西北地區(qū)生活污水處理廠提標(biāo)改造方案研究
——以永登縣污水處理廠為例

馬正慧

(上海市政工程設(shè)計研究總院集團第十市政設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

永登縣位于甘肅中部，隸屬蘭州市管轄，是河西走廊的門戶，古絲綢之路要道，縣城海拔在2100m左右，城區(qū)坐落在莊浪河河谷沖積平川和河谷階地上?？h城年平均降雨量為290.2mm，蒸發(fā)量為1879mm，平均氣溫5.9℃，極端最高34.4℃，極端最低-28.1℃。永登縣污水處理廠位于城區(qū)以南約2km處的柳樹鄉(xiāng)復(fù)興村，緊鄰312國道，設(shè)計處理規(guī)模15000m3·d-1，采用CASS二級處理工藝。污水處理廠于2012年建成試運行，現(xiàn)日處理水量約8000m3·d-1，出水達到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級B標(biāo)準(zhǔn)后，排至黃河支流莊浪河。隨著國家對污水處理廠出水水質(zhì)要求的提高，永登縣污水廠急需進行提標(biāo)改造，提標(biāo)后出水水質(zhì)滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)。

1 污水廠水量及廠址確定

結(jié)合總規(guī)進行污水量預(yù)測，確定城區(qū)遠期(2030)污水量為2.0萬m3·d-1。污水處理廠現(xiàn)狀預(yù)處理構(gòu)筑物規(guī)模為2.0萬m3·d-1，生物處理構(gòu)筑物規(guī)模為1.5萬m3·d-1(出水一級B標(biāo)準(zhǔn))，現(xiàn)實際處理量約為0.8～1.2萬m3·d-1，最大進水量已達到現(xiàn)有設(shè)計規(guī)模的80%，因此本次提標(biāo)改造工程規(guī)模按遠期規(guī)模確定為2.0萬m3·d-1。

污水處理廠廠區(qū)內(nèi)有部分預(yù)留用地，本次提標(biāo)改造工程最大限度利用廠區(qū)預(yù)留用地，不新增征地。

2 污水廠進出水水質(zhì)指標(biāo)確定

2.1 進水水質(zhì)確定

采用數(shù)理統(tǒng)計方法對污水廠2018年1月—2020年2月進水水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，以近1a數(shù)據(jù)中數(shù)值頻率≥90%的數(shù)值作為進水水質(zhì)。

表1 進水水質(zhì)主要指標(biāo)表

2.2 出水水質(zhì)確定

本工程提標(biāo)改造后的尾水近期直接排放至莊浪河，遠期作為城市雜用水進行城市綠化和道路清掃。因此出水需滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)A標(biāo)準(zhǔn)及《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920-2002)中的城市綠化和道路清掃用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。一級A標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)優(yōu)于城市綠化和道路清掃用水水質(zhì)。因此本工程出水執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)。

3 運行管理存在的主要問題

冬季CASS池水溫較低，污泥活性較差，處理效果較差。污水廠進水水質(zhì)中NH3-N、TN含量較高，現(xiàn)有的CASS二級處理工藝脫氮效果差，出水NH3-N時有超標(biāo)。

4 提標(biāo)改造方案

污水處理廠提標(biāo)改造工藝方案的確定主要取決于進出水水質(zhì)及運行管理情況。因此本研究對進水水質(zhì)進行分析，結(jié)合水廠運行管理存在的問題提出合理的改造方案。

4.1 進水水質(zhì)分析

4.1.1 BOD5/CODCr(即B/C)比值

污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最簡便易行和最常用的方法。本工程BOD5/CODCr=136/420=0.32，屬于可生化水質(zhì)。

4.1.2 BOD5/TN(即C/N)比值

C/N比值是判別能否有效生物脫氮的重要指標(biāo)，C/N≥3才能有效進行生物脫氮。分析進水水質(zhì)，C/N=136/73=1.86，需投加碳源提高C/N后方可進行生物脫氮。

4.1.3 BOD5/TP比值

該指標(biāo)是鑒別能否生物除磷的主要指標(biāo)，一般認(rèn)為該值要>20，比值越大，生物除磷效果越明顯。分析進水水質(zhì)，BOD5/TP=136/6.9=19.71，投加碳源后生物除磷工藝可有效進行。由于出水水質(zhì)P含量標(biāo)準(zhǔn)要求較高，可根據(jù)進水水質(zhì)輔以一定的化學(xué)除磷的措施以滿足出水要求。

根據(jù)以上分析，本工程適宜采用生物處理工藝，本工程處理難點在于N的去除。目前，污水中N的去除最常用的方法是通過微生物硝化—反硝化進行脫氮，而生物脫氮需要消耗大量碳源有機物，若污水中碳源有機物較少，還需另行投加碳源，較為經(jīng)濟的做法是最大限度利用原水中的碳源在生物處理段進行脫氮。生物處理對氮、磷的去除效果有限，為使本工程出水達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，本工程還需在生物處理后端增加深度處理工藝。

4.2 提標(biāo)改造工藝方案

4.2.1 生物處理工藝

本工程進水水質(zhì)中TN含量較高，生物處理工藝應(yīng)選擇脫氮效果好的工藝。

多級多段AO工藝是對傳統(tǒng)的缺氧、好氧(A、O)工藝的進一步改進，由一系列缺氧段和好氧段串聯(lián)而成的新工藝[1],該工藝采用“多點進水”技術(shù)，將污水分段配入生物池，使池內(nèi)形成明顯的污泥濃度梯度，平均污泥濃度大大提高(約6000～8000mg·L-1)，而出水固體負(fù)荷并不增加。在高污泥濃度下，污染物負(fù)荷降低，有利于其在生物池中的逐級去除。

圖1 多級多段AO工藝示意圖

該工藝取消了傳統(tǒng)A2/O工藝中的內(nèi)回流，不但節(jié)省了能耗，而且保證了良好的缺氧環(huán)境，使反硝化過程更加充分，在碳源不充足情況下仍可獲得較好的除磷脫氮效果。因此，本工程選擇多段AO工藝作為本次提標(biāo)改造工程生物處理工藝。

本工程為提標(biāo)改造工程，經(jīng)核算現(xiàn)狀CASS池容積不足，需要新建生物池1座，并對現(xiàn)有CASS池進行內(nèi)隔墻改造，改造后2組生物池并聯(lián)運行。生物池主要設(shè)計參數(shù)：分級數(shù)為4級；進水流量配比為0.2∶0.25∶0.25∶0.3；污泥回流比為100%；氣水比為12∶1；混合液懸浮固體濃度為3.0～6.0g·L-1；污泥齡為25d；總停留時間為27h。

生物池出水需進行泥水分離后，方可進入深度處理工段，因此本工程需新建二沉池，采用輻流式沉淀池(中進周出)，二沉池主要設(shè)計參數(shù)如下：尺寸為?32m、H=3.6m(共2座)，池邊水深為3.0m；沉淀時間為t=4h，表面負(fù)荷為0.75m3·m-2·h-1。

4.2.2 深度處理工藝

深度處理工藝主要包括混合、反應(yīng)、沉淀、過濾等工段。本次提標(biāo)改造工程在廠區(qū)預(yù)留用地內(nèi)建設(shè)，用地緊張，因此選擇占地較省的高密度沉淀池工藝；考慮到本工程進水氨氮及總氮指標(biāo)較高，且該地區(qū)冬季水溫較低(9℃)，因此本工程采用反硝化深床濾池作為過濾工藝，以達到去除SS、TP及強化脫氮的處理效果。

4.2.2.1 高密度沉淀池

高密度沉淀池是將混合、絮凝、沉淀工藝合建在一起。原水進入混合池內(nèi)進行快速機械混合后進入絮凝池，絮凝池設(shè)置導(dǎo)流筒，分隔出絮凝1區(qū)和絮凝2區(qū)，絮凝1區(qū)采用螺旋漿攪拌器，混合后污水與助凝劑和回流的沉淀泥渣在此進行快速絮凝，絮凝2區(qū)為水力絮凝的低速絮凝區(qū)，有利于礬花增長。絮凝后原水推流進入沉淀池，采用斜管沉淀池，設(shè)六邊形斜管。沉淀池底部為污泥濃縮區(qū)，設(shè)帶柵條的刮泥機，可以提高污泥沉淀濃縮效果。污泥濃縮區(qū)的部分污泥回流至絮凝區(qū)，以增加結(jié)晶核，減少混凝劑的耗量，提高絮凝體的密度,提高沉降速度。

圖2 高密度沉淀池工藝示意圖

混凝池設(shè)置快速攪拌機，加速混合反應(yīng)；絮凝池設(shè)置慢速提升式攪拌機，并增設(shè)有導(dǎo)流筒，獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使絮凝反應(yīng)進行得更完全，并將形成的礬花推流至斜管沉淀池完成泥水分離。

沉淀池底部設(shè)置污泥泵，用來完成污泥的回流和排放?；亓魑勰喙芫€上安裝電磁流量計，用來控制污泥回流量和剩余污泥的排放。剩余污泥排至化學(xué)污泥集水井。

設(shè)計參數(shù)：混合池反應(yīng)時間2.1min，絮凝池反應(yīng)時間11.0min，沉淀池表面負(fù)荷11.30m3·m-2·h-1。

4.2.2.2 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池是集生物脫氮及過濾功能為一體的處理單元。深床濾池可實現(xiàn)一池多用，可過濾去除SS，同時進行生物反硝化脫氮：作為普通濾池時，主要去除懸浮固體物SS；當(dāng)二沉池出水TN較高時，可作為反硝化生物濾池使用，通過補充碳源，在去除SS的同時，達到脫氮效果，實現(xiàn)反硝化功能。濾池反沖洗采用氣水反沖洗方式。

主要設(shè)計參數(shù)：單格濾池面積為44.65m2，共5格；石英砂濾料深度為1.83m；設(shè)計濾速為2.46m3·h-1，強制濾速為3.08m3·h-1；空床停留時間為60.96min。

設(shè)計反沖洗過程及時間：氣沖3～5min；氣水混合沖洗15～20min；水漂洗5min。

反沖洗強度：氣沖強度為110m3·h-1·m-2；水沖強度為14.7m3·h-1·m-2。

4.2.3 消毒工藝方案

污水處理工藝要采用消毒技術(shù)來最終控制出水水質(zhì)。污水廠現(xiàn)狀采用的消毒方式為二氧化氯消毒，該工藝消毒效果穩(wěn)定，因此本工程消毒工藝暫時沿用現(xiàn)狀二氧化氯消毒工藝。

4.2.4 廠區(qū)構(gòu)筑物保溫設(shè)計

永登縣冬季氣溫低，對污水處理構(gòu)筑物進行保溫設(shè)計，對所有露出地面的池體均做保溫，對所有開口構(gòu)筑物均進行加蓋，減少污水冬季溫度損失。

4.2.5 污泥處理方案

污水處理廠污泥采用碟螺濃縮機機械濃縮脫水，脫水后污泥含水率達到80%左右后外運填埋。根據(jù)2007年建設(shè)部出臺的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置—混合填埋泥質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)和2008年環(huán)境保護部出臺的《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)(GB16889—2008)》，污泥混合填埋含水率應(yīng)<60%。因此，污水處理廠濃縮脫水后的污泥含水率已無法達到填埋要求，需進一步降低污泥含水率。

本工程采用機械濃縮加高壓隔膜板框壓濾工藝。二沉池剩余污泥和深度處理車間的加藥污泥先進行機械濃縮將污泥含水率降至98%，然后加石灰、PAM等調(diào)理劑將污泥中的毛細水和吸附水變?yōu)樽杂伤?，并破壞微生物的細胞膜，釋放細胞?nèi)的結(jié)合水，從而改善污泥脫水效果。調(diào)理后的污泥再進行壓濾脫水，使污泥含水率降至60%以下。

5 結(jié)論

本研究以實際工程為例，對西北地區(qū)城鎮(zhèn)生活污水處理廠升級改造方案進行研究，針對西北地區(qū)生活污水中CODCr、氨氮、總氮高，C/N較低的特點，采用多級多段AO加二沉池加高密度沉淀池加反硝化深床濾池工藝達到提標(biāo)改造出水水質(zhì)要求，為西北地區(qū)生活污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計提供合理可行的方案，促進污水處理廠水質(zhì)提標(biāo)改造事業(yè)的發(fā)展。