(fù)荷高，占地面積只有同規(guī)模平流沉淀池的25%～30%。其排泥濃度一般可超過3%，可直接進行脫水，而不需對排泥水進行濃縮[2]。

高效沉淀池工藝是將混合、絮凝、沉淀高度集成一體，由混合區(qū)、絮凝區(qū)、沉淀區(qū)和濃縮區(qū)及混渣回流系統(tǒng)和剩余泥渣排放系統(tǒng)組成，因其實際運行效果穩(wěn)定可靠，能穩(wěn)定去除SS和TP等指標(biāo)，占地小，節(jié)省投資，比傳統(tǒng)工藝有較大優(yōu)勢，陸續(xù)在工程中得到推廣應(yīng)用。因此，結(jié)合本項目實際情況，混凝沉淀單元推薦采用高效沉淀池。

2.2 過濾器的選擇

過濾單元是深度處理的核心單元，目前國內(nèi)應(yīng)用于深度處理的過濾工藝主要有V形氣水反沖洗濾池、D型濾池、活性砂濾池、濾布濾池及回轉(zhuǎn)式精密過濾器。

回轉(zhuǎn)式精密過濾器是一種去除懸浮固體的過濾裝置，當(dāng)進水SS小于20 mg/L時，出水SS可穩(wěn)定低于一級A標(biāo)準(zhǔn)（10 mg/L）。回轉(zhuǎn)式精密過濾器由設(shè)備主體模塊、核心過濾模塊、反沖洗系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、自控系統(tǒng)組成，滾筒上裝有可方便拆卸的濾網(wǎng)。設(shè)備為連續(xù)過濾，設(shè)備內(nèi)部設(shè)有自動啟閉開關(guān)，當(dāng)滾筒有水進入時，液位傳感器將發(fā)出信號，啟動減速驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動，同時啟動反沖洗泵。污水流入空心滾筒內(nèi)，滾筒上為高強度不銹鋼濾網(wǎng)。污水由濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)向外側(cè)流出，污水中的懸浮物被截留在濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)。沖洗水通過位于滾筒頂部的噴頭由濾網(wǎng)外側(cè)向內(nèi)側(cè)對濾網(wǎng)進行沖洗，沖洗下來的細小顆粒物質(zhì)由設(shè)備內(nèi)部的反沖洗水收集槽收集，并通過排污管排出設(shè)備。當(dāng)無水通過設(shè)備時，設(shè)備將自動停止。

與砂濾池、纖維濾布轉(zhuǎn)盤過濾器比較，精密過濾器具有有以下優(yōu)點。

（1）濾網(wǎng)由316 L不銹鋼通過纖維化技術(shù)編織而成，再以點焊技術(shù)無縫焊接固定在不銹鋼細筋上，不會附著微生物，不易堵塞，無需化學(xué)清洗，使用壽命長，出水質(zhì)較穩(wěn)定。

（2）濾網(wǎng)更換方便，每套設(shè)備由若干塊獨立的弧形分片組成，每一個分片都可以很方便地拆卸和裝配；反沖洗消耗水量小，單臺反洗水量在60 m3/d；構(gòu)造簡單，維護方便。

（3）工藝流程簡單，設(shè)備少，占地面積??；水頭損失小，約為0.45 m；運行能耗低，主驅(qū)動電機和反沖洗水泵電機功率小，單位水運行電耗約為0.005 kW·h/m3。

通過比較可知，回轉(zhuǎn)式精密過濾器具有占地小、工藝簡單、維護方便等特點，雖然其設(shè)備投資較高，但具有長期運行費用較低、使用壽命較長的優(yōu)點。因此，本工程深度處理的過濾方式推薦回轉(zhuǎn)式精密過濾器。

2.3 利用外加碳源提高反硝化效果

BOD5/TN是判斷能否采用生物脫氮技術(shù)的主要指標(biāo)，一般比值小于3.5則需要外加碳源[3]。對比圖1、圖2可知，本項目存在碳源不足情況，降水等原因會導(dǎo)致進水碳源嚴(yán)重不足，使得反硝化過程受阻，影響TN的達標(biāo)排放。實踐證明，投加碳源是污水處理廠解決這類問題的重要手段。本項目碳源投加點定于氧化溝缺氧區(qū)。

反硝化設(shè)計參數(shù)，是指反硝化的硝態(tài)氮濃度與進水BOD5濃度之比，表示為Kde（kgNO3--N/kgBOD5），由此可算出反硝化去除的硝態(tài)氮[NO3--N]=KdeSi[4]。理論上，反硝化1 kg硝態(tài)氮消耗2.86 kgBOD5，即：

污水處理廠需消耗外加碳源對應(yīng)氮量的計算公式為：

式中，N為需消耗外加碳源對應(yīng)氮量，mg/L；Ne計為根據(jù)設(shè)計的污水水質(zhì)和設(shè)計的工藝參數(shù)計算出能達到的出水總氮，mg/L；Ns為二沉池出水總氮排放標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；Kde為 0.35，kgNO3--N/kgBOD5；Ni設(shè) 計 進 水TN濃度，mg/L；Si為進水BOD5濃度，mg/L；Se為出水BOD5濃度，mg/L。

圖3 提標(biāo)改造工程工藝流程

研究表明，乙酸鈉作為碳源時，其反硝化速率要遠高于葡萄糖和白砂糖[5]。其主要原因在于，乙酸鈉為低分子有機酸鹽，容易被微生物利用。本工程外加碳源采用乙酸鈉，提標(biāo)工程中在二級處理段（氧化溝缺氧池）中增設(shè)外加碳源投加車間。碳源的投加量根據(jù)實際工況，結(jié)合上述計算方法進行核算。

因此，該污水處理廠提標(biāo)改造主體工藝路線為二級處理+高效沉淀池+精密過濾器，全流程工藝如圖3所示。二級處理出水在高效混合池與混凝投加裝置投加的混凝劑均勻混合、快速反應(yīng)后進入絮凝區(qū)進行絮凝反應(yīng)，并投加助凝劑以加速絮凝體的生成，進入后續(xù)澄清區(qū)澄清，然后進入精密過濾車間進行過濾，在過濾車間中利用回轉(zhuǎn)式高精密過濾器截留雜質(zhì)，使出水達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，過濾車間出水經(jīng)消毒后排放。

3 結(jié)語

（1）通過對本污水處理廠的運行情況進行分析，可以看到出水COD、BOD5、NH3-N等指標(biāo)在現(xiàn)狀運行中可以穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。但實際運行中受排泥量、氣候溫差、季節(jié)性降水和進水濃度等因素影響，SS、TN和TP等指標(biāo)不能穩(wěn)定達標(biāo)排放，所以在一級A提標(biāo)改造中的關(guān)鍵影響因素是SS、TN和TP指標(biāo)。

（2）本工藝路線采用的高效沉淀池+精密過濾器處理工藝，占地面積小、出水水質(zhì)好、運行效果穩(wěn)定可靠、水頭損失小、工藝簡單、維護方便，在國外應(yīng)用較多，成功的實例很多，并且積累了成熟的運行管理經(jīng)驗。

（3）本污水處理廠一級A提標(biāo)改造工程可采用二級出水+高效沉淀池+精密過濾器工藝路線，確保污水處理廠的出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，這是一種比較適合本污水處理廠提標(biāo)改造工程的處理工藝。