更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)下低溫條件的某新建污水處理廠工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行

金 濤,劉曉靜,馬文明,勞會(huì)妹,高文軍

(1.中建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司,北京 100037;2.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅蘭州 730030)

近年來,我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格,而冬季低溫運(yùn)行期間主體生化處理工藝中活性污泥的硝化、反硝化速率、生物除磷效率顯著下降,常常遇到氨氮、TN、TP難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的問題[1-2]。河北省某縣污水處理廠位于潮河流域,密云水庫(kù)上游,原設(shè)計(jì)總規(guī)模為3.5萬m3/d,執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)”)。隨著城市快速發(fā)展和人民生活水平的提高,該縣生活污水排放量持續(xù)增加,同時(shí),排放水體水環(huán)境目標(biāo)提高對(duì)污水處理廠出水提出更高要求。污水處理廠亟需進(jìn)行擴(kuò)容提標(biāo)改造,擴(kuò)大污水處理廠的處理能力至5.0萬m3/d,并將出水排放標(biāo)準(zhǔn)提高到北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/890—2012)表1中的A標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱“京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)”)。本文以河北某縣污水處理廠擴(kuò)容提標(biāo)改造工程為例,重點(diǎn)介紹了低溫條件下高排放標(biāo)準(zhǔn)新建污水處理廠的工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Designed Influent and Effluent Quality

1 工程概況與工藝選擇

1.1 工程概況

河北省某污水處理廠擴(kuò)容提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)總規(guī)模為5.0萬m3/d,包括2部分:(1)老廠通過降產(chǎn)提標(biāo)改造,處理能力由3.5萬m3/d降至2.0萬m3/d;(2)新廠擴(kuò)建3.0萬m3/d處理能力。進(jìn)水主要為生活污水,含少量經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)廢水,其占比不超過10%。根據(jù)受納水體潮河的水環(huán)境功能目標(biāo)的要求,擴(kuò)容提標(biāo)改造后污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),主要指標(biāo)CODCr、BOD5、氨氮、TP與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中Ⅲ類限值要求一致(TN除外,TN≤10 mg/L),具體設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示,設(shè)計(jì)最低水溫為6 ℃。

1.2 老廠運(yùn)行現(xiàn)狀

老廠現(xiàn)狀處理工藝為“百樂克工藝+二沉池+高效沉淀池+淺層砂濾池+接觸消毒”,百樂克工藝經(jīng)過之前改造投加移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)填料以增加缺氧區(qū)微生物量,改善冬季低溫條件下對(duì)TN的去除效果,新建高效沉淀池以保證出水TP達(dá)標(biāo)[3]。目前老廠整體出水能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),主要存在以下問題。

(1)百樂克工藝冬季停留時(shí)間偏短,雖進(jìn)行MBBR工藝改造緩解低溫條件下缺氧池容不足問題,但填料流化狀態(tài)不佳,造成局部填料堆積現(xiàn)象,特別是缺氧區(qū)出口不銹鋼攔截篩網(wǎng)部分。

(2)生物池內(nèi)外回流系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)均不能變頻調(diào)節(jié),無法靈活調(diào)整運(yùn)行參數(shù),現(xiàn)狀生化系統(tǒng)對(duì)原水碳源利用率較低,而為保證出水TN達(dá)標(biāo),外加碳源投加量偏大。

(3)現(xiàn)狀二沉池與百樂克池合建,造成二沉池長(zhǎng)寬比、長(zhǎng)深比、最大水平流速、弗勞德數(shù)遠(yuǎn)低于常規(guī)平流沉淀池,表面負(fù)荷[1.35 m3/(m2·h)]較高,沉淀效果不佳[3]。

(4)淺層砂濾池因只設(shè)計(jì)了水反洗,未設(shè)置氣反洗,經(jīng)過多年的運(yùn)行,石英砂濾料污堵嚴(yán)重,基本喪失應(yīng)有功能。

1.3 工藝選擇重難點(diǎn)

從現(xiàn)狀污水處理廠運(yùn)行情況分析,新建污水處理廠在工藝選擇上存在以下重難點(diǎn)。

(1)冬季時(shí)間長(zhǎng)、進(jìn)水水溫低,嚴(yán)重影響系統(tǒng)硝化反硝化性能。污水處理廠冬季低水溫運(yùn)行時(shí)間為12月底—次年3月底,進(jìn)水溫度在6～8 ℃,最低水溫低至6 ℃。出水執(zhí)行國(guó)標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)時(shí),低溫期間出水氨氮、TN指標(biāo)明顯存在較大浮動(dòng),通過對(duì)現(xiàn)狀污水處理廠進(jìn)行分析,因百樂克工藝厭氧區(qū)停留時(shí)間為1.0 h,缺氧區(qū)停留時(shí)間為2.9 h,好氧區(qū)停留時(shí)間為10.2 h,實(shí)際運(yùn)行中,常溫時(shí)尚可滿足出水標(biāo)準(zhǔn)要求,但低溫條件下微生物反應(yīng)速率下降,設(shè)計(jì)停留時(shí)間不足導(dǎo)致出水水質(zhì)波動(dòng)[3]?，F(xiàn)提標(biāo)至京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),對(duì)出水氨氮、TN要求更加嚴(yán)格,難以保證其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

(2)進(jìn)水碳氮比偏低,且百樂克工藝未做到充分利用原水中的碳源,導(dǎo)致碳源投加量大,運(yùn)行成本增加。同時(shí)碳源不足也影響到生化系統(tǒng)的生物除磷效果,新污水處理廠生化處理工藝選擇要充分考慮原水碳源的利用,選擇強(qiáng)化脫氮除磷工藝[3-6]。

(3)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)水TP質(zhì)量濃度指標(biāo)為6.0 mg/L,出水指標(biāo)要求TP≤0.2 mg/L,去除率≥96.7%。當(dāng)碳源充足時(shí),強(qiáng)化脫氮除磷工藝生物除磷率可達(dá)75%以上[7],但仍達(dá)不到去除要求,需要考慮“生物除磷+化學(xué)除磷”相結(jié)合保障TP達(dá)標(biāo)。

(4)本項(xiàng)目出水SS質(zhì)量濃度指標(biāo)要求達(dá)到5 mg/L以下。考慮到冬季低溫問題,常用的過濾處理工藝如濾布濾池工藝對(duì)SS的去除可以達(dá)到10 mg/L以下,但不能穩(wěn)定達(dá)到京標(biāo)A對(duì)SS的更高要求,且濾布更換費(fèi)用較高;活性砂濾池工藝單套活性砂過濾器處理能力小,需設(shè)計(jì)較多活性砂過濾器,且易出現(xiàn)氣提故障、跑砂以及板結(jié)等問題。因此,選擇出水效果好、應(yīng)用廣泛的V型濾池過濾工藝對(duì)SS進(jìn)行處理。

(5)本項(xiàng)目出水CODCr質(zhì)量濃度指標(biāo)要求達(dá)到20 mg/L以下,生化處理工藝可以實(shí)現(xiàn)CODCr≤50 mg/L,在經(jīng)過深度處理加藥沉淀或過濾可以進(jìn)一步去除少量CODCr,但冬季低溫條件下出水CODCr會(huì)存在波動(dòng)情況,為保證CODCr穩(wěn)定達(dá)標(biāo),需要考慮保障措施。

1.4 工藝思路分析

(1)生化處理段。低溫條件下污水提標(biāo)改造多數(shù)在原工藝上投加填料,增強(qiáng)對(duì)氮、磷的去除[8],但老廠在之前百樂克改造工程中投加填料運(yùn)行維護(hù)不便[3]。因此,考慮優(yōu)先利用原水碳源、充分發(fā)揮生物除磷,新廠的生化處理工藝采用具有強(qiáng)化脫氮除磷功能的多段多級(jí)AO工藝,并按最低水溫6 ℃核算設(shè)計(jì)參數(shù),延長(zhǎng)水力停留時(shí)間,維持較低的污泥負(fù)荷。通過增設(shè)預(yù)缺氧段、多點(diǎn)進(jìn)水、多點(diǎn)投加碳源、多點(diǎn)內(nèi)回流等措施,提高生化處理段脫氮效果,降低外回流中的溶解氧和硝態(tài)氮,保證充足的碳源,充分釋磷和吸磷,以充分發(fā)揮生物除磷功能。

(2)深度處理段。污水主要出水指標(biāo)中氨氮、TN的去除在生化處理段完成,還有CODCr、TP、SS是工藝確定需要重點(diǎn)考慮的因素。目前,高效沉淀池和濾池的組合在污水深度處理工程中得到越來越多的應(yīng)用[9-10]。本項(xiàng)目中,TP采用應(yīng)用廣泛的高效沉淀池工藝通過投加藥劑絮凝沉淀保障達(dá)標(biāo),SS采用截留懸浮物能力強(qiáng)、應(yīng)用廣泛、效果穩(wěn)定、投資運(yùn)行費(fèi)用低的V型濾池工藝保障達(dá)標(biāo)?？紤]到保證低溫條件下出水CODCr≤20 mg/L的難度,處理工藝末端設(shè)置臭氧氧化工藝,去除部分難生物降解的有機(jī)物。

綜上所述,在新建污水處理廠的工藝比選確定過程中,考慮工藝針對(duì)性、成熟穩(wěn)定性、運(yùn)行便利性,最終確定采用“多段多級(jí)AO+高效沉淀池+V型濾池+臭氧接觸池”的工藝路線。

在老廠提標(biāo)改造中將原“百樂克工藝+二沉池+高效沉淀池+淺層砂濾池+接觸消毒”工藝改造為“AAO+二沉池+高效沉淀池”工藝。首先,通過在原百樂克池增加導(dǎo)流墻,并將原二沉池改造為缺氧區(qū),增加缺氧區(qū)停留時(shí)間,優(yōu)化生物反應(yīng)池分區(qū),提高生化系統(tǒng)的能力;其次,將基本喪失功能的淺層砂濾池和接觸消毒池拆除,重新設(shè)計(jì)建設(shè)矩形二沉池;最后,利舊高效沉淀池,高效沉淀池出水接至新建污水處理廠V型濾池進(jìn)一步處理。

2 工藝設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目擴(kuò)容提標(biāo)改造總處理規(guī)模為5.0萬m3/d,包括2.0萬m3/d的老廠提標(biāo)改造工程和3.0萬m3/d的新廠建設(shè)工程。下面以新廠為例對(duì)低溫條件下高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2.1 工藝流程

新建污水處理廠采用“粗格柵及提升泵房+細(xì)格柵及曝氣沉砂池+多段多級(jí)AO+二沉池+高效沉淀池+V型濾池+臭氧接觸池+接觸消毒池”組合工藝,如圖1所示。預(yù)處理工藝為常規(guī)工藝,主要去除較大的懸浮物、漂浮物和砂粒等;生化處理工藝采用多段多級(jí)AO工藝,通過多點(diǎn)進(jìn)水、設(shè)置預(yù)缺氧段、多級(jí)缺氧好氧交替,強(qiáng)化脫氮除磷效果,保障BOD5、氨氮、TN的穩(wěn)定達(dá)標(biāo);深度處理工藝采用“高效沉淀池+凈水間(V型濾池)+臭氧接觸池+次氯酸鈉消毒”。其中,高效沉淀池進(jìn)一步去除TP、SS以及少量CODCr,V型濾池進(jìn)一步去除SS,臭氧接觸池對(duì)CODCr起保障性作用,設(shè)置超越管道,正常運(yùn)行時(shí)污水經(jīng)V型濾池過濾后直接消毒排放,只有受到?jīng)_擊或者冬季低溫導(dǎo)致CODCr超標(biāo)時(shí)啟用臭氧接觸池。二沉池剩余污泥和高效沉淀池化學(xué)污泥處理排放至污泥儲(chǔ)池,經(jīng)預(yù)濃縮+板框壓濾后外運(yùn)至堆肥車間進(jìn)行好氧堆肥處理。

圖1 污水處理廠工藝流程Fig.1 Process Flow of WWTP

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)粗格柵及提升泵房

粗格柵及提升泵房按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),總變化系數(shù)為1.38,設(shè)回轉(zhuǎn)式粗格柵2臺(tái),功率為1.5 kW,柵條間隙為15 mm,格柵寬度為1 200 mm,格柵傾角為75°,配套1臺(tái)無軸螺旋輸送機(jī)。提升泵房設(shè)4臺(tái)潛污泵,3用1備,全部設(shè)置變頻。

(2)細(xì)格柵及曝氣沉砂池

細(xì)格柵及曝氣沉砂池按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),總變化系數(shù)為1.38,設(shè)內(nèi)進(jìn)流孔板格柵2臺(tái),單臺(tái)過水量為2.0萬m3/d,功率為1.1 kW,孔徑為3 mm,網(wǎng)板有效寬度為1 200 mm,配套沖洗水泵及高排水型螺旋壓榨機(jī)。曝氣沉砂池設(shè)橋式吸砂機(jī)1臺(tái),配套砂水分離器1臺(tái),羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

(3)多段多級(jí)AO池

多段多級(jí)AO池按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),變化系數(shù)取1.1,分2座,單座尺寸為92.1 m×28.0 m×8.0 m,有效水深為7.0 m,主要功能區(qū)包括預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、第一缺氧區(qū)、第一好氧區(qū)、第二缺氧區(qū)、第二好氧區(qū)?？偼Ａ魰r(shí)間為25.58 h,其中預(yù)缺氧區(qū)為0.5 h,厭氧區(qū)為0.9 h,第一缺氧區(qū)為3.79 h,第一好氧區(qū)為8.3 h,第二缺氧區(qū)為3.79 h、第二好氧區(qū)為8.3 h。設(shè)計(jì)最低水溫為6 ℃,污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為4 000 mg /L,設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為 0.036 kg BOD5/(kg MLSS·d),平均氣水比為8.7∶1.0。設(shè)計(jì)最大外回流比為100%,通過污泥回流泵回流至預(yù)缺氧區(qū);設(shè)計(jì)最大內(nèi)回流比為300%,通過回流渠插板閥調(diào)整第一、第二缺氧區(qū)回流量,建議控制第一缺氧區(qū)與第二缺氧區(qū)回流量分配比為6∶4。進(jìn)水分配渠中設(shè)置的插板可將進(jìn)水按30%、35%、40%、45%、50%的比例分配到第二缺氧區(qū),其余污水進(jìn)入預(yù)缺氧區(qū),以達(dá)到調(diào)整各段進(jìn)水量的目的。分別在厭氧區(qū)進(jìn)口端、第一缺氧區(qū)、第二缺氧區(qū)設(shè)置碳源投加點(diǎn),以便工藝運(yùn)行時(shí)靈活調(diào)整外部碳源投加。單座多段多級(jí)AO池的預(yù)缺氧區(qū)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái),厭氧區(qū)分3格,每格設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)1臺(tái);第一、第二缺氧區(qū)各設(shè)潛水推流器2臺(tái);第一、第二好氧區(qū)設(shè)φ270 mm盤式微孔曝氣盤1 774個(gè);第二好氧區(qū)末端設(shè)混合液回流泵3臺(tái)(變頻控制,1臺(tái)冷備)。

(4)配水井及污泥泵房

配水井及污泥泵房按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),變化系數(shù)取1.38,尺寸為8.85 m×8.2 m×5.7 m。配水井設(shè)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)堰門2臺(tái),控制向2座二沉池進(jìn)行配水。污泥泵房設(shè)污泥回流泵3臺(tái)(變頻控制,1臺(tái)冷備)、剩余污泥泵3臺(tái)(變頻控制,1臺(tái)冷備)。

(5)二沉池

二沉池為中進(jìn)周出輻流式沉淀池,按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),變化系數(shù)取1.38,2座,單座尺寸為φ32 m×5.0 m。設(shè)計(jì)平均表面水力負(fù)荷為0.78 m3/(m2·h)。池內(nèi)設(shè)φ32 m全橋式周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái)。

(6)中間提升泵房

中間提升泵房按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),變化系數(shù)取1.38,尺寸為10.0 m×7.3 m×6.6 m。設(shè)4臺(tái)潛水提升泵,3用1備,全部設(shè)置變頻。

(7)高效沉淀池

高效沉淀池按3.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),變化系數(shù)取1.38,尺寸為22.9 m×22.5 m×7.0 m。分2個(gè)序列獨(dú)立運(yùn)行,包括混合區(qū)、絮凝區(qū)、斜管分離沉淀濃縮區(qū),沉淀區(qū)平均表面水力負(fù)荷為6.3 m3/(m2·h),PAC設(shè)計(jì)最大投加量為30 mg/L,PAM設(shè)計(jì)最大投加量為2 mg/L,設(shè)計(jì)污泥回流比為3.5%。單序列設(shè)混合攪拌器1臺(tái),槳葉直徑為1 000 mm;絮凝反應(yīng)攪拌器1臺(tái),配套導(dǎo)流筒,槳葉直徑為2 100 mm;中心傳動(dòng)刮泥機(jī)1臺(tái),直徑為11 m。污泥泵間內(nèi)設(shè)污泥回流螺桿泵3臺(tái)(變頻控制,2用1備),污泥排放螺桿泵3臺(tái)(2用1備)。

(8)凈水間

凈水間為V型濾池工藝,按5.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)(含老廠工藝處理出水2.0萬m3/d),變化系數(shù)取1.38,尺寸為42.6 m×7.1 m×4.55 m。分2個(gè)序列運(yùn)行,共8格,單格面積為49 m2,正常濾速為5.3 m/h,強(qiáng)制濾速為6.07 m/h。反沖洗程序?yàn)闅庀磿r(shí)間為2 min[強(qiáng)度為15 L/(m2·s)],氣水聯(lián)合洗時(shí)間為4 min[氣洗強(qiáng)度為15 L/(m2·s),水洗強(qiáng)度為3 L/(m2·s)],水洗時(shí)間為6 min[強(qiáng)度為6 L/(m2·s)],全程表面掃洗[強(qiáng)度為2 L/(m2·s)]。反沖洗設(shè)備間內(nèi)設(shè)反沖洗水泵3臺(tái)(臥式離心泵,2臺(tái)變頻,2用1備),反沖洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)。

(9)臭氧接觸池、接觸消毒池及巴氏計(jì)量槽

臭氧接觸池、接觸消毒池及巴氏計(jì)量槽合建,按5.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)(含老廠出水2.0萬m3/d),變化系數(shù)取1.38,尺寸為35.5 m×21.0 m×7.0 m。臭氧接觸池最高日最高時(shí)接觸氧化時(shí)間為43 min,接觸消毒池最高日最高時(shí)接觸消毒時(shí)間為31 min。臭氧接觸池分2組,每組分3段,采用豎向流設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)臭氧最大投加量為50 mg/L,各段投加比例為2∶1∶1。臭氧發(fā)生間設(shè)氧氣源臭氧發(fā)生器3臺(tái),其中2臺(tái)最大臭氧產(chǎn)量為60 kg/h,1臺(tái)最大臭氧產(chǎn)量為10 kg/h,根據(jù)水質(zhì)情況,對(duì)臭氧投加量進(jìn)行調(diào)整或者超越臭氧接觸池。

(10)污泥儲(chǔ)池及脫水機(jī)房

污泥儲(chǔ)池按5.0萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì),1座2格,尺寸為12.9 m×6.6 m×5.5 m,脫水機(jī)房設(shè)計(jì)污泥處理量為1 190 m3/d,含水率為99.3%,每天運(yùn)行12～16 h,壓濾后泥餅含水率低于60%。污泥儲(chǔ)池設(shè)潛水曝氣攪拌機(jī)2臺(tái)。污泥自儲(chǔ)池進(jìn)入脫水機(jī)房,經(jīng)疊螺濃縮機(jī)預(yù)濃縮后進(jìn)入調(diào)理池投加PAC調(diào)理,板框壓濾機(jī)壓濾后,外運(yùn)進(jìn)行好氧堆肥處理。脫水機(jī)房設(shè)污泥切割機(jī)2臺(tái),疊螺濃縮機(jī)2臺(tái),單臺(tái)處理量為350 kg DS/h,疊螺濃縮機(jī)配套進(jìn)料螺桿泵3臺(tái)(變頻控制,2用1備);預(yù)濃縮污泥調(diào)理池設(shè)框式攪拌機(jī)2臺(tái);高壓隔膜板框壓濾機(jī)2臺(tái),配套液壓儲(chǔ)泥斗2個(gè),單臺(tái)壓濾機(jī)面積為250 m2,配套3臺(tái)進(jìn)料螺桿泵(變頻控制,2用1備)、1臺(tái)壓榨水泵和2臺(tái)洗布水泵(變頻控制,1用1備)。此外,板框壓濾機(jī)配套空氣壓縮系統(tǒng),用于反吹和閥門儀表用氣。脫水機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)PAC投加裝置和PAM投加裝置,PAC投加量不超過絕干污泥量的10%,PAM投加量不超過絕干污泥量的2‰。

3 運(yùn)行效果

該項(xiàng)目新建廠區(qū)部分從2021年5月開工建設(shè),于2021年12月通水調(diào)試運(yùn)行,并于2022年2月出水達(dá)標(biāo)。2021年12月底—2022年3月底,進(jìn)水溫度均在8 ℃以下,進(jìn)水溫度在12 ℃以下持續(xù)到6月初,表2為2022年2月—6月的實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)情況,該階段內(nèi)最低進(jìn)水溫度為6.5 ℃。由圖2～圖6可知,在低溫條件下污水處理廠運(yùn)行效果穩(wěn)定,期間進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為110.1～304.7 mg/L、氨氮質(zhì)量濃度為12.4～49.4 mg/L、TN質(zhì)量濃度為26.2～55.2 mg/L、TP質(zhì)量濃度為0.4～5.4 mg/L、SS質(zhì)量濃度為63.2～167.0 mg/L,出水CODCr、氨氮、TN、TP、SS質(zhì)量濃度分別為(13.8±2.6)、(0.3±0.1)、(7.1±1.2)、(0.10±0.05)、(3.2±1.1) mg/L,各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)處理系統(tǒng)對(duì)CODCr、氨氮、TN、TP、SS的平均去除率分別達(dá)到93.3%、99.0%、82.5%、96.5%、97.2%。多段多級(jí)AO工藝在低溫下保障了生化系統(tǒng)的去除效果,通過設(shè)置預(yù)缺氧段、多點(diǎn)進(jìn)水、多點(diǎn)投加碳源等措施,強(qiáng)化了氮磷的去除,生化系統(tǒng)對(duì)TN的平均去除率達(dá)到82.5%,在該階段實(shí)現(xiàn)了對(duì)TN的去除目標(biāo)。通過多段多級(jí)AO的生物除磷和高效沉淀池的化學(xué)除磷相結(jié)合,強(qiáng)化了TP的去除,平均去除率達(dá)到96.5%。V型濾池很好地實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的SS去除。從5月中旬開始,隨著水溫的提升,臭氧系統(tǒng)根據(jù)出水水質(zhì)情況調(diào)整開啟頻次以降低運(yùn)行成本,經(jīng)過V型濾池處理達(dá)標(biāo)的出水超越臭氧接觸池,直接投加次氯酸鈉消毒后外排。

圖2 進(jìn)出水CODCr濃度及去除率Fig.2 Influent and Effluent CODCr and Removal Rate

圖3 進(jìn)出水氨氮濃度及去除率Fig.3 Influent and Effluent Ammonia Nitrogen and Removal Rate

圖4 進(jìn)出水TN濃度及去除率Fig.4 Influent and Effluent TN and Removal Rate

圖5 進(jìn)出水TP濃度及去除率Fig.5 Influent and Effluent TP and Removal Rate

圖6 進(jìn)出水SS濃度及去除率Fig.6 Influent and Effluent SS and Removal Rate

2022年2月—6月同一時(shí)間段內(nèi),選取新建廠區(qū)多段多級(jí)AO工藝和老廠百樂克工藝外加碳源的投加量進(jìn)行分析。由圖7可知,老廠本次提標(biāo)改造完成前仍執(zhí)行國(guó)標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),其TN出水質(zhì)量濃度指標(biāo)要求≤15 mg/L,廠內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為≤12 mg/L,其外加碳源投加量為(60.5±5.3)mg/L;新建廠區(qū)執(zhí)行京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),其TN出水指標(biāo)要求≤10 mg/L,廠內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為≤8 mg/L,其外加碳源投加量為(38.2±4.1)mg/L。雖然新建廠區(qū)執(zhí)行的出水標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格,但采用多段多級(jí)AO工藝后外加碳源投加量比百樂克工藝更少,其原因首先是多段多級(jí)AO工藝可以更充分地利用原水中的碳源,其次是老廠百樂克工藝缺氧區(qū)停留時(shí)間短(2.9 h),反硝化脫氮更依賴于易利用的外加乙酸鈉碳源,原水中的碳源無法得到有效利用。

圖7 不同工藝的外加碳源投加量Fig.7 External Carbon Dosage of Different Processes

4 經(jīng)濟(jì)分析

該項(xiàng)目中新建污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為3.0萬m3/d,其中,凈水間(含)之后處理單元(包括凈水間、臭氧接觸池、接觸消毒池、巴氏計(jì)量槽)因需提標(biāo)強(qiáng)化處理老廠來水2.0萬m3/d,設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0萬m3/d。新建污水處理廠工程投資為15 295.60萬元,總用地面積為31 748.23 m2。

新建污水處理廠直接運(yùn)行成本為1.36元/m3,其中,藥劑材料費(fèi)為0.44元/m3,水電費(fèi)為0.69元/m3,污泥處置費(fèi)為0.09元/m3,工資及福利費(fèi)為0.14元/m3。

5 結(jié)論

(1)低溫條件下,采用“多段多級(jí)AO+二沉池+高效沉淀池+V型濾池+臭氧接觸池+接觸消毒池”組合處理工藝,出水效果良好,可以穩(wěn)定達(dá)到京標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn),展現(xiàn)了系統(tǒng)較強(qiáng)的抗低溫沖擊能力,為類似低溫條件下高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠設(shè)計(jì)提供一定參考。

(2)生化法作為最經(jīng)濟(jì)的污水處理方法,如何充分發(fā)揮污水處理廠生化處理段的作用是污水處理廠設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。通過合理的參數(shù)設(shè)計(jì),作為主體工藝的多段多級(jí)AO在低溫運(yùn)行期間,比百樂克工藝原水碳源利用率高,特別是進(jìn)水溫度為6.5 ℃時(shí),仍可保證較好的脫氮除磷效果,在出水達(dá)標(biāo)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

(3)“高效沉淀池+V型濾池+臭氧接觸池”深度處理工藝各單元功能目標(biāo)明確,充分發(fā)揮各自的工藝優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)TP、SS、CODCr的精準(zhǔn)去除,在高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠深度處理領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

(4)低溫運(yùn)行期間,臭氧系統(tǒng)兼具去除部分難生物降解有機(jī)物和消毒功能,進(jìn)水溫度回升后,為降低污水處理廠的運(yùn)維難度及運(yùn)行成本,消毒工藝采用次氯酸鈉接觸消毒為主。