地埋式小型生活污水處理站改造實例

余承烈， 吳旭紅， 李豪， 李新紅， 韓溫堂， 劉晨斌

（1.運城市浩漢環(huán)保科技有限公司， 山西 運城 044000；2.山西陽光焦化集團股份有限公司， 山西 河津 043300）

1 工程概況

某集團公司生活區(qū)有19 棟職工住宅樓（其中11 棟住宅單元樓， 8 棟集體宿舍樓）， 3 棟辦公樓，1 座小型游泳館， 2 座職工餐廳， 1 座公共浴室。常駐人口約2 200 人。

在緊鄰游泳館旁邊， 有1 座占地156 m2的地埋式污水處理站， 2015 年建成。 污水處理站原設(shè)計處理水量為360 m3／d， 采用O／A／O-沉淀-石英砂過濾-二氧化氯消毒工藝， 整體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土地埋式， 上面覆土厚0.8 m， 可以種花草， 設(shè)計最大有效水深為4.5 m。 但該污水處理站自建成以來， 一直沒有正常投運， 調(diào)試都沒有完成； 并且當時設(shè)計的排放標準是GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B 標準， 已不能滿足目前的環(huán)保要求， 亟需提標改造至一級A 標準。 通過現(xiàn)場實地踏勘， 提出了針對性的改造措施。 本文介紹了該工程的改造情況及效果， 以期為同類工程提供參考。

2 設(shè)計水量水質(zhì)

該公司實測生活污水排水量在350 ～390 m3／d之間， 其中游泳池排污屬于間歇排水。 因此， 設(shè)計水量定為360 m3／d。 根據(jù)實測水質(zhì)確定設(shè)計進水主要指標， 經(jīng)處理后， 出水水質(zhì)達到GB 18918—2002 一級A 標準， 設(shè)計進出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 原工藝存在問題及改造措施

3.1 原工藝存在問題

（1） 進水管高度有誤。 污水排水管入口比格柵井進口低， 污水排水管在進格柵井前標高為-2.30 m， 格柵井進口管標高為-1.60 m， 排水管有一段帶壓運行， 大部分污水在進格柵井前越過截留溢流堰接入污水處理站清水池外排管中， 直接外排。

（2） 調(diào)節(jié)池容積偏小， 調(diào)節(jié)量不夠， 有一部分污水通過格柵井溢流口外排。 現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)， 游泳館和公共浴室均是短時間集中排水， 原設(shè)計調(diào)節(jié)池有效容積為60 m3， HRT 為3.6 h， 明顯偏小。

（3） 缺氧池和兩級接觸氧化池懸掛立體填料，檢修困難； 接觸氧化池池底安裝了微孔曝氣頭， 進一步增加了檢修難度。

（4） 有效水深太淺， 影響充氧效率。 本污水處理站設(shè)計有效水深為4.5 m， 由于各池進水口設(shè)計失誤， 受清水池出口標高影響， 重力流條件下， 調(diào)節(jié)池實際有效水深只有2.9 m。 根據(jù)文獻［1］， 氧氣轉(zhuǎn)移率和水深比的關(guān)系為KLa2／KLa1＝β（h1／h2）1／3， 經(jīng)過計算， 氧氣轉(zhuǎn)移率下降為原來的77%。

（5） 沉淀池設(shè)計不滿足規(guī)范要求。 沉淀池的HRT 為3.5 h， 表 面水力 負 荷為0.71 m3／（m2·h），小于《規(guī)范》［2］規(guī)定的1.5 ～2.5 m3／（m2·h）， 且沉淀池是按照豎流沉淀池設(shè)計的， 而有效水深卻只有2.5 m， 高徑比不滿足設(shè)計規(guī)范要求。

3.2 改造方案

針對原工藝存在問題， 結(jié)合現(xiàn)有構(gòu)筑物實際情況， 提出了以下改造措施：

（1） 增加1 座截流井。 針對排水管道入口比調(diào)節(jié)池進口低， 污水處理站進水管長期溢流的問題，在原清水池排水管上設(shè)計1 座截留井， 截流井底標高為-4.20 m， DN 400 mm 鑄鐵管， 重力流到格柵井， 格柵井和集水井合建［3］， 在集水井（標高-7.80 m）安裝潛污泵， 一次提升到調(diào)節(jié)池， 既解決了進水管低于調(diào)節(jié)池入口標高的問題， 又通過提升增大了調(diào)節(jié)池的有效水深。

（2） 擴大調(diào)節(jié)池體積， 并增加二次提升。 將原調(diào)節(jié)池、 一級接觸氧化池、 缺氧池池底聯(lián)通， 合成新的調(diào)節(jié)池， 增大調(diào)節(jié)池體積， 增加調(diào)節(jié)時間， 在新調(diào)節(jié)池設(shè)計二次提升潛污泵。 新調(diào)節(jié)池可以發(fā)揮水解酸化的作用， 同時設(shè)計了預(yù)曝氣裝置［3］（間歇曝氣）。 根據(jù)經(jīng)驗， 小型生活污水處理站調(diào)節(jié)池的HRT ≥12 h， 有利于穩(wěn)定運行。

（3） 新建新型接觸氧化池和高效沉淀池。 原污水處理站是混凝土整體現(xiàn)澆施工， 頂蓋是現(xiàn)澆鋼筋混凝土， 缺氧池和兩級接觸氧化池懸掛立體填料，人孔較小， 檢修不方便； 且原污水處理站緊鄰游泳館， 衛(wèi)生條件差， 甲方要求移位建設(shè)。 改造方案是： 在距離原址約35 m 的地面上新建接觸氧化池和高效沉淀池， 結(jié)構(gòu)設(shè)計為2 座設(shè)施一體化布置。

改造后的處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 改造后的處理工藝流程Fig. 1 Flow of modified treatmetn process

4 主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

工程改造后， 各主要處理構(gòu)筑物及其設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 改造工藝主要處理構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)Tab. 2 Main structures and design parameters of modified process

5 工藝設(shè)計特點

（1） 優(yōu)化進水條件。 新設(shè)計截流井， 徹底解決進水管雍水溢流的問題； 設(shè)計二次提升， 雖然增加了污水提升能耗， 但是增加了地埋式調(diào)節(jié)池的有效容積， 同時在新調(diào)節(jié)池設(shè)計了預(yù)曝氣， 把原有的設(shè)施全部利用起來， 運行方便且靈活。

（2） 調(diào)整處理設(shè)施功能， 優(yōu)化整體工藝。 將原調(diào)節(jié)池、 一級接觸氧化池、 缺氧池池底聯(lián)通， 合成調(diào)節(jié)池。 增大調(diào)節(jié)池體積， 增加調(diào)節(jié)時間， 根據(jù)經(jīng)驗， 小型生活污水處理站的調(diào)節(jié)池HRT ≥12 h，有利于穩(wěn)定運行。 改造后調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣［3］， 既可防止雜物沉淀， 又能去除一部分COD； 同時， 調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣以后， 可以接受二沉池的硝化液回流， 也可以接受好氧池的混合液回流， 對去除總氮有效果。 運行控制靈活方便， 污水站整體采用PLC 總控制， 間歇曝氣， 通過調(diào)試固定曝氣時間。

（3） 采用新型工藝。 選擇專利技術(shù)， 設(shè)計新型接觸氧化池［4］， 新型接觸氧化池結(jié)構(gòu)如圖2。 污水進入中心筒， 通過中心筒深入到接觸氧化池底部，轉(zhuǎn)向上流， 上流的過程中通過填料層， 填料層厚度為2 m， 填料上長滿微生物。 曝氣采用射流曝氣，射流曝氣管通過套管伸到填料層下， 檢修射流曝氣器時， 直接從套管中抽出來在池頂操作， 方便易行。 射流曝氣的氣水比為3 ∶1， 溶解氧質(zhì)量濃度控制為2.5～3.5 mg／L， 單個射流曝氣器的進氣量為15～20 m3／h， 共設(shè)計2 個射流曝氣器， 射流曝氣器循環(huán)水泵功率為3.0 kW。 新型接觸氧化池填料為多面空心球， 直徑為30 ～ 50 mm， 孔隙率為95%。 運行實踐表明， 填料不堵塞， 射流泵安裝在接觸氧化池旁半地下通行溝里， 噪音小， 防凍， 檢修方便。 工程交付3 a 多， 一直穩(wěn)定運行。

圖2 新型接觸氧化池結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of new catalytic oxidation tank

高效沉淀池采用新型結(jié)構(gòu)［5］， 其結(jié)構(gòu)類似于接觸氧化池， 結(jié)構(gòu)示意如圖3 所示。 設(shè)計有一層填料， 填料用不銹鋼篩網(wǎng)固定在上部， 填料的材質(zhì)為PP， 直徑為30 ～ 50 mm， 填料在篩網(wǎng)之間可以活動， 不易堵塞。 沉淀池底部排泥的時候， 流量很大， 幾乎是進水量的10 倍， 靠大流量短時間的向下流動， 沖刷填料。 該高效沉淀池已經(jīng)運行3 a，沒有出現(xiàn)填料堵塞現(xiàn)象。

圖3 高效沉淀池結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of high efficient sedimentation tank

同時， 這種新型結(jié)構(gòu)的沉淀池在填料下方會形成一層高濃度污泥懸浮層， 相當于一個懸浮狀態(tài)的污泥過濾層， 混凝作用很明顯［6-7］。

（4） 后置缺氧池。 把原來的二級接觸氧化池改造為后置缺氧池， 在池中布置旋流曝氣器， 保持溶解氧質(zhì)量濃度在0.2 ～0.5 mg／L 之間， 完成缺氧反應(yīng)。 可以在高效沉淀池出水處投加碳源， 提高反硝化效率， 降低TN 濃度。

（5） 原羅茨風機、 砂濾器保留。 利用原羅茨風機負擔所有地下水池的曝氣風量， 間歇運行， 每小時曝氣20 min， 合計每天運行時間為8 h， 可以防止池內(nèi)有沉積， 同時又可以起到氧化作用。 改造以后， 雖然增加了二次提升和射流曝氣泵， 但是羅茨風機優(yōu)化后每天僅運行8 h， 整體系統(tǒng)每天少耗電12 kW·h。

6 運行結(jié)果

提標改造完成后， 2019 年6 月4 日～7 月20日的出水主要指標統(tǒng)計分析結(jié)果如表3、 圖4 所示。

表3 實測進出水主要指標Tab. 3 Actual measured influent and effluent water characteristics

圖4 實測進出水COD 變化Fig. 4 Changes of COD concentrations in influent and effluent water

7 結(jié)語

（1） 地埋式一體化布置的污水處理站設(shè)計時，要充分發(fā)揮調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)作用， 水深盡量設(shè)計在5 m 以上， 有利于保證后續(xù)處理設(shè)施的有效水深。 頂部蓋板設(shè)計時， 要考慮檢修方便， 人孔、 檢修孔要預(yù)留大一些。 懸掛填料的池子蓋板可以設(shè)計成活動的， 方便更換填料。 曝氣頭設(shè)計成可提升的旋流曝氣頭， 穿過填料層時， 可設(shè)塑料套管， 方便曝氣頭上下提升， 更換、 檢修都很方便。

（2） 接觸氧化池在處理低濃度污水時性能更優(yōu)越， 可以不要污泥回流， 微生物在填料上菌相豐富， 可以同時去除NH3-N、 TN、 TP。 填料上掛滿活性污泥， 剩余污泥量很少， 減輕了污泥處理負擔。 射流曝氣器方便檢修， 適應(yīng)水深達8 m 以上，充氧效率接近微孔曝氣器。 射流曝氣器以水泵為動力， 噪音小， 水泵檢修方便， 該曝氣方式有一定的適用性。

（3） 高效沉淀池結(jié)構(gòu)特殊， 設(shè)計合理， 占地少， 表面負荷高， 去除率高， 與接觸氧化池聯(lián)用，無需污泥回流， 方便管理， 填料選擇科學， 不易堵塞。

（4） 改造后各主要處理構(gòu)筑物運行過程中產(chǎn)生的剩余污泥量少， 減輕了污泥處理負擔。