改良氧化溝工藝污水處理廠提標(biāo)改造工程實(shí)踐

潘振， 羅劍云， 梁程鈞

（廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?， 南寧 530000）

湖北省某污水處理廠于2009 年8 月竣工并投產(chǎn)， 設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3／d， 采用改良氧化溝處理工藝， 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)湖北省水污染防治工作方案的通知（鄂環(huán)委〔2017〕4號(hào)）， 要求長(zhǎng)江干流及主要支流沿線縣級(jí)以上城市（區(qū)）污水處理設(shè)施， 城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施全部達(dá)到一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)。 原污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足減排要求， 需對(duì)原有排放標(biāo)準(zhǔn)由一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)升為一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

1 污水處理廠現(xiàn)狀

該污水處理廠原污水處理采用具有生物脫氮除磷功能的改良氧化溝工藝， 處理構(gòu)筑物包括： 粗格柵及進(jìn)水泵房、 細(xì)格柵及旋流沉砂池、 改良氧化溝、 二沉池、 紫外消毒渠； 污泥處理構(gòu)筑物包括：污泥泵房、 儲(chǔ)泥池、 污泥濃縮脫水車間。 污水處理廠2017 年1 —12 月份平均日進(jìn)水量為30 236 m3／d， 出水量為30 017 m3／d， 基本處于滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。 污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)實(shí)際值與設(shè)計(jì)值偏差較大， BOD5、 COD、 SS 指標(biāo)實(shí)測(cè)平均值不及設(shè)計(jì)值的50%， 氨氮、 TP 指標(biāo)基本接近設(shè)計(jì)值。 污水處理廠出水除TP 指標(biāo)超標(biāo)， 其他出水指標(biāo)均達(dá)到GB 18918—2002 一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)。 出水TP 要求值為0.5 mg／L， 在85% 保 證 率 下 出 水TP 監(jiān) 測(cè) 值 為0.73 ～0.92 mg／L。 污水處理廠實(shí)測(cè)進(jìn)、 出水水質(zhì)均值詳見表1。 本次提標(biāo)改造工程出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

表1 污水處理廠實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)均值Tab. 1 Average wate quality of influent and effluent water of sewage treatment plant

表2 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)均值Tab. 2 Design influent and effluent water quality of upgrading and reconstruction project

該污水處理廠存在以下問題：

（1） 進(jìn)水有大量雨水、 地下水混入， 碳源不足， 生物池活性污泥的活性較差， 污泥濃度偏低，生物除磷效果不佳， 出水TP 超標(biāo)。

（2） 部分水量、 水質(zhì)檢測(cè)儀表?yè)p壞或超期使用，給污水處理廠的正常穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。

（3） 廠區(qū)周圍高樓林立， 環(huán)境十分敏感， 必須進(jìn)一步強(qiáng)化惡臭及噪聲污染控制措施。

2 工藝選擇

為了將現(xiàn)有污水處理工藝、 現(xiàn)有建構(gòu)筑物處理能力與提標(biāo)工程有機(jī)結(jié)合， 同時(shí)考慮工藝方案實(shí)施的可行性、 經(jīng)濟(jì)性和合理性， 保證出水水質(zhì)， 污水處理廠一期工程具備二級(jí)生物處理工藝單元， 本次提標(biāo)工程主要內(nèi)容為強(qiáng)化一期生物處理和增建深度處理單元（三級(jí)處理）， 以滿足出水水質(zhì)要求。

污水處理廠一期工程實(shí)際出水除COD 達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)外， 其余指標(biāo)均達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。 提標(biāo)改造工程中增加三級(jí)處理可一定程度去除BOD5，BOD5達(dá)標(biāo)較容易， 向生物池缺氧區(qū)補(bǔ)充碳源強(qiáng)化脫氮確保氨氮達(dá)標(biāo)， 二級(jí)生物除磷加三級(jí)處理中絮凝沉淀對(duì)磷有很好的去除效果， 確保TP 達(dá)標(biāo)， 三級(jí)處理中沉淀加過濾確保SS 達(dá)標(biāo)， 使其出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

綜合考慮本工程處理目標(biāo)與水質(zhì)特點(diǎn)， 參考國(guó)內(nèi)成功案例［1－3］， 本工程提標(biāo)改造方案選用混凝沉淀過濾工藝， 即高效沉淀池-精密過濾器工藝， 除臭工藝選用生物除臭［4］， 消毒工藝選用紫外消毒。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 工藝流程

提標(biāo)改造工程在原有基礎(chǔ)上增加了三級(jí)深度處理段， 采用混凝沉淀過濾工藝， 污泥處理及出水消毒保持一期工程原有工藝， 工藝流程見圖1。

3.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

圖1 提標(biāo)改造工藝流程Fig. 1 Flow of upgrading and reconstruction process

污水處理廠提標(biāo)改造工程保留已有建（構(gòu)）筑物， 包括： 粗格柵及進(jìn)水泵房、 細(xì)格柵及旋流沉砂池、 改良型氧化溝、 配水井及污泥泵房、 二沉池、污泥濃縮脫水機(jī)房、 加藥間、 鼓風(fēng)機(jī)房、 綜合樓、配電中心、 門房等； 新建構(gòu)筑物包括： 深度處理提升泵房、 高效澄清池、 精密過濾器； 改建構(gòu)（建）筑物有加藥間， 另外在污泥脫水車間旁加設(shè)生物除臭系統(tǒng)。

（1） 改良氧化溝復(fù)核。 改良氧化溝功能是利用選擇區(qū)、 厭氧區(qū)、 主反應(yīng)區(qū)（包括缺氧區(qū)和好氧區(qū)）的不同功能， 進(jìn)行生物脫氮除磷， 同時(shí)去除BOD5。

氧化溝設(shè)計(jì)流量為30 000 m3／d， 總停留時(shí)間為9 h， 有效水深為6 m， 污泥齡為12 d， 污泥負(fù)荷為0.12 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 容積負(fù)荷為0.42 kg［BOD5］／（m3·d）， 污泥濃度為3.5 g／L， 硝化速率為0.03 kg［氨氮］／（kg［MLSS］·d）， 反硝化速率為0.064 kg［NO3-－N］／（kg［MLSS］·d）， 污泥反硝化區(qū)停留時(shí)間為0.5 h， 單座有效容積為571 m3， 厭氧區(qū)停留時(shí)間為1.5 h， 單座有效容積為1 878 m3， 主反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間為7 h， 單座有效容積為8 667 m3，最大供氣量為8 490 m3／h， 氣水比為4.85 ∶1。

復(fù)核出水BOD5濃度［5］：

式中： Q 為設(shè)計(jì)流量， m3／d； Se為出水BOD5質(zhì)量濃度， mg／L， So為進(jìn)水BOD5質(zhì)量濃度， mg／L；K2為動(dòng)力學(xué)參數(shù)， 取值范圍0.016 8 ～0.028 1； X 為混合液污泥濃度， 取3 500 mg／L； V 為曝氣池體積，m3； f=0.75。

復(fù)核結(jié)果表明， 出水BOD5濃度可達(dá)設(shè)計(jì)要求。

復(fù)核出水氨氮濃度： 考慮硝化作用， 出水氨氮濃度計(jì)算采用動(dòng)力學(xué)公式［5］。 低溫硝化不利， 計(jì)算按冬季溫度計(jì)算， 水溫取10 ℃。

硝化菌最大比增長(zhǎng)速度μm（10）：

式中： μm（15）為標(biāo)準(zhǔn)水溫下硝化菌最大比增長(zhǎng)速 度， d－1， μm（15）＝0.5 d－1； T 為 設(shè) 計(jì) 條 件 下 水溫， ℃， 冬季T ＝10 ℃； DO 為曝氣池內(nèi)溶解氧平均質(zhì)量濃度， mg／L， 取2 mg／L； KO為溶解氧半速度常數(shù)， mg／L， 取1.3 mg／L； pH 為污水pH 值，取7.2。

硝化菌半增長(zhǎng)速度常數(shù)KN（10）：

式中： KN（15）為標(biāo)準(zhǔn)水溫下硝化菌半速度常數(shù)，mg／L， KN（15）＝0.5 mg／L。

硝化菌比增長(zhǎng)速度KN（10）：

式中： θC為污泥齡， d－1， θC=12 d－1； bN為硝化菌自身氧化系數(shù)， d－1， bN＝0.027 d－1。

則出水氨氮濃度Ne（10）：

復(fù)核結(jié)果表明， 出水氨氮濃度可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

一般情況下， m（BOD5）／m（TN） ≥5 時(shí)可認(rèn)為污水有足夠的碳源供反硝化菌利用［6］。 該污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)m（BOD5）／m（TN） ＝110／35 ＝3.14（實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)m（BOD5）／m（TN） ＝48／35 ＝1.4），故碳源不足。 因此， 提標(biāo)改造工程設(shè)置乙酸鈉投加系統(tǒng)［7－8］， 向生物池缺氧區(qū)補(bǔ)充碳源， 強(qiáng)化脫氮處理， 投加量為20 mg／L。

（2） 中間提升泵站。 設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3／d，變化系數(shù)為1.45。 設(shè)3 臺(tái)潛水軸流泵， 2 用1 備，單臺(tái)Q ＝920 m3／h， H ＝6 m， N ＝15 kW。

（3） 高效沉淀池。 高效沉淀池由混合區(qū)、 絮凝區(qū)和沉淀區(qū)組成， 設(shè)計(jì)1 座， 共2 格， 設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3／d， 變化系數(shù)為1.45。 剩余污泥泵和污泥回流泵各為3 臺(tái)（2 用1 備）， 單臺(tái)Q ＝40 m3／h， H ＝20 m， N ＝7.5 kW。

混合區(qū)： 采用機(jī)械攪拌混合， 單池平面尺寸為2.2 m×2.2 m， 有效水深為4.50 m， 停留時(shí)間為2 min。

絮凝區(qū)： 單池平面尺寸為4.6 m×4.6 m， 有效水深為6.85 m， 停留時(shí)間為13.25 min。

沉淀區(qū)： 單池平面尺寸為9.7 m×9.7 m， 有效水深為6.95 m， 停留時(shí)間為40.2 min， 斜板表面負(fù)荷為10.46 m3／（m2·h）。

（4） 精密過濾器。 設(shè)計(jì)規(guī)模為30 000 m3／d， 采用2 套轉(zhuǎn)鼓式精密過濾器， 過濾孔徑為10 ～1 000 μm， 濾筒直徑為1 290 mm， 濾筒長(zhǎng)度為3 600 mm，濾網(wǎng)材質(zhì)為316L 不銹鋼， 沖洗壓力為0.6 MPa。 進(jìn)水渠道平面尺寸為10.7 m×1.2 m， H ＝4.25 m， 出水渠道平面尺寸為10.7 m×1.2 m， H ＝3.65 m。

（5） 除臭系統(tǒng)。 除臭范圍包括粗格柵提升泵站、 細(xì)格柵旋流沉砂池、 污泥池、 脫水機(jī)房及生物池厭氧區(qū)等。 粗格柵及進(jìn)水泵房、 細(xì)格柵及沉砂池設(shè)計(jì)換氣次數(shù)3 ～5 次／h； 儲(chǔ)泥池、 污泥濃縮脫水車間及生物池厭氧區(qū)設(shè)計(jì)換氣次數(shù)5 ～7 次／h； 總設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為12 500 m3／h， 設(shè)計(jì)1 套生物除臭系統(tǒng)。

（6） 污泥脫水間（復(fù)核）。 污水處理廠原有DNY－2500 型帶式濃縮脫水一體機(jī)2 臺(tái)， 1 用1 備，處理能力為30 ～40 m3／h， 平均每天產(chǎn)生的污泥量為10 t／d（含水率為80%）， 脫水污泥進(jìn)行堆肥處置。 提標(biāo)改造工程高效沉淀池產(chǎn)生的污泥量為115 t／d（含水率為99.2%）， 干泥量為0.92 t／d。 運(yùn)行中可通過調(diào)整帶式脫水機(jī)運(yùn)行時(shí)間滿足提標(biāo)改造工程后污泥處理， 無需再新增污泥脫水機(jī)。

4 經(jīng)濟(jì)分析

該污水處理廠提標(biāo)改造工程總投資為2 500 萬元， 直接運(yùn)行成本包括藥劑（PAC、 PAM 和乙酸鈉）費(fèi)128.12 萬元／a， 其他費(fèi)用（水、 電、 油）206.68 萬元／a， 則單位運(yùn)行成本增加0.31 元／m3。

5 改造效果

改造工程于2019 年3 月份開始系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試，4 月份污水處理廠實(shí)際處理水量平均為31 002 m3／d， 實(shí)測(cè)進(jìn)、 出水水質(zhì)見表3。

表3 污水處理廠實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 3 Actual measurement quality of influent and effleunt water of sewage treatment plant

由表3 可見， 改造后污水處理廠出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。 由于污水處理廠進(jìn)水COD、BOD5、 氨氮等只有設(shè)計(jì)值的50%～60%， 因此各處理單元對(duì)污染物的去除效果還需要通過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行來驗(yàn)證。

6 結(jié)語

（1） 該污水處理廠提標(biāo)改造工程中采用原有二級(jí)生物處理單元改良氧化溝， 增加混凝沉淀過濾三級(jí)深度處理單元， 出水達(dá)到了GB 18918—2002 中的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

（2） 由于進(jìn)水碳源不足， 提標(biāo)工程設(shè)置乙酸鈉投加系統(tǒng)， 確保污水有足夠的碳源供反硝化菌利用， 實(shí)現(xiàn)出水TN 達(dá)標(biāo)。

（3） 該污水處理廠采用高效沉淀-精密過濾工藝， 實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好、 節(jié)約用地、 節(jié)省運(yùn)行成本的目標(biāo)。 提標(biāo)改造工程總投資2 500 萬元， 單位經(jīng)營(yíng)成本增加0.31 元／m3， 具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、 環(huán)境效益和社會(huì)效益。 它的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)對(duì)以后類似項(xiàng)目的建設(shè)具有借鑒意義。