低溫低碳條件下污水處理廠提標(biāo)改造
——以烏市某污水處理廠為例

李 建，王 磊，王海梅，馬小蕾，劉海茹，雷克剛

(中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

近年來(lái)全國(guó)各城市快速發(fā)展，水環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。2015年4月國(guó)務(wù)院發(fā)布“水十條”明確現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施要因地制宜進(jìn)行改造[1]，要求2020年底前達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利用要求。隨后，北京、天津、浙江等發(fā)達(dá)城市頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污水處理廠出水污染物排放要求更嚴(yán)格，尤其對(duì)氮、磷指標(biāo)提出了更高的要求，甚至優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《城鎮(zhèn)水務(wù)統(tǒng)計(jì)年鑒(2020)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，至2019年，全國(guó)1 522座城鎮(zhèn)污水處理廠中出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠數(shù)量占比為77%，規(guī)模占比為87.63%。

烏市某污水處理廠總處理規(guī)模為40萬(wàn)m3/d，共分兩期建設(shè)，分別于1997年和2009年投產(chǎn)運(yùn)行。污水處理工藝采用AB兩段活性污泥法，工程建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且氮、磷不做處理。目前，污水處理廠出水水質(zhì)不能滿足國(guó)家要求，需對(duì)其進(jìn)行提標(biāo)改造，由于資金問(wèn)題等，污水處理廠提標(biāo)工程計(jì)劃分三期逐步實(shí)施。

本文主要介紹了該污水處理廠一期提標(biāo)工程設(shè)計(jì)方案，一期提標(biāo)工程設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，工藝采用“兩級(jí)曝氣生物濾池+高密度沉淀池+UV消毒”。提標(biāo)工程投入運(yùn)行后出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《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)。

1 污水處理廠現(xiàn)狀概況

根據(jù)多年運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，污水處理廠出水水質(zhì)除氮、磷外，CODCr、BOD5、SS等均達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

原污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模共40萬(wàn)m3/d，污水處理工藝為AB兩段活性污泥法，污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow of Wastewater Treatment

污泥處理采用機(jī)械濃縮、一級(jí)中溫消化、機(jī)械脫水方案，沼氣用于沼氣發(fā)電機(jī)及燃?xì)忮仩t，通過(guò)沼氣儲(chǔ)柜調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣量后，多余沼氣自動(dòng)點(diǎn)燃沼氣火炬在大氣中燃燒，污泥處理工藝流程如圖2所示。

圖2 污泥處理工藝流程Fig.2 Process Flow of Sludge Treatment

污水處理廠以下存在問(wèn)題。

(1)污水處理廠由外資公司特許經(jīng)營(yíng)，經(jīng)營(yíng)年限為23年，經(jīng)營(yíng)期至2028年；外資公司經(jīng)營(yíng)期內(nèi)污水處理廠出水水質(zhì)考核指標(biāo)不作改變。因此，提標(biāo)工程的實(shí)施不能在原廠進(jìn)行，且不能影響原廠的正常運(yùn)行。

(2)污水處理廠采用AB法，對(duì)CODCr、BOD5去除效果較好，對(duì)TN幾乎沒(méi)有去除效果[3]；其出水C/N小，可生化性較差，碳源嚴(yán)重不足。為確保提標(biāo)工程出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進(jìn)行；合理選擇碳源、降低運(yùn)行成本是本次提標(biāo)工程的重點(diǎn)。

2 提標(biāo)工程設(shè)計(jì)方案

2.1 工程選址

為了便于整體協(xié)調(diào)、操作及管理，節(jié)省投資，提標(biāo)工程廠址確定在污水處理廠北側(cè)，和現(xiàn)狀污水廠毗鄰相建。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

提標(biāo)工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)結(jié)合現(xiàn)狀污水處理廠設(shè)計(jì)及實(shí)測(cè)出水水質(zhì)取值；出水水質(zhì)達(dá)到《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)，取值如表1所示。

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

2.3 碳源選擇

本工程需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進(jìn)行，可保證出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此，外加碳源選擇時(shí)需考慮經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)兼顧安全性。本工程選擇甲醇作為碳源，具有運(yùn)行成本較低的特點(diǎn)，但甲醇遇熱源和明火有燃燒和爆炸的危險(xiǎn)[4]。因此，設(shè)計(jì)時(shí)采取甲醇儲(chǔ)罐埋地、甲醇投加間及甲醇儲(chǔ)罐，設(shè)置甲醇泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，甲醇系統(tǒng)距周邊建筑物距離滿足相關(guān)規(guī)范要求等措施，確保甲醇系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.4 工藝方案

針對(duì)烏市地處高緯度寒冷干旱地區(qū)的特點(diǎn)和污水處理廠設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求，本工程工藝方案不但具有占地省、投資小、經(jīng)濟(jì)、安全可靠的特點(diǎn)，而且該工藝在冬季低溫環(huán)境下依然有較好的處理能力，能夠保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定。本工程通過(guò)綜合比選后選擇“兩級(jí)曝氣生物濾池+高密度沉淀池”工藝，污水及污泥處理工藝流程如圖3所示。

高密度沉淀池主要目的是去除SS以及TP。混凝池、絮凝池與高密池沉淀池合建，設(shè)置在高密度沉淀池前端。在混凝池、絮凝池分別投加混凝劑及絮凝劑，可加快混合及絮凝的速度；經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的污水從高密池斜板底部流入，并向上流動(dòng)，沉淀池出水在頂部翻過(guò)收水堰至集水槽出水。

2.5 主要建、構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

(1)細(xì)格柵間

格柵間設(shè)置3 mm的細(xì)格柵4臺(tái)，防止污水中的纖維及頭發(fā)等雜質(zhì)進(jìn)入濾池，有效減少濾池的反沖洗次數(shù)，降低運(yùn)行費(fèi)用。

(2)兩級(jí)曝氣生物濾池

(3)高密度沉淀池

高密度沉淀池共8座，每座高密度沉淀池前端各設(shè)置1座混凝池和絮凝池。單座混凝池容積為36 m3，單座絮凝池容積為252 m3，單座高密池直徑φ=13 m，斜管長(zhǎng)度為1.04 m，斜管安裝角度為60°，斜板投影面積為128 m2，沉淀區(qū)水力負(fù)荷為8.2～11.5 m/h。

PAC和PAM制備及投加系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置在加藥間，藥劑通過(guò)投藥泵投加至混凝池及絮凝池，濃度為10%的PAC投加量為1.2 kg/m3，PAM投加量為0.6～1.2 mg/L，制備濃度為2 g/L。

(4)UV消毒池

消毒工藝采用紫外線污水消毒設(shè)備對(duì)污水進(jìn)行消毒，該方法是物理過(guò)程，安全且接觸時(shí)間短。高密度沉淀池出水至UV消毒池，消毒后尾水排放至現(xiàn)狀渠道，本工程設(shè)置4套低壓高強(qiáng)紫外燈管，燈管共400根。

(5)甲醇投加系統(tǒng)

甲醇儲(chǔ)存系統(tǒng)：設(shè)置2個(gè)90 m3甲醇儲(chǔ)罐，可儲(chǔ)存6 d用量，甲醇儲(chǔ)罐設(shè)置在全地埋鋼筋混凝土池內(nèi)，池中填砂，池內(nèi)設(shè)集水井并配置液位監(jiān)測(cè)儀，可監(jiān)測(cè)甲醇儲(chǔ)罐泄漏。

甲醇投加系統(tǒng)：投加間設(shè)在地上，設(shè)置4臺(tái)計(jì)量泵，單臺(tái)投加量為659 L/h，房間內(nèi)易泄露甲醇的部位設(shè)置甲醇檢測(cè)報(bào)警器，隨時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏情況，當(dāng)甲醇蒸汽在空氣中的濃度達(dá)到其爆炸下限的2.0%～2.5%時(shí)(即濃度為1.5%)，便發(fā)出聲光信號(hào)報(bào)警，以提示運(yùn)維人員盡快進(jìn)行排險(xiǎn)處理。

(6)污泥系統(tǒng)

為減少泥渣對(duì)外排放，減少環(huán)境污染，將高密池排放的濃縮排泥水，通過(guò)離心脫水機(jī)分離為泥餅及濾液，泥餅外運(yùn)填埋，濾液可排放至廢水排放系統(tǒng)，通過(guò)提升泵回流至本廠進(jìn)水。本工程配置3套脫水機(jī)，2用1備，單臺(tái)處理量為30～40 m3/h。

3 運(yùn)行效果分析

提標(biāo)工程于2015年年底完成，現(xiàn)已投產(chǎn)運(yùn)行6年，其出水水質(zhì)達(dá)到《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)，且個(gè)別污染物指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，2020年1月—12月該工程進(jìn)、出水水質(zhì)的平均值、最高值和最低值數(shù)據(jù)如圖4、圖5所示。

圖4 進(jìn)水水質(zhì)Fig.4 Water Quality of Influent

圖5 出水水質(zhì)Fig.5 Water Quality of Effluent

此外，烏市寒冷干燥，溫度變化大，水溫變化對(duì)CODCr的去除影響顯著。夏季水溫較高，污泥活性好，CODCr的去除效果好，出水濃度穩(wěn)定在10～12 mg/L；但在冬季水溫下降后，出水CODCr濃度上升至20 mg/L左右。這是由于冬季生物活性下降，對(duì)難降解污染物的處理效果變差。

4 結(jié)論

(3)此外，建議針對(duì)烏市再生水利用現(xiàn)狀，考慮利用再生水處理工藝進(jìn)一步去除難降解有機(jī)物和包括氮、磷在內(nèi)的其他造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的可溶有機(jī)物。