深床反硝化濾池在污水處理廠提標改造工程的應(yīng)用

劉 利，王 程

（1.重慶市三峽魚復(fù)排水有限責任公司，重慶 401133；2.重慶市三峽水務(wù)北碚排水有限責任公司，重慶 400700）

0 引言

在實施高TN排放標準的污水處理措施中，反硝化濾池是較為有效的途徑[1]。由于反硝化濾池本身具有占地面積小、能獲得較好過濾性能和脫氮效果等優(yōu)勢，是目前深度處理城鎮(zhèn)污水行業(yè)研究和應(yīng)用的重點，并在污水處理廠再生水處理利用和提標改造中得到大量的應(yīng)用[2-4]。

活性污泥工藝是目前國內(nèi)污水處理廠生物處理段普遍使用的工藝，但部分污水處理廠存在用地不足的情況，生物濾池因其占地小在二級生物處理中和硝化濾池串聯(lián)使用[5-8]。三峽庫區(qū)某污水處理廠在此次提標改造范圍內(nèi)，該污水處理廠設(shè)計建成規(guī)模5×104m3/d，采用“前置厭氧池+氧化溝”工藝，出水水質(zhì)按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級B標準執(zhí)行。因該廠建廠年限較久，受實際進水水質(zhì)、水量與原設(shè)計差異較大，且廠區(qū)周邊可用土地較少等影響，采用減量提標的方式進行提標改造。一方面分流該廠1萬m3污水，減少該廠污水處理量，增加水力停留時間；另一方面實施提標改造工程，通過更換氧化溝曝氣機增加曝氣量確保NH3-N穩(wěn)定達標，同時新建深度處理工藝深床反硝化濾池確保SS、TP、TN穩(wěn)定達標[9-10]。提標改造工程于2017年底完成后，該污水處理廠出水執(zhí)行一級A標準，目前運行效果良好。

1 提標前現(xiàn)狀

1.1 提標前的工藝流程

該廠提標前的工藝流程如圖1所示，污水通過收集系統(tǒng)集中到污水廠后，先用粗格柵去除較大的固體雜物，然后再用細格柵去除較小的固體雜質(zhì)，而后進入提升泵站房。污水經(jīng)過曝氣沉砂池沉砂處理，進入到氧化溝生物池，在微生物的作用下，將污水中的有機污染物和氨氮等物質(zhì)轉(zhuǎn)化或分解為氮氣、二氧化碳、水等物質(zhì)。氧化溝出水進入二沉池進行泥水分離和部分污泥濃縮，二沉池出水再進入接觸消毒池進行二氧化氯消毒，最后達標排放。二沉池底部的污泥一部分通過回流污泥泵站回流至氧化溝，一部分通過剩余污泥泵站排放到儲泥池，再通過污泥濃縮脫水機脫水后外運處置。

圖1 提標前的工藝流程

1.2 進、出水的水量、水質(zhì)

根據(jù)該污水處理廠2015年1月1日—2017年10月31日的進、出水水量和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)等相關(guān)的資料統(tǒng)計，該污水處理廠于2001年建成投運，至今已21年，隨著城市發(fā)展，該廠進水水質(zhì)與設(shè)計水質(zhì)已有較大差異。圖2為該廠2015年1月1日—2017年10月31日處理水量統(tǒng)計。

圖2 2015年1月1日—2017年10月31日處理水量統(tǒng)計

1.2.1 進水水量、水質(zhì)

該廠2015年1月—2017年10月進水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 2015年1月—2017年10月進水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

該廠處理水量超過設(shè)計規(guī)模的頻率達44.73%，除進水總氮（無設(shè)計值）及NH3-N之外，其他污染物進水水質(zhì)指標均長期出現(xiàn)超過設(shè)計值的情況，其中COD、BOD5、SS、TP超 過 設(shè) 計 值 的 頻 率 分 別 為91.40%、80.93%、97.68%、93.41%。進水水質(zhì)已嚴重超過該廠設(shè)計負荷。

1.2.2 出水水質(zhì)

該廠2015年1月—2017年10月出水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示。

表2 2015年1月—2017年10月出水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

與一級A標準對比，該廠出水水質(zhì)除COD、BOD5穩(wěn)定達標以外，其余指標均不能穩(wěn)定達標，其SS、TN、TP、NH3-N達標率分別為61.93%、74.18%、34.91%、97.00%。通過分析，現(xiàn)狀通過二級處理的TP、SS能穩(wěn)定達到一級B標，要實現(xiàn)一級A標可以通過增加化學除磷藥劑使用量和增強過濾效果提高的TP和SS的去除率；要實現(xiàn)NH3-N的達標排放可以通過增加氧化溝曝氣量；要實現(xiàn)TN的達標排放可通過提高生物池反硝化效率、后置新增反硝化工藝等措施。

2 提標改造工程工藝設(shè)計

2.1 提標改造工藝確定

根據(jù)1.2章節(jié)中進、出水的水量、水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，本次提標改造重點是SS、TN、TP這3個指標，同時兼顧NH3-N指標穩(wěn)定達標。綜合考慮該廠實際情況：①該廠進水水量、水質(zhì)嚴重超過設(shè)計負荷。②按該廠處理規(guī)模5萬m3，出水水質(zhì)達一級A標核算后，總有效容積、水力停留時間均為需求標準55%，反硝化區(qū)嚴重不足。③該廠曝氣方式主要采用表面曝氣機進行充氧，充氧效率較低。④擴建用地少，無法大幅進行生物池擴容及后置多個深度處理工藝。故考慮一方面減量提標，分流該廠污水處理廠水量1萬m3；另一方面在現(xiàn)有氧化溝工藝增加曝氣量，確保硝化完全，保障出水氨氮達標，后置深度處理工藝采取反硝化措施。同時，深度處理工藝選擇能夠同時降低SS、TP、TN這3個污染物濃度值的技術(shù)，因此本次提標改造采用“氧化溝改造+深床反硝化濾池”工藝。

2.2 提標改造后工藝流程

提標改造后的工藝流程如圖3所示，主要改造內(nèi)容有：氧化溝改造、新建中途提升泵站、新建深床反硝化濾池。氧化溝改造主要是更換更大功率的表面曝氣機，提高充氧量。

圖3 提標改造后的工藝流程

2.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)

2.3.1 氧化溝改造

現(xiàn)有改良型氧化溝2組，每組表面曝氣機3臺，單臺功率55 kW。更換原有6臺表面曝氣機，單臺功率75 kW。

2.3.2 新增中間提升泵站

設(shè)計流量：Q＝4.0×104m3/d=1667 m3/h，KZ=1.41。

單組池體尺寸：L×B=12.85 m×10.95 m。

軸流泵：Q=1175 m3/h，H=4.21 m，N=22 kW，3臺，2用1備。

電動葫蘆：MD12-9D，2t，啟高10m，N=3 kW+0.4 kW+0.4 kW。

2.3.3 新增深床反硝化濾池

按4.0×104m3/d土建考慮，濾池尺寸為L×B=46.54 m×20.3 m。包含濾池主體、廢水池、清水池、鼓風機房、碳源加藥間。

（1）反硝化濾池。濾池分5格，單格內(nèi)凈尺寸為L×B=18.29 m×3.56 m。

（2）反沖洗清水池。有效容積552 m3。主要設(shè)備有潛水離心泵2臺，1用1備，45 kW，單臺流量Q=954 m3/h，揚程H=10.5 m。

（3）反沖洗廢水池。有效容積476 m3。主要設(shè)備有潛水排污泵2臺，1用1備，7.5 kW，單臺流量Q=198 m3/h，揚程H=7.6 m。

（4）鼓風機房。主要設(shè)備有羅茨鼓風機3臺，2用1備，132 kW，單臺風量Q=60 m3/min，單臺風壓H=79.2 kPa；空壓機2臺，1用1備，單臺風量Q=25 m3/h，單臺風壓H=0.7 MPa。

（5）碳源加藥間。

碳源：乙酸鈉。

儲罐：2套，單套容積10 m3。

碳源投加設(shè)備：計量泵3臺，2用1備，單臺流量Q=70 L/h，揚程H=62 m。

3 運行效果及成本效益分析

3.1 運行效果

該污水處理廠提標改造工程于2017年年底通水試運行，5個月后完成調(diào)試開始進入穩(wěn)定運行期，出水水質(zhì)均能穩(wěn)定達到一級A標準。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，深床反硝化濾池能穩(wěn)定達到TN目標設(shè)置控制值10 mg/L以下，且對SS、TP去除率達到31.11%、48.13%。

表3 2018年5月14日—5月19日深床反硝化濾池進、出水水質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

3.2 經(jīng)濟和環(huán)境效益分析

本次提標改造工程總投資3900余萬元，新增運行費用8.39%，其中電費新增0.55%，藥費新增7.84%。提標改造工程建成投運后，TN、TP、SS削減量分別為65.21 t/a、6.11 t/a、47.52 t/a。由此可見，該提標改造工程投資較少，新增運行費用較低且環(huán)境效益顯著。

4 結(jié)語

（1）該污水處理廠通過更換氧化溝曝氣機，新增深床反硝化濾池處理設(shè)施后，出水水質(zhì)能穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。

（2）提標后的運行結(jié)果表明，經(jīng)過深床反硝化濾池處理后，出水TN能達到目標設(shè)定值10 mg/L以下，除氮效果明顯，且由于深床反硝化濾池能截留細小懸浮物，對SS、TP的去除也有較大幫助。

（3）本次提標改造后進一步削減了污染物排放量，對當?shù)厮h(huán)境的改善和三峽庫區(qū)水環(huán)境保護有積極的作用。