重慶某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠提標改造工程設計探討

楊檳榕 崔振業(yè) 劉 穎 向 楠 李 波

(1.三峽庫區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶市重點實驗室，重慶三峽學院，重慶 404020； 2.重慶市萬州區(qū)鎮(zhèn)級污水處理有限公司，重慶 404100)

1 工程概況

隨著重慶城鎮(zhèn)人口不斷增加，污水處理廠數(shù)量和處理量逐年增加，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中居民點也在逐步完善污水處理設施。重慶某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠設計污水處理能力6 000 m3/d，出水水質達GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級B標準排放，最終受納水體為長江。目前，該污水廠執(zhí)行的排放標準已不能滿足長江及三峽庫區(qū)對水環(huán)境的需求，根據(jù)國務院2015年4月正式發(fā)布的《水污染防治行動計劃》，針對敏感區(qū)域(重點湖泊、重點水庫、近岸海域匯水區(qū)域)城鎮(zhèn)污水處理設施均應達到一級A排放標準。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠位于三峽庫區(qū)中心，為保護長江及三峽庫區(qū)水環(huán)境，因此對該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進行水質提標改造迫在眉睫。

2 污水處理廠現(xiàn)狀概況及分析

2.1 污水廠基本情況

該污水廠采用的是A2/O處理工藝，設計處理量6 000 m3/d，出水水質達GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級B標準。污泥處理采用帶式濃縮壓濾機進行脫水，脫水后污泥(含水率80%以下)外運至專業(yè)單位進行污泥處置。工藝流程圖如圖1所示。

該污水廠設計進出水水質情況見表1。

表1 污水廠原設計進出水水質情況表

2.2 污水廠現(xiàn)狀運行情況

2.2.1 進水水質分析

通過對該污水廠2019年1月～2020年6月實際進水水質進行統(tǒng)計分析，各覆蓋率對應污染指標濃度見表2。

表2 各覆蓋率對應污染指標濃度一覽表

污水處理廠設計進水水質保證率比例見表3。

表3 設計進水水質保證率比例

通過以上數(shù)據(jù)分析，該污水廠進水水質具有下列特點：

1)部分主要指標(COD，BOD5，SS，TN，NH3-N,TP)進水濃度經常超過工程設計值；

2)進水水質濃度波動幅度明顯，不穩(wěn)定，引起的沖擊負荷較大；

3)BOD5,TN同步關系較差，造成碳氮比偏低。進水C/N平均約為4.43；

4)BOD5/COD比值較大部分大于0.53，說明該污水廠污水可生化性好。

2.2.2 出水水質分析

通過對該污水處理廠水質、水量進行分析，運行期間出水水質達標情況較好。其中COD，BOD，NH3-N基本達一級A標，部分指標(如TP，TN)需強化二級處理并增設深度處理單元，方可確保穩(wěn)定達一級A標。特別是TN，在冬季(2018年12月～2019年3月)出水水質常面臨超標風險，離一級A標還有較大差距。各覆蓋率對應污染指標濃度見表4。

表4 各覆蓋率對應出水水質濃度一覽表

污水處理廠出水一級A標達標率見表5。

表5 一級A標達標率

2.3 污水處理工藝有效性評價

根據(jù)上述對該污水廠實際出水水質的分析，該廠出水能夠穩(wěn)定達到原設計排放標準(一級B標)。可以認為，該污水廠采用的污水處理工藝是合理、有效的。污水處理廠提標改造后出水水質要求一級A標準，因此，需按照一級A標準對該污水處理廠的設計參數(shù)進行復核，并對其污水處理工藝進行評價。

2.3.1 生物池參數(shù)復核

該污水處理廠設A2O生物池1座2格，設計流量Q=6 000 m3/d。根據(jù)現(xiàn)場實際測量情況，生物池有效水深：3.6 m，總停留時間：11.80 h。

按照新的設計出水水質標準，采用硝化、反硝化動力學計算公式，污泥濃度取4 g/L，水溫15 ℃，可得出缺氧區(qū)所需停留時間2.28 h，好氧區(qū)所需停留時間為9.04 h。

從計算結果來看，缺氧區(qū)現(xiàn)狀停留時間滿足一級A標要求，后續(xù)可通過強化運行管理，冬季增加有機物投加量等方式使TN達標[1,2]；好氧區(qū)現(xiàn)狀停留時間略低于一級A標要求，但從實際運行效果來看，氨氮處理效果良好，因此原設計生物池設計參數(shù)基本滿足新的出水水質標準的處理要求。

2.3.2 二沉池參數(shù)復核

二沉池采用中心進水、周邊出水，平均流量時表面負荷：0.60 m3/(m2·h)。設計采用負荷較低，在設計進水水質條件下，二沉池出水SS濃度值預計可達到一級B標準，并接近一級A標準。

2.3.3 鼓風機參數(shù)復核

該污水處理廠鼓風機房配有3臺羅茨鼓風機，2大1小，2用1備運行。大鼓風機2臺，單臺風量為27.6 m3/min，壓差0.49 bar，配套電機功率37 kW；小鼓風機1臺，單臺風量為15.97 m3/min，壓差0.50 bar，配套電機功率22 kW。最不利總供氣量為43.57 m3/min，平均流量氣水比10.45∶1。

按照新的設計出水水質標準、設計規(guī)模6 000 m3/d進行供氣量計算，得出最大需氧量為55.6 kgO2/h，最大供氣量20.6 m3/min，氣水比5.0∶1，可以看出原設計參數(shù)已經考慮了一級A標要求，滿足新的出水水質標準的供氣要求[3]。

3 提標工程工藝方案探討

3.1 污水二級處理工藝方案探討

根據(jù)對現(xiàn)狀污水處理工藝的分析，原設計采用的工藝是合理、有效的，并具有一定的抗水質、水量沖擊的能力，能夠滿足COD，BOD，TN，NH3-N等指標達到一級B標。

但是由于污水廠進水水質碳氮比偏低，且原設計內回流比為100%低于規(guī)范要求的200%，因此出水總氮難以穩(wěn)定達到一級A標。因此本次提標改造工程建議增加內回流比，當進水碳氮比偏低時在生物池進水口補充有機物[4]。

3.2 污水深度處理工藝方案探討

3.2.1 工藝目標

該污水廠提標改造主要去除的污染物包括COD，NH3-N，TN，SS和TP等指標。部分指標需進一步深化處理，主要包括：對TN，SS和TP等指標的進一步降低，以滿足污水廠達一級A標排放的需求。

常規(guī)的處理工藝包括混凝沉淀、磁混凝、曝氣生物濾池、反硝化濾池、活性炭吸附、臭氧氧化，以及膜技術等，視處理目的和要求的不同，可以為以上工藝的組合[5]。

3.2.2 改造方案

方案一：二級處理出水→高密度沉淀池。

高密度沉淀池工藝是一種高速一體式沉淀/濃縮池，處理效率較高，能較大程度的節(jié)省建設用地。它由絮凝反應區(qū)、推流區(qū)、沉淀區(qū)和濃縮區(qū)及污泥回流和剩余污泥排放系統(tǒng)組成，該工藝特點較適用于本工程水質波動幅度大、出水SS偏高的情況[6,7]。

方案二：二級處理出水→濾布濾池。

纖維轉盤濾布濾池是一種去除懸浮固體的過濾裝置。裝置由數(shù)個轉盤同置于一個轉輥中組成，轉盤上裝有可方便拆卸的濾布。濾布的過濾孔徑10 μm，可根據(jù)出水的要求選擇不同的孔徑。纖維轉盤的運行狀態(tài)包括：過濾、反沖洗、排泥狀態(tài)。該設備缺點是電耗較高、對濾布清洗頻率較高[8,9]。

3.3 提標方案比選

根據(jù)以上分析，考慮到該廠提標最大的難點在于SS和TP的去除，結合當前污水處理提標改造常用工藝，以上兩種方案均可采用一體化設備，運行維護簡便，高密池占地與投資稍大于濾布濾池，不同之處在于方案一采用的高密度澄清池是目前重慶市深度處理常用的工藝，對于TP，SS的處理效果良好。且由于除磷，需要投加除磷劑，濾布濾池容易堵塞，從維護的便利性考慮，本提標工程推薦采用方案一：二級處理出水加高密度沉淀池處理工藝。

4 提標工程工藝設計探討

4.1 廠區(qū)平面布置

污水處理廠總平面設計中按照區(qū)域功能、進出水方向和處理工藝要求，充分利用廠區(qū)預留用地修建深度處理區(qū)新建構筑物。同時結合廠區(qū)地理位置、空間分布結構等因素進行布置，同時考慮便利性、經濟性、合理性以及建筑造型、廠區(qū)綠化及與周圍環(huán)境相協(xié)調等因素。

4.2 廠區(qū)高程布置

該污水處理廠已進行廠區(qū)平整，根據(jù)原設計各池體水面標高，并考慮各構筑物及聯(lián)絡管路水頭損失，確定本工程新增構筑物水面標高。由于廠區(qū)二沉池與接觸消毒池之間的水頭不足以滿足深度處理要求，因此考慮設置一座提升泵池，將二沉池出水提升至深度處理單元，處理后出水以重力流流至接觸消毒池。

4.3 工藝流程布置

該污水廠提標改造工程設計規(guī)模為6 000 m3/d，二級處理工藝在增加藥劑投加的基礎上能有效去除有機物和氨氮，深度處理系統(tǒng)采用高密度沉淀池能有效保障出水TP，SS穩(wěn)定達標排放。

5 結語

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠設計規(guī)模為6 000 m3/d，提標改造工程在不改變總處理規(guī)模的情況下新增高密度沉淀池處理工藝進行深度處理，能夠有效保障出水TP，SS穩(wěn)定達標排放，其余因子通過增加藥劑投加管道等技術措施使其均能穩(wěn)定達GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準一級A標準排放。