某化工園區(qū)污水處理廠擴(kuò)容技改工程設(shè)計(jì)實(shí)例

荊王松

（東華工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）

某化工園區(qū)污水處理廠自投入運(yùn)行至今，現(xiàn)有兩期污水處理工藝，總處理規(guī)模為2.88×10m/d，其中一期1.44×10m/d，二期1.44×10m/d，主要接納處理高新園區(qū)內(nèi)各企業(yè)排放廢水。一期工程分三系列進(jìn)水。系列I為有機(jī)廢水，主體處理工藝為兩級(jí)生化（A/O+O）；系列II為生產(chǎn)廢水，主體處理工藝為活性污泥法A/O工藝；系列III為普通酸堿廢水。

為滿足園區(qū)不斷發(fā)展，二期工程展開建設(shè)并投產(chǎn)運(yùn)行。為了保障一期出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，將一期出水并入二期共同處理，出水滿足國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)區(qū)域規(guī)劃要求，園區(qū)企業(yè)A廢水排放量擬增加1.3×10t/d，同時(shí)浙江地區(qū)將嚴(yán)格控制污水總氮排放指標(biāo)。為滿足企業(yè)A廢水的處理及污水廠總氮達(dá)標(biāo)排放要求，需要對園區(qū)污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容，并對現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行技術(shù)改造。

1 擴(kuò)容技改工程

1.1 改造思路

園區(qū)污水處理廠污水來源多，成份復(fù)雜，可生化性較差，部分污水甚至具有毒性。除此之外，還存在污水含鹽量較高，Cl在3 000～5 000 mg/L，Ca在1 000～1 500 mg/L；運(yùn)行負(fù)荷較高，MLSS大于5 g/L，但MLVSS/MLSS僅0.5左右；一期中系列Ⅰ處理工藝對氨氮去除效果優(yōu)于Ⅱ系列等運(yùn)行問題?？紤]新增企業(yè)A排水為鈷鎳工業(yè)廢水，成分復(fù)雜且含有氨氮等污染物，兼顧廠區(qū)工藝流程，將園區(qū)企業(yè)A新增1.3×10t/d污水納入一期處理，即一期規(guī)模由1.44×10t/d擴(kuò)建為2.74×10t/d，二期規(guī)模不做調(diào)整。

根據(jù)現(xiàn)有水量統(tǒng)計(jì)和水量預(yù)測，園區(qū)污水處理提標(biāo)擴(kuò)容技改工程規(guī)模為4.18×10t/d，需針對擴(kuò)容后的一期生化處理工藝進(jìn)行改造。綜合污水水質(zhì)預(yù)測和論證，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，確定污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

提標(biāo)后污水滿足《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)，污水處理廠擴(kuò)容技改后設(shè)計(jì)出水水質(zhì)見表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

綜上所述，為最大可能提高廠區(qū)處理效率，需根據(jù)廠區(qū)實(shí)際運(yùn)行情況，對前段工藝單體進(jìn)行改造來去除COD、氨氮等有機(jī)物，同時(shí)針對總氮指標(biāo)，補(bǔ)充設(shè)計(jì)相應(yīng)工藝進(jìn)行去除。

1.2 工程改造

（1）原一期工藝中混合池改為均質(zhì)池

原一期設(shè)計(jì)處理水量1.44×10t/d，再納入企業(yè)A新增1.3×10t/d廢水，處理規(guī)模翻倍導(dǎo)致原均質(zhì)池池容不能滿足設(shè)計(jì)停留時(shí)間需要，經(jīng)過計(jì)算后將混合池改造為均質(zhì)池，不僅可以去除部分有機(jī)物，分解大分子有機(jī)物，而且改善污水可生化性，促進(jìn)有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH-N，并在均質(zhì)池內(nèi)保留中和池，從而在保證均質(zhì)池停留時(shí)間的同時(shí)也使中和反應(yīng)的停留時(shí)間滿足規(guī)范要求。

（2）原一期事故池改為一段好氧池，缺氧池改為好氧池

原生化工藝實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷較高，且進(jìn)水水量增加，去除有機(jī)物量增大。要保證水質(zhì)去除效果，原有好氧池難以滿足處理負(fù)荷及停留時(shí)間需求，故通過改造增加好氧停留時(shí)間。加之排污企業(yè)多，水質(zhì)波動(dòng)在所難免。采用原有單一的預(yù)處理效果不明顯，且無法提高廢水的可生化性。好氧池將污水中大部分有機(jī)污染物降解，將污水中氨氮硝化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。除此之外，生化系統(tǒng)污泥濃度大于5 g/L，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，而且污泥濃度偏高，容易導(dǎo)致污泥膨脹和老化，還有可能導(dǎo)致傳氧速率較低，形成厭氧反應(yīng)，因此通過對原有事故池和缺氧池進(jìn)行改造來降低運(yùn)行負(fù)荷和污泥濃度，以保證其在正常的范圍內(nèi)運(yùn)行。

（3）好氧池改造為接觸氧化池

該污水處理廠建設(shè)運(yùn)行較早，隨著該廠改造及二期建設(shè)，廠區(qū)內(nèi)建設(shè)用地日趨緊張，為避免規(guī)模增加導(dǎo)致新建池體，對原有好氧池進(jìn)行工藝改造，將原活性污泥法工藝改造為生物膜法工藝，以提高其容積負(fù)荷，減少占地面積。改造為接觸氧化池也進(jìn)一步緩解污泥濃度偏高的壓力，保持生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證系統(tǒng)良好的污水處理效果。

（4）增加反硝化池和碳化池

改造工程將工藝前段厭氧池改造為其他用途，工藝流程將總氮進(jìn)入工藝后段處理，因此需增加反硝化池進(jìn)行反硝化反應(yīng)。由于反硝化菌為化能異養(yǎng)菌，反硝化過程中需投加有機(jī)碳源，為反硝化菌的生長提供基質(zhì)，將廢水中的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮還原為氮?dú)馊コ虼嗽谌コ鬯锌偟倪^程中需要在反硝化區(qū)后設(shè)置脫碳區(qū)，通過好氧微生物的作用去除廢水中剩余有機(jī)污染物，對剩余有機(jī)物、氨氮進(jìn)一步去除。

1.3 工藝流程

污水處理廠提標(biāo)擴(kuò)容后處理工藝流程簡圖見圖1。

圖1 污水處理廠改造后工藝流程圖

2 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

2.1 均質(zhì)池

均質(zhì)池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為40 m×22.25 m×4 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為5.4 h，主要設(shè)備為混合攪拌機(jī)1臺(tái)；中和池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為2 m×22.25 m×4 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為10 min。

2.2 好氧池

一段好氧池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為46 m×18 m×4 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為15 h，污泥濃度為3 g/L，COD污泥負(fù)荷為0.1 kg COD/（kg MLSS·d），主要設(shè)備為可提升微孔曝氣器300套。

好氧池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為30 m×26.3 m×4.5 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為15 h，污泥濃度為3 g/L，COD污泥負(fù)荷為0.1 kg COD/（kg MLSS·d），主要設(shè)備為可提升微孔曝氣器560套。

2.3 接觸氧化池

接觸氧化池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為60 m×25.8 m×4.5 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為10.7 h，污泥濃度為3 g/L，COD容積負(fù)荷為0.11 kg COD/（m·d），主要設(shè)備為可提升微孔曝氣器550套，彈性填料為10 500 m。

2.4 反硝化池

反硝化池：2座，設(shè)計(jì)尺寸分別為36 m×65 m×8.0 m和35 m×25 m×8.0 m，結(jié)構(gòu)形式均為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間分別為10 h和4 h，有效水深均為7.5 m，主要設(shè)備為懸浮填料7 000 m，填料區(qū)專用推流器為36臺(tái)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)。

2.5 碳化池

碳化池：1座，設(shè)計(jì)尺寸為44 m×70 m×7 m，結(jié)構(gòu)形式為半地下式鋼砼，水力停留時(shí)間為12 h，主要設(shè)備為懸浮填料6 000套，曝氣系統(tǒng)1套。

3 調(diào)試效果

該項(xiàng)目進(jìn)入調(diào)試階段后，于2020年8月開始接近設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)水進(jìn)行調(diào)試。針對此次改造過程中新建工藝單體流化床（硝化）和流化床（碳化）進(jìn)行性能分析，調(diào)試期間進(jìn)水水質(zhì)基本穩(wěn)定。進(jìn)水COD濃度為130~300 mg/L；進(jìn)水NH-N濃度為4~12 mg/L；進(jìn)水TN濃度為10~70 mg/L。對為期一個(gè)月的進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)COD、NH-N、TN進(jìn)行分析。

3.1 CODCr去除效果

擴(kuò)容技改后反硝化池以及碳化池等單體進(jìn)出水COD指標(biāo)見圖2。

圖2 擴(kuò)容技改后進(jìn)出水CODCr

由圖2可知，混合進(jìn)水經(jīng)過處理后的出水COD濃度大幅度降低，對于COD去除率最高可達(dá)83%，且調(diào)試后期運(yùn)行出水COD低于55 mg/L，表明新增碳化池對于工藝后段COD的去除效果明顯，能夠有效保障園區(qū)污水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3.2 NH3-N去除效果

擴(kuò)容技改后反硝化池以及碳化池等單體進(jìn)出水NH-N指標(biāo)見圖3。

圖3 擴(kuò)容技改后進(jìn)出水NH3-N

由圖3可知，進(jìn)水經(jīng)過處理后的出水NH-N濃度均低于4 mg/L，對于NH-N的去除率基本大于65%，最高可達(dá)85%，且調(diào)試后期運(yùn)行出水NH-N低于2 mg/L，表明新增后段反硝化池去除NH-N的效果明顯，反硝化工藝針對該園區(qū)污水的處理有效可行。

3.3 TN去除效果

擴(kuò)容技改后反硝化池以及碳化池等單體進(jìn)出水TN指標(biāo)見圖4。

圖4 擴(kuò)容技改后進(jìn)出水TN

由表4可知，混合進(jìn)水經(jīng)過處理后的出水TN濃度均低于10 mg/L，對于TN的去除率大于87%，最高可達(dá)91%，且調(diào)試后期運(yùn)行出水TN低于2 mg/L，表明新增后段反硝化池去除TN的效果明顯，反硝化工藝針對該園區(qū)污水的處理有效可行。

4 結(jié)論

（1）通過對一期前段工藝的改造，增加均質(zhì)池池容，能夠有效保障均質(zhì)池的有效停留時(shí)間，同時(shí)也增加了預(yù)氧化功能，極大提高了廢水的可生化性。

（2）通過增加一期好氧池池容，能夠有效解決運(yùn)行負(fù)荷較高的問題；將活性污泥法改造為生物膜法，能夠大幅度提高生化池的容積負(fù)荷，保障整個(gè)生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有效去除污水中的COD。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)工藝及參數(shù)設(shè)置的中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果：增加反硝化池能有效去除污水中的TN，TN去除率最高可達(dá)91%；碳化池對COD的去除也有比較好的去除率，最高可達(dá)83%；保障園區(qū)污水處理廠出水達(dá)標(biāo)排放。

（4）園區(qū)污水處理廠改造要求水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，該工程的設(shè)計(jì)為類似工程提供了可借鑒的設(shè)計(jì)實(shí)例。