太原市城南污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計及運行效果分析

黎俊偉 岳秀萍

(1.太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030600； 2.太原市排水管理處，山西 太原 030006)

0 引言

隨著國家對水環(huán)境要求的不斷提高，尤其是對污水處理廠出水氮、磷指標(biāo)的要求的提高，各省市也逐步提高入河排放的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致部分污水處理廠出水水質(zhì)已不能滿足要求[1,2]，必須進行提標(biāo)改造。太原市城南污水處理廠位于南環(huán)高速北側(cè)，太茅公路以東，占地面積242.25畝。現(xiàn)狀處理規(guī)模為20萬m3/d。服務(wù)范圍北起南沙河、南到南環(huán)高速，西起體育路、汾河?xùn)|岸、東至東山過境。服務(wù)面積78 km2，服務(wù)人口77萬人。污水處理廠采用改良A/A/O工藝，處理后的水就近排入汾河，現(xiàn)狀出水水質(zhì)滿足GB 18919—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)山西省水污染防治領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室文件(晉水防辦發(fā)2017[25號])文件要求，2020年年底前，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施外排污水化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)三項指標(biāo)應(yīng)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。原設(shè)計出水水質(zhì)不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，根據(jù)新地方標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，需對城南污水處理廠進行提標(biāo)改造。

1 污水處理廠改造前工藝及運行狀況

1.1 改造前工藝狀況

污水處理廠設(shè)計水量為20萬m3/d，改造前污水二級處理采用改良A/A/O工藝，污水深度處理采用混凝→沉淀→過濾工藝，污泥處理工藝采用直接濃縮脫水后外運處置工藝；消毒工藝采用投加次氯酸鈉溶液工藝；除臭工藝采用生物濾池法除臭工藝。污水處理工藝如下:

進水→粗格柵→進水泵房→細(xì)格柵→曝氣沉砂池→初沉池→前置缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池→二沉池→中途提升泵池→機械混合池→網(wǎng)格反應(yīng)池→斜板沉淀池→V型濾池→接觸池→出水泵房→出水至汾河。

1.2 改造前進出水水質(zhì)情況

改造前城南污水處理廠進水水質(zhì)狀況見表1。從表1可見，COD，BOD，TP三項進水指標(biāo)與原設(shè)計值接近，SS，NH3-N，TN三項進水指標(biāo)比原設(shè)計值有較大增加。因此需要對原有生物系統(tǒng)進行復(fù)核，進水SS，TN和氨氮的增加會對原有生物池的出水指標(biāo)產(chǎn)生影響，SS的增加還會帶來系統(tǒng)產(chǎn)泥量的增加。

表1 城南污水處理廠現(xiàn)狀進水水質(zhì)分析表 mg/L

城南污水處理廠原設(shè)計出水水質(zhì)如表2所示，改造前城南污水處理廠COD，NH3-N，TP的實測出水水質(zhì)如表3所示?？梢钥闯?，城南污水廠目前出水COD，TP指標(biāo)在95%的保證率時滿足地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N指標(biāo)在90%的保證率時滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。因此此次污水處理廠升級改造應(yīng)以這三項指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)為主要目的，并且從各項污染物處理難度方面考慮。

表2 城南污水處理廠原設(shè)計出水水質(zhì)指標(biāo)表 mg/L

表3 城南污水處理廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)分析表 mg/L

2 城南污水處理廠提標(biāo)改造工藝方案

2.1 污水處理廠提標(biāo)改造工藝方案分析

1)根據(jù)對氨氮，COD,TP三項出水指標(biāo)的最新要求，以及SS,TN，氨氮三項進水指標(biāo)比原設(shè)計值有較大的出入的情況下，需要對原有的生物系統(tǒng)進行復(fù)核。由于是對原有系統(tǒng)的改造，所以合理的提標(biāo)措施可以包括增加生物池有效池容(在現(xiàn)有生物池體內(nèi)投加生物填料[3]、提高污泥濃度等措施)、加大生物池好氧區(qū)的曝氣量、加大碳源投加量、在原有生物處理系統(tǒng)末端增加進一步去除污染物的措施等。

2)城南污水處理廠出水TP指標(biāo)95%的保證率時滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到對此標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，采用具有一般生物除磷的污水處理工藝不能滿足要求，所以本次在充分發(fā)揮生物除磷的功能外，同時需要加大除磷藥劑的投加，強化除磷效果。

3)城南污水處理廠出水COD在95%的保證率時滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。考慮到對此標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，可以通過實驗室測定，如果是可生物降解的溶解性COD，那么在二級生化處理過程中，通過加強曝氣基本上可以去除。如果溶解性COD屬于難降解型，那么僅通過生物處理難以實現(xiàn)出水COD濃度穩(wěn)定小于40 mg/L的目標(biāo)，必須通過某些非常規(guī)手段才能去除。例如粉末活性炭吸附技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)，高級催化氧化技術(shù)等。所以可以在廠區(qū)內(nèi)預(yù)留COD深度處理的預(yù)留用地。

4)城南污水處理廠出水NH3-N在90%的保證率時滿足Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。要想此指標(biāo)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，要保證充足的供氧和足夠長的污泥齡，從而實現(xiàn)氨氮的充分硝化，氨氮的充分硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設(shè)計的主要因素。

2.2 設(shè)計水量水質(zhì)

本次提標(biāo)改造不擴容，設(shè)計流量保持20萬m3/d，根據(jù)實際進出水水質(zhì)水量的變化以及對氨氮,COD,TP三項出水指標(biāo)的最新要求確定改造后設(shè)計進出水水質(zhì)以及去除率見表4。可以看出增加了SS,NH3-N,TN,TP這四項指標(biāo)的設(shè)計水質(zhì)。

表4 城南污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計進、出水水質(zhì)及去除率

2.3 主要升級改造構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

2.3.1生物池改造

采用在A/A/O好氧反應(yīng)區(qū)投加懸浮填料的工藝，其工藝流程如圖1所示，通過在現(xiàn)有好氧區(qū)中端分隔出填料區(qū)，使填料在其中循環(huán)往復(fù)運動。在這種系統(tǒng)中，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由原來的氣、液兩相轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液、固三相。這種轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸飫?chuàng)造了更豐富的存在形式，形成了一個更復(fù)雜的復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)。利用泥膜共生系統(tǒng)，提高系統(tǒng)微生物量和專性細(xì)菌數(shù)量，解決目前工藝脫氨氮受停留時間限制的問題。原有生化池改造：預(yù)缺氧區(qū)池容為14 430 m3，HRT為1.73 h；厭氧區(qū)池容為14 430 m3，HRT為1.73 h；缺氧區(qū)池容為49 920 m3，HRT為5.99 h；好氧區(qū)池容為87 542 m3，HRT為10.51 h，填料區(qū)HRT為3.16 h。在填料區(qū)增加懸浮填料系統(tǒng)，包括增加9 440 000 m2的懸浮生物填料，4套進、出水填料分隔裝置、4套粗孔曝氣流化裝置、8套填料專用攪拌器、4套填料分隔裝置自清洗系統(tǒng)以及4套填料回流系統(tǒng)等。

為了更好地使混合液內(nèi)回流，更換了原有生物池的內(nèi)回流泵12臺(8用4備)，其參數(shù)為單泵流量Q=1 157 L/s，揚程H=1.5 m，功率N=23 kW，還增加了2 800個供氣量為3 m3/hr～5 m3/hr的曝氣頭，增加好氧池溶解氧含量，降低COD濃度。

2.3.2鼓風(fēng)機房

現(xiàn)狀鼓風(fēng)機已不能滿足風(fēng)量的要求，因此擴建鼓風(fēng)機房，擴建尺寸為20 m×15 m×8 m，原有6臺多級低速鼓風(fēng)機，其性能參數(shù)為單機風(fēng)量Q=11 700 m3/h，風(fēng)壓P=7.5 m H2O，電機功率為355 kW，2套流量為28 800 m3/min的卷簾式空氣過濾器，升級增加磁懸浮鼓風(fēng)機(包括配套設(shè)備)3臺，單機風(fēng)量Q=13 500 m3/h，風(fēng)壓P=7.5 m H2O，增加2套空氣卷簾式空氣過濾器，流量為20 000 m3/h。

2.3.3污泥處理系統(tǒng)

為降低污泥含水率，減少污泥體積。擴建污泥濃縮脫水機房，其機房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，擴建尺寸為30 m×25 m×8 m，設(shè)計參數(shù)為進泥固干量為63 689 kg DS/d，進泥含水率為98.9%，進泥濕泥量為5 955 m3/d，脫水后污泥含固率不小于20%，泥餅體積不大于320 m3/d，每日工作時間為24 h。污泥濃縮脫水機房升級改造前有6套帶式濃縮脫水一體機、2套絮凝劑制備裝置、6臺投藥泵、6套污泥投料泵等主要設(shè)備。升級改造在原設(shè)備的基礎(chǔ)上新增3套(2用1備)離心濃縮脫水一體機，其單機處理量Q=150 m3/h，功率N=170 kW，新增一套藥劑制備能力為350 kg/d的絮凝劑制備裝置、3臺規(guī)格為Q=4 000 L/h，H=40 m的投藥泵、3套(2用1備)Q=150 m3/h的污泥投料泵，除此還新增了3套(2用1備)Q=150 m3/h的污泥切割機。

2.3.4冬季低溫保障措施

為確保冬季極端溫度情況下出水氨氮指標(biāo)達(dá)標(biāo)，此次提標(biāo)改造工程增加低溫硝化菌投加措施。當(dāng)水溫低于15 ℃時，采用投加專用菌株的方式增加氨氮硝化速率，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3 運行效果

為盡量避免提標(biāo)改造工程對太原市節(jié)能減排總體目標(biāo)及污水廠出水水質(zhì)的影響，施工時采取不停水改造措施，選擇分階段施工。提標(biāo)改造工程于2019年10月出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，改造前2018年10月～12月和改造后2019年10月～12月進、出水水質(zhì)平均值見表5。從表5中可以看出，改造后設(shè)施運行穩(wěn)定，處理效果良好，即使是在冬季溫度較低的情況下，COD,NH3-N,TP出水分別為20.60 mg/L，0.64 mg/L，0.13 mg/L，穩(wěn)定達(dá)地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，還可以看出SS指標(biāo)在改造后進水濃度較大的情況下出水濃度有大幅降低，取得了很好的處理效果，有效的降低了對入水河流的污染，改善了水環(huán)境質(zhì)量。

表5 城南污水處理廠提標(biāo)改造前后進、出水水質(zhì)平均值 mg/L

4 結(jié)語

太原市城南污水處理廠提標(biāo)改造工程在保持處理規(guī)模、占地面積基本不變的條件下，采用在改良A/A/O好氧反應(yīng)區(qū)投加懸浮填料的工藝，增大了生物池的污泥濃度，有效減小了生物池的池容，且該工藝還具有耐沖擊負(fù)荷、節(jié)省碳源等優(yōu)點。本工程充分利用現(xiàn)有用地，土建工程量少，施工周期短，有效的解決了當(dāng)前污水廠用地緊張的問題。通過污水廠改造前后運行效果的分析可知，改造后出水COD、氨氮、總磷濃度都明顯降低，穩(wěn)定達(dá)地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其余指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。實踐證明，該工程改造經(jīng)濟合理，技術(shù)可行，對同類型項目升級改造有一定參考意義。