建制鎮(zhèn)污水處理廠準(zhǔn)Ⅳ類出水提標(biāo)改造實(shí)例

馬寶軍MA Bao-jun

（安丘市市政公用事業(yè)服務(wù)中心，安丘 262100）

1 提標(biāo)改造工程背景

安丘市某鎮(zhèn)區(qū)污水處理廠是該建制鎮(zhèn)重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，于2010 年11 月建成投產(chǎn)，主體工藝采用A2/O 處理工藝，設(shè)計(jì)處理能力為1.5 萬m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)責(zé)處理建制鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)食品加工企業(yè)廢水，釀酒廢水以及城鎮(zhèn)居民生活污水。

2019 年6 月濰坊市人民政府印發(fā)《濰坊市主要入海河流綜合整治攻堅(jiān)工作方案》，方案要求將濰河流域內(nèi)的污水處理廠出水主要指標(biāo)（CODCr、氨氮）提升至地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，總氮提升至12mg/L，總磷提升至0.2mg/L。該污水處理廠出水指標(biāo)距離任務(wù)目標(biāo)還有一定差距，為進(jìn)一步削減水污染物，改善浯河、濰河水環(huán)境質(zhì)量，需進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 某建制鎮(zhèn)污水處理廠基本情況

2.1 提標(biāo)改造前主要工藝流程

提標(biāo)改造前主要處理單體為粗細(xì)格柵、曝氣沉砂池、鼓風(fēng)機(jī)房、A2/O 一體化生物反應(yīng)池、二沉池、斜管沉淀池、濾布濾池、紫外線消毒池、泵房、變配電室、污泥濃縮池、污泥壓濾機(jī)房等，圖1 為提標(biāo)改造前污水處理廠主要工藝流程。

圖1 提標(biāo)改造前主要工藝流程圖

2.2 擴(kuò)容提標(biāo)改造前實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)，水量

①表1 為提標(biāo)改造前2019 年的平均進(jìn)、出水水質(zhì)情況。

表1 提標(biāo)改造前的進(jìn)、出水水質(zhì)表 單位：mg/L

污水處理廠的進(jìn)水水量水質(zhì)某些時(shí)段波動(dòng)較大，但從表1 可以看出，出水指標(biāo)能滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。其中出水CODCr能保持在35mg/L 以下，出水氨氮基本在2mg/L 以下，出水TP 均值在0.22mg/L 左右，對(duì)于TN，進(jìn)水基本穩(wěn)定在35~25mg/L 左右，個(gè)別時(shí)間達(dá)到50mg/L 以上，但是出水均在15mg/L 以下，7、8 月份大時(shí)間基本穩(wěn)定在12mg/L 以下?？偟膩碚f，目前出水水質(zhì)能穩(wěn)定達(dá)到國家一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)在部分時(shí)間段內(nèi)達(dá)到地表水IV 類標(biāo)準(zhǔn)，若對(duì)處理工藝進(jìn)行科學(xué)合理地改造，可以使得出水水質(zhì)進(jìn)一步提升。

②表2 為提標(biāo)改造前2019 年的進(jìn)水水量情況，可見進(jìn)水水量變化幅度較大。

表2 提標(biāo)改造前2019 年的進(jìn)水水量表

3 存在問題

①本項(xiàng)目進(jìn)水中含食品加工廢水以及釀酒廢水，該部分工業(yè)廢水均經(jīng)由企業(yè)內(nèi)部污水處理設(shè)施處理達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)后排放，本身易降解的物質(zhì)已部分去除，污水可生化性下降，污水廠進(jìn)水水質(zhì)變化幅度較大，BOD5/CODCr、BOD5/TN、BOD5/TP 的比值可能會(huì)小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致某些時(shí)段的可生化性不佳。

②本項(xiàng)目去除磷要求較高，由于生物除磷的極限性，不借助化學(xué)除磷手段，污水處理廠出水TP 很難穩(wěn)定達(dá)到0.2mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)。

③由于本項(xiàng)目存在工業(yè)廢水，隨著某建制鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)人口的逐漸流失，生活污水排放量可能出現(xiàn)下降趨勢，而當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)正快速發(fā)展壯大，未來進(jìn)水水質(zhì)存在變化的可能，特別是工業(yè)廢水中存在的難降解有機(jī)物，生化處理效果有限，污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)將面臨較大壓力。

④本項(xiàng)目需要將污泥脫水至含水率為60%，現(xiàn)有的帶式壓濾機(jī)難以達(dá)到該目標(biāo)。

4 工藝選擇原則

①污水處理工藝先進(jìn)、實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定運(yùn)行并節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用；盡可能利用廠區(qū)原有的處理單體，以節(jié)省工程投資。

②結(jié)合場地和周邊道路情況，統(tǒng)籌布置、保證配水均勻性和水流流暢性，維持工藝完整性和統(tǒng)一性；分析污水處理廠現(xiàn)狀運(yùn)行中存在的問題，在提標(biāo)改造項(xiàng)目中予以解決。

③根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量以及受納水體的現(xiàn)狀，綜合考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，選擇處理具有除磷脫氮功能、操作管理方便、工藝成熟的占地面積小的污水處理方案。

5 提標(biāo)改造工藝方案

5.1 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)（見表3）

表3 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表 單位：mg/L

5.2 本提標(biāo)改造工程中各類指標(biāo)項(xiàng)目控制優(yōu)先次序與處理措施（見表4）

表4 污水中各類指標(biāo)項(xiàng)目控制優(yōu)先次序與處理措施表

5.3 提標(biāo)工程工藝流程

圖2 為提標(biāo)改造后污水處理廠主要工藝流程。

圖2 提標(biāo)改造后的污水處理廠工藝流程圖

5.3 工程建設(shè)內(nèi)容

提標(biāo)改造工程項(xiàng)目依托原有污水處理廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有構(gòu)建筑物，改造主要分為兩部分：一是添加“缺氧池”前置處理工藝，其次在二沉池后，與現(xiàn)有斜管沉淀池平行，增設(shè)高效沉淀池，最后預(yù)留“臭氧接觸氧化池”深度處理工藝（增加中間提升池以確保水頭）；二是改建現(xiàn)有脫水機(jī)房，將原帶式壓濾機(jī)改造為板框壓濾脫水設(shè)備，污泥含水率由80%降為60%，確保污泥轉(zhuǎn)運(yùn)安全。提標(biāo)改造后設(shè)計(jì)出水水質(zhì)主要指標(biāo)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）》中IV 類標(biāo)準(zhǔn)要求，總氮排放濃度執(zhí)行12mg/L，總磷排放濃度執(zhí)行0.2mg/L。

5.4 提標(biāo)改造工程工藝方案

①保留原污水廠A2/O 處理工藝。若對(duì)A2/O 工藝段采用填料工藝改造，需要在原有池內(nèi)增加更多攪拌器等設(shè)備，增加額外的曝氣量，對(duì)原有生化系統(tǒng)以及池體結(jié)構(gòu)均有較大影響，施工周期更長，造價(jià)更高。因此綜合各方面因素，本項(xiàng)目仍采用A2/O 處理工藝作為主生化處理工藝，借鑒各種A2/O 生化池變形工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對(duì)原有生化池的工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)化處理成效。

②針對(duì)本污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)變化幅度較大，BOD5/CODCr、BOD5/TN、BOD5/TP 的比值可能會(huì)小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致某些時(shí)段的可生化性不佳問題，需要設(shè)置調(diào)節(jié)池進(jìn)行調(diào)質(zhì)。此外，由于本項(xiàng)目進(jìn)水存在工業(yè)廢水，水質(zhì)水量的波動(dòng)性也需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)調(diào)量，通過結(jié)合進(jìn)出水水質(zhì)分析，在現(xiàn)有A2/O 池之前設(shè)置一座前置缺氧池，單座處理規(guī)模1.5萬m3/d，停留時(shí)間8.0h。

③對(duì)于污水生物除磷可行性問題，但由于出水標(biāo)準(zhǔn)高，同時(shí)由于水力停留時(shí)間較長，需采用化學(xué)除磷輔助，并且要嚴(yán)格控制出水SS 濃度，確保出水TP 小于0.2mg/L，考慮到水質(zhì)波動(dòng)情況，本項(xiàng)目在生物脫氮除磷工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)5um 濾布濾池過濾工藝確保達(dá)到上述排放標(biāo)準(zhǔn)。

④考慮到SS 的去除會(huì)直接影響出水CODCr和BOD5，生化池出水經(jīng)過二沉池之后，需要進(jìn)一步沉淀去除SS，現(xiàn)有的斜管沉淀池處理能力有所不足，需新建一座高效沉淀池, 規(guī)模1.5 萬m3/d，并增加混凝劑投加裝置進(jìn)行化學(xué)除磷。為了確保出水SS 達(dá)標(biāo)，臭氧氧化池出水之后通過濾池工藝段以去除水中懸浮物，通過對(duì)比活性砂濾池、高效纖維濾池以及濾布濾池，并結(jié)合現(xiàn)有濾布濾池運(yùn)行效果，濾布濾池工藝具有土建占地面積小，處理效果好，出水穩(wěn)定，可以連續(xù)運(yùn)行，能承受較高的水力負(fù)荷及懸浮物固體負(fù)荷，全部自動(dòng)化控制運(yùn)行，操作及檢修簡便，運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用濾布濾池作為污水深度處理中的過濾工藝，原有濾布濾池與消毒池合建，現(xiàn)將原有的濾池拆除，并更換為過濾精度為5um 的濾布濾池，進(jìn)一步去除水中的SS，確保出水達(dá)標(biāo)。

⑤對(duì)于TN 的去除，該項(xiàng)指標(biāo)采用生物脫氮除磷工藝可以達(dá)到，結(jié)合本項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)較大的特點(diǎn)，應(yīng)該采用具有較強(qiáng)抗沖擊負(fù)荷的工藝。新建前置缺氧段，并將原有一條回流至現(xiàn)有缺氧池的管路接至新建的前置缺氧池。該單體的設(shè)置主要針對(duì)進(jìn)水中總氮存在超標(biāo)的情況，需添加一個(gè)較長的缺氧段以提高生化系統(tǒng)對(duì)總氮的沖擊負(fù)荷；同時(shí)也可以作為一個(gè)水量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)池，以應(yīng)對(duì)鎮(zhèn)區(qū)污水排放不規(guī)律的水量沖擊。

⑥深度處理工藝的選擇。對(duì)于總磷，由于生物除磷的極限性，要達(dá)到0.2mg/L 需要借助化學(xué)除磷手段。本項(xiàng)目除磷要求較高，需要在二沉池出水后投加除磷藥劑（PAC、PAM 等）強(qiáng)化除磷效果。對(duì)于混凝沉淀單元的選擇，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，并經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，采用高效沉淀池作為深度處理的混凝沉淀工藝段。高效沉淀池與靜態(tài)沉淀池相比，沉淀效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，土建造價(jià)較低；出水水質(zhì)好, 耐沖擊負(fù)荷, 在較大范圍內(nèi)不受流量或水質(zhì)負(fù)荷變化的影響；運(yùn)行成本低，與傳統(tǒng)工藝相比，節(jié)約10%~30%的藥劑。考慮到該污水處理廠進(jìn)水中含有一定比例的工業(yè)廢水，在高效沉淀池工藝段增加一套粉末活性炭投加設(shè)備，作為出水水質(zhì)差時(shí)的應(yīng)急手段，確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

⑦預(yù)留深度處理工藝。由于本項(xiàng)目存在工業(yè)廢水，未來進(jìn)水水質(zhì)存在變化的可能，特別是工業(yè)廢水中存在的難降解有機(jī)物，生化段處理效果有限，因此需要預(yù)留后續(xù)深度處理工藝以進(jìn)一步去除COD。低濃度的COD 去除主要通過物化方法，目前工程應(yīng)用的較多的主要有臭氧氧化和芬頓氧化，考慮到臭氧氧化工藝相對(duì)簡單，運(yùn)行費(fèi)用低于芬頓氧化，本方案選用臭氧氧化工藝為預(yù)留深度處理工藝，臭氧接觸池土建先行，設(shè)備待未來水質(zhì)惡化時(shí)再配備，土建設(shè)備均按1.5 萬m3/d 建設(shè)。

⑧剩余污泥處置方案。提標(biāo)改造后需要將污泥脫水至含水率為60%，現(xiàn)有的帶式壓濾機(jī)難以達(dá)到該目標(biāo)，本次提標(biāo)改造將現(xiàn)有帶式脫水機(jī)拆除后新建一座板框壓濾脫水機(jī)房，將污泥脫水至60%后外運(yùn)，用于添加到頁巖中焚燒制磚。

5.5 預(yù)留反硝化處理工藝段用地

綜合分析研判提標(biāo)達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和提標(biāo)工藝的經(jīng)濟(jì)合理性，本次提標(biāo)改造工程在現(xiàn)有A2/O 池前設(shè)置一個(gè)前置缺氧池，增加了反硝化時(shí)間，通過調(diào)整工藝參數(shù)，進(jìn)一步提升了脫氮效果，但是生化法對(duì)總氮的去除效果有限；而且工業(yè)廢水經(jīng)過企業(yè)內(nèi)部污水處理設(shè)施的生化處理后，入網(wǎng)污水中的BOD5顯著下降，進(jìn)一步限制了污水處理廠生化段的脫氮能力。未來如繼續(xù)提高出水標(biāo)準(zhǔn)，需考慮增設(shè)后置反硝化處理工藝段，以確保TN 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，本項(xiàng)目在建設(shè)過程中，預(yù)留了反硝化處理工藝段用地。

6 新建/改建構(gòu)建筑物建設(shè)規(guī)模

表5 為提標(biāo)改造后污水處理廠新建/改建構(gòu)建筑物建設(shè)規(guī)模情況。

表5 提標(biāo)改造后污水處理廠新建/改建構(gòu)建筑物一覽表

7 工程投資及運(yùn)行效果

本建制鎮(zhèn)污水處理廠投資概算總額為3014.14 萬元，出水標(biāo)準(zhǔn)從國家一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)提升至地表水準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)（總氮執(zhí)行12mg/L，總磷執(zhí)行0.2mg/L），污水處理服務(wù)費(fèi)每噸水提升了0.6 元。本項(xiàng)目自建成投運(yùn)以來，污水處理工藝系統(tǒng)穩(wěn)定，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從2021 年污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)情況（表6）可以看出，出水準(zhǔn)Ⅳ類達(dá)標(biāo)率100%，其提標(biāo)改造工藝方案表現(xiàn)出良好的可靠性、成熟性，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)管理方便，基建投資省，運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)建制鎮(zhèn)類似污水處理廠的準(zhǔn)Ⅳ類出水提標(biāo)改造項(xiàng)目具有較好的借鑒作用。

表6 2021 年污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)表 單位：mg/L