城市污水處理現(xiàn)狀及污水處理廠提標(biāo)改造

張 強(qiáng)

（渾源縣市政公用事業(yè)服務(wù)中心，山西 大同 037400）

0 引言

在我國城市化進(jìn)程中，城市污水產(chǎn)生量不斷增加，發(fā)展為嚴(yán)重的水污染問題。城市污水廠是城市污水處理的基礎(chǔ)設(shè)施，承受著極大的壓力。在長期不間斷作業(yè)過程中，污水處理廠運(yùn)行問題頻出，傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝對(duì)氮、磷的去除率不高，無法達(dá)到一級(jí)A 出水標(biāo)準(zhǔn)。因此，探究污水處理廠提標(biāo)改造具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 城市污水處理現(xiàn)狀

在我國城市化率持續(xù)提高過程中，污水處理標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)嚴(yán)格，污水處理技術(shù)不斷升級(jí)。當(dāng)前我國城市污水處理工藝主要為二級(jí)生物處理工藝（見圖1），即在對(duì)污水進(jìn)行初步過濾、沉淀、曝氣去除廢水中懸浮物后，開展二級(jí)生物處理（傳統(tǒng)活性污泥法/氧化溝、序批式活性污泥法），可以在一定程度上去除污水中磷、氮與有機(jī)物[1]。但是，當(dāng)前城市污水處理整體存在氮磷去除率低、污泥處置效果差、再生水回用率低等問題，個(gè)別地區(qū)污水截流干渠污水溶解氧值極低，化學(xué)需氧量、硫化物、氮磷、揮發(fā)酚等指標(biāo)顯著超出排放標(biāo)準(zhǔn)，且存在臭氣逸散問題。

圖1 基于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理

2 城市污水處理存在問題的原因

2.1 設(shè)施設(shè)置不合理

城市污水處理設(shè)施主要包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、沉淀池、生物反應(yīng)池、二沉池、回流污泥池、濾布濾池、鼓風(fēng)機(jī)房、接觸消毒池、回用水泵房、曝氣儲(chǔ)泥池、加氯間、污泥脫水機(jī)房、污泥濃縮池等。當(dāng)前城市污水二級(jí)生物處理體系中，一級(jí)處理單元主要設(shè)備生產(chǎn)能力與提升泵能力存在欠缺，沉砂池內(nèi)無設(shè)備問題頻現(xiàn)。而二級(jí)生物處理單元設(shè)施設(shè)置不合理，粗格柵間隙過大，格柵篩選能力較弱，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量、深度提升泵房揚(yáng)程、機(jī)械攪拌澄清池?cái)嚢柙O(shè)備均無法滿足工藝運(yùn)行要求，導(dǎo)致污水處理效率較低。

2.2 設(shè)施脫氮除磷效率低

污水處理廠是我國城市污水處理主要陣地，污水處理廠脫氮除磷效率低問題是目前城市污水處理現(xiàn)狀問題的主要原因。當(dāng)前我國早期建設(shè)的污水處理廠在工藝選擇方面未考慮污水中氮磷污染物的去除問題，導(dǎo)致現(xiàn)有污水處理廠運(yùn)行期間無法有效去除污水中的氮磷污染物。

2.3 污泥處理設(shè)施老化破損

城市污水處理體系中污泥濃縮池多為敞開式地上構(gòu)筑物，存在老化破損漏氣現(xiàn)象，無臭氣收集裝置。同時(shí)污泥脫水機(jī)房泥棚、皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)臭味較大，密封效果差，存在臭氣逸出現(xiàn)象。加之以往污水臭氣處理規(guī)模較小，現(xiàn)狀除臭設(shè)施老化嚴(yán)重，無法有效去除污水中臭味。

3 城市污水處理廠提標(biāo)改造

3.1 改造背景

一城市污水處理廠建成于2007 年，處理水量為20 000 m3/d。污水處理廠主要負(fù)責(zé)處理生活污水，處理工藝為Unitank，污水處理達(dá)標(biāo)后排入外河，污泥委外焚燒。污水處理廠原處理標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)見表1。擬依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)要求，其中COD、氨氮、總磷三項(xiàng)主要污染物指標(biāo)執(zhí)行《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》V 類標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行工藝改造。

表1 改造前城市污水處理廠出水水質(zhì)

3.2 改造過程

城市污水處理廠提標(biāo)改造是以Unitank 處理工藝為核心，集成A2O 池、MBR 池、反硝化濾池、轉(zhuǎn)盤濾池。

3.2.1 預(yù)處理改造

根據(jù)城市污水中細(xì)小漂浮雜物、污泥分離要求，選擇三道機(jī)械格柵（25 mm+10 mm+3 mm）、曝氣沉砂池作為預(yù)處理工藝。其中25 mm 格柵的最大水深為2 m，過柵流速為0.6 m/s，總高度為7.3 m，柵渣量為9 m3/d，配電功率為3.5 kW；10 mm、3 mm 格柵轉(zhuǎn)移至粗格柵后。同時(shí)配備1 套螺旋直徑300 mm、處理柵渣量達(dá)3 m3/d 的無軸螺旋輸送機(jī)以及一套總長4 m、處理柵渣量達(dá)3 m3/d 的柵渣壓濾機(jī)和1 套10 t 起吊設(shè)備。

3.2.2 生物處理池改造

預(yù)處理后，將現(xiàn)狀Unitank 池改造為A2O 池，A2O池后增設(shè)MBR 池（膜生物反應(yīng)池）、反硝化濾池、纖維轉(zhuǎn)盤濾池，參數(shù)見表2。

表2 生物處理池改造參數(shù)

A2O 池是應(yīng)用范圍較為廣闊的脫氮除磷設(shè)施，在碳源充足情況下，脫氮率較高，且水力停留時(shí)間較短，有利于抑制污泥膨脹，分割污泥、脫去污泥污水，獲得穩(wěn)定的脫氮、脫磷效果，降低污水處理成本。在具體改造期間，為進(jìn)一步提高出水穩(wěn)定性，新建1 座生物反應(yīng)池，更換厭氧區(qū)、缺氧區(qū)推進(jìn)器，維護(hù)原填料區(qū)內(nèi)壁，縮短停水時(shí)間。隨后根據(jù)深度處理要求，綜合考慮進(jìn)水混凝沉淀、機(jī)械攪拌絮凝、沉淀幾個(gè)環(huán)節(jié)，增設(shè)反硝化濾池。反硝化濾池呈V 型，過濾材料顆粒級(jí)別均一，水沖洗與氣洗結(jié)合，交替開展過濾、反沖洗。在過濾環(huán)節(jié)，進(jìn)水經(jīng)槽堰、配水孔（V 型槽底）進(jìn)入內(nèi)部，逐層過濾后流出到清水池。進(jìn)入清水池的進(jìn)水先由長柄濾頭進(jìn)行氣洗，再經(jīng)長柄濾頭進(jìn)行水洗，單獨(dú)水洗后將雜質(zhì)轉(zhuǎn)移到排水槽。排水槽設(shè)置直徑超1.5 mm 的濾料（2～3 mm 石英砂），配合高強(qiáng)度反沖洗轉(zhuǎn)臺(tái)，有效截流污水中懸浮物以及多種污染物，強(qiáng)化總磷處理效果[2]。進(jìn)而經(jīng)排水槽進(jìn)入纖維轉(zhuǎn)盤濾池，以纖維毛濾布為過濾介質(zhì)，在潤濕后，直立狀態(tài)的纖維毛變?yōu)? mm±1 mm 深、當(dāng)量孔徑10 μm 的有效過濾介質(zhì)，有效捕獲懸浮粒子，并在反洗狀態(tài)下排出雜質(zhì)。

3.2.3 加氯接觸池改造

對(duì)于膜生物反應(yīng)池后的加氯接觸池，根據(jù)現(xiàn)有加氯系統(tǒng)自動(dòng)控制靈敏度不高、投加氯氣接觸時(shí)間無法保證等問題，以過濾后污水余氯、出水量為控制信號(hào)，增設(shè)基于模糊控制算法的自動(dòng)投氯系統(tǒng)。模糊控制器以過濾后污水余氯的幅值大小變化、過濾后污水余氯與設(shè)定值差值為輸入子集，以氯耗為輸出子集，保證接觸時(shí)間達(dá)到30 min?？刂乒饺缦拢?/p>

式中：L 為投入氯量；M 為原水流流量；M1為原污水流量模擬信號(hào)為20 mA 時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)字量信號(hào)；N 為原污水流量模擬信號(hào)為20 mA 時(shí)對(duì)應(yīng)輸出量；L0為單位氯耗；G 為投入氯量模擬信號(hào)為20 mA 時(shí)對(duì)應(yīng)輸出量；M2為投入氯量模擬信號(hào)為20 mA 時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)字量信號(hào)。在改造原加氯接觸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施的基礎(chǔ)上，配置6 kg/h的次氯酸鈉發(fā)生器，添加劑為3%聚合氯化鋁、0.3%聚丙烯酰胺（其中百分?jǐn)?shù)值均為對(duì)應(yīng)各物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)），確保加氯消毒池的HRT（水力停留時(shí)間）達(dá)到30 min。

3.2.4 除臭改造

依據(jù)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554—93）的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，借助生物強(qiáng)化除臭+生物滴濾塔除臭方式，改造污染源處理系統(tǒng)。生物強(qiáng)化除臭主要是依據(jù)生物膜理論，在生物濾池內(nèi)吸附惡臭氣味，促使廢水內(nèi)有機(jī)污染物溶解并進(jìn)入氣膜，進(jìn)而被氣膜上微生物捕獲，最終轉(zhuǎn)化為無害化合物[3]。生物滴濾塔除臭主要是以聚丙烯小球、塑料、陶瓷、木炭等無法輸出營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料為濾料，吸引以芽孢桿菌為主的除臭微生物附著，處理污水中含量較高的NH3、H2S、CH4等惡臭氣體。同時(shí)依據(jù)42 000 m3/h 的標(biāo)準(zhǔn)，配置加藥計(jì)量泵、循環(huán)泵、氧化還原電位監(jiān)測(cè)儀，集中收集臭氣。

3.2.5 再生水回用改造

針對(duì)集中水井內(nèi)污泥淤積嚴(yán)重并堵塞污泥回流泵的情況下，根據(jù)30%的廢水回用標(biāo)準(zhǔn)，增設(shè)1 座再生水泵房，泵房內(nèi)增設(shè)水下攪拌推流器以及高8 m、功率達(dá)45 kW 的潛污泵，泵房規(guī)模為2 800 萬m3/a，與城市道路清洗、城市綠化、污水處理廠區(qū)綠化等環(huán)節(jié)相連接。而污泥則經(jīng)過均質(zhì)、濃縮以及脫去75%～80%水后焚燒處理。

3.3 改造成效

改造后城市污水處理廠出水水質(zhì)見表3。

表3 改造后城市污水處理廠出水水質(zhì)

由表3 可知，改造后，城市污水化學(xué)需氧量（COD）、總磷、總氮、氨氮以及懸浮物（SS）、臭氣（含H2S、CH4、NH3等）去除率顯著提升，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)觀測(cè)各污水處理工段進(jìn)水井、格柵井、二沉池、機(jī)械污泥脫水間等氣味值，進(jìn)水氣味值均超出85，在32～160 之間波動(dòng)，改造后污水氣味值均在20 以下，波動(dòng)范圍在12～35 之間，表明改造效果良好。

4 結(jié)語

A2O 池+MBR 池+反硝化濾池+轉(zhuǎn)盤濾池工藝的應(yīng)用，可以有效提升城市污水處理廠出水水質(zhì)，改善城市污水處理效果。因此，根據(jù)實(shí)際出水水質(zhì)，城市污水處理廠可以選擇適宜的預(yù)處理、深度處理與消毒、除臭工藝、污泥處理處置工藝、再生水回用工藝，輔助提升污水處理后出水標(biāo)準(zhǔn)，為城市水資源污染問題的解決提供支持。