某城鎮(zhèn)污水處理廠“雙五”排放標(biāo)準(zhǔn)工藝路線的探討

張勇

（北控水務(wù)集團(tuán)有限公司產(chǎn)品中心，北京100102）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各地發(fā)布了越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。昆明市2020 年4 月發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A 標(biāo)準(zhǔn)要求CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L、氨氮≤1（1.5）mg/L、TN≤5（10）mg/L、TP≤0.05mg/L；因其TN、TP分別要求小于等于5（10）mg/L、0.05mg/L，本文簡(jiǎn)稱為“雙五”標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)此排放標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)有項(xiàng)目，分析、選擇經(jīng)濟(jì)可行的工藝路線。

1 項(xiàng)目概況

昆明市某污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力3萬t/d，原水以生活污水為主，基本沒有工業(yè)污水?，F(xiàn)狀采用“粗格柵及提升泵房+配水井+細(xì)格柵及曝氣沉砂池+AAO 池+二沉池+混凝沉淀池+二級(jí)提升泵房+V型濾池+消毒接觸池”的工藝路線，現(xiàn)設(shè)計(jì)出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。提標(biāo)改造后達(dá)到昆明市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A標(biāo)準(zhǔn)。

2 水質(zhì)

2.1 提標(biāo)改造前設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

本項(xiàng)目提標(biāo)改造前設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

2.2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)

統(tǒng)計(jì)2019 年1 月-2020 年6 月實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)，如表2、表3所示：

表2 2019年1月-2020年6月實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)

本項(xiàng)目實(shí)際平均日處理量2.36萬t/d，最大日處理量3.6萬t/d，實(shí)際出水水質(zhì)可以100%達(dá)到現(xiàn)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)（一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)）要求，現(xiàn)狀水廠出水達(dá)到“雙五”標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)率詳見表3。

表3 2019年1月-2020年6月實(shí)際出水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)

2.3 提標(biāo)后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)實(shí)際進(jìn)水95%涵蓋率的水質(zhì)指標(biāo)，同時(shí)參考原設(shè)計(jì)水質(zhì)，并適當(dāng)留有余量，確定本項(xiàng)目提標(biāo)后設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，本項(xiàng)目提標(biāo)后設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表4。

表4 提標(biāo)后設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

3 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目出水要求比較高，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N均是本項(xiàng)目的去除重點(diǎn)、難點(diǎn)。

3.1 CODCr、BOD5

污水中CODCr、BOD5主要通過生物方法去除，生物方法難以去除的有機(jī)物可通過深度處理中的物理、化學(xué)或物理化學(xué)方法進(jìn)一步去除。

“雙五”標(biāo)準(zhǔn)要求出水CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L。對(duì)現(xiàn)狀出水采集20 組數(shù)據(jù)，分析出水總CODCr和溶解性CODCr，在平均水量2.33萬t/d的情況下，此水量折算生化池實(shí)際停留時(shí)間12.9h，出水總CODCr的最大值為34mg/L，溶解性CODCr均在20mg/L 以下，溶解性CODCr平均占比為70%，分析結(jié)果見圖1。

圖1 出水總CODCr和溶解性CODCr化驗(yàn)結(jié)果

圖1 表明現(xiàn)狀出水總CODCr雖已經(jīng)降低到了很低的水平，但不能穩(wěn)定達(dá)到“雙五”標(biāo)準(zhǔn)的要求，而出水溶解性CODCr濃度能滿足“雙五”標(biāo)準(zhǔn)。因此，在深度處理中可通過去除大部分非溶解性CODCr和部分溶解性CODCr以保證出水有機(jī)物達(dá)標(biāo)。

3.2 TP

本項(xiàng)目現(xiàn)狀出水中95%涵蓋率TP濃度為0.23mg/L，提標(biāo)后要求TP≤0.05mg/L?，F(xiàn)采用的“生物除磷+混凝沉淀池化學(xué)除磷+過濾”組合工藝，一般可處理到TP≤0.1mg/L，不滿足本項(xiàng)目出水要求，需選擇更高效的除磷工藝。

3.3 TN和NH3-N

本項(xiàng)目AAO 實(shí)際出水總氮的95%涵蓋率和最大值分別為9.6 mg/L、15mg/L，出水氨氮95%涵蓋率和最大值分別為2.1mg/L、4.9mg/L；“雙五”標(biāo)準(zhǔn)要求總氮處理到5（10）mg/L、氨氮1.0（1.5）mg/L。本項(xiàng)目要求TN 和氨氮的去除率分別達(dá)到85.7%和96%，僅靠一級(jí)AAO生化池難以達(dá)到“雙五”標(biāo)準(zhǔn)，需要設(shè)置深度脫氮工藝和強(qiáng)化硝化功能。

4 工藝路線選擇及主要工藝參數(shù)

4.1 預(yù)處理

預(yù)處理現(xiàn)狀出水采用“粗格柵+提升泵房+配水井+細(xì)格柵+曝氣沉砂池”工藝，其中，粗格柵采用鋼絲繩牽引式格柵除污機(jī)，細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵。

預(yù)處理的主要目的是保證后續(xù)構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。本項(xiàng)目生化系統(tǒng)擬改造為MBBR（移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器）工藝，污水中的毛發(fā)和纖維狀物質(zhì)會(huì)對(duì)MBBR 填料的攔截系統(tǒng)造成堵塞。為了保證MBBR系統(tǒng)的正常運(yùn)行，本次提標(biāo)將細(xì)格柵更換為內(nèi)進(jìn)流孔板格柵，孔隙選用3mm，截留毛發(fā)和纖維狀物質(zhì)，減少攔截系統(tǒng)的堵塞。

4.2 生化處理

AAO 生化池現(xiàn)狀設(shè)計(jì)停留時(shí)間為10h，其中：厭氧區(qū)1.5h，缺氧區(qū)2.5h，好氧區(qū)6h。本項(xiàng)目要求CODCr、BOD5、TP 、TN、NH3-N 的去除率均比較高，盡量在AAO生化池提高上述指標(biāo)的去除率，強(qiáng)化生化池的處理能力，減小后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。

本項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行水溫≥13℃。在設(shè)計(jì)水溫13℃時(shí)，計(jì)算生化池各段所需的水力停留時(shí)間為：厭氧區(qū)1.5h，缺氧區(qū)3.0h，好氧區(qū)8.5h，總停留時(shí)間13h。由于本項(xiàng)目占地有限，沒有條件新建生化池，建議在生化池中投加MBBR 填料，通過增加生物量提高生化池處理能力。

設(shè)計(jì)將好氧區(qū)分割出1h池容作為缺氧/好氧可調(diào)節(jié)區(qū)，在進(jìn)水水質(zhì)不同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)好氧和缺氧兩種工況切換。提標(biāo)后生化池各段的停留時(shí)間為：厭氧區(qū)1.5h，缺氧區(qū)2.5h，缺氧/好氧可調(diào)區(qū)1h，好氧區(qū)5h。在好氧池投加MBBR填料，投加量為好氧池池容的10%～15%；設(shè)計(jì)AAO 出水TN 為10mg/L，TN 去除率71.4%，硝化液回流比250%。

若新建項(xiàng)目，建議優(yōu)先采用多級(jí)AO工藝，提高生化池脫氮能力，減小深度脫氮的壓力。

4.3 深度處理

經(jīng)過生化處理后，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N等指標(biāo)仍達(dá)不到“雙五”標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)其進(jìn)行深度處理。

4.3.1 TN和NH3-N

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出水TN 分別為35mg/L 和5mg/L，脫氮率85.7%，AAO 生化池一般脫氮率為75%～80%。在池容充足的情況下，若使脫氮率達(dá)到85.7%，總回流比需要600%，如此高的回流比不僅能耗高，而且還會(huì)帶回大量溶解氧到缺氧池，破壞缺氧環(huán)境，從而使反硝化難以進(jìn)行。

為了提高系統(tǒng)的脫氮能力，擬采用“DN生物濾池+C/N 生物濾池”組合工藝，C/N 生物濾池出水回流至DN 生物濾池前端。在DN 生物濾池投加碳源，與AAO系統(tǒng)出水和C/N生物濾池回流來的硝態(tài)氮發(fā)生反硝化作用形成氮?dú)馊コ?。在此過程中，CODCr、BOD5也會(huì)進(jìn)一步降低，在C/N 生物濾池中，還可確保投加的碳源充分降解，避免了碳源超量投加導(dǎo)致出水CODCr和BOD5超標(biāo)。

設(shè)計(jì)“DN生物濾池+C/N生物濾池”組合工藝進(jìn)、出水TN 分別為10mg/L、5mg/L，TN 去除率50%，“DN 生物濾池+C/N 生物濾池”組合工藝出水氨氮可以降低到1mg/L 以下，滿足本項(xiàng)目需求。

DN生物濾池設(shè)1座分為4格，單格尺寸L×B×H=7×8×7m，選擇粒徑為4～6mm 陶粒濾料，濾料填充高度3m，設(shè)計(jì)表面水力負(fù)荷8.37m/h（含回流），空床水力停留時(shí)間21.5min。C/N生物濾池設(shè)1座分為6格，單格尺寸L×B×H=7×8×7.5m，選擇粒徑為3～5mm 陶粒濾料，濾料填充高度3.5m，設(shè)計(jì)表面水力負(fù)荷3.7m/h（不含回流），空床停留時(shí)間37.8min，設(shè)計(jì)回流比50%，曝氣氣水比1.5:1。

DN 生物濾池和C/N 生物濾池反沖洗均采用氣-水聯(lián)合反沖洗，并共用沖洗設(shè)備，其中氣沖洗強(qiáng)度采用15L/(m2·s)，水沖洗強(qiáng)度采用5L/(m2·s)。

4.3.2 TP

污水中磷去除的方法主要有生物除磷和化學(xué)除磷兩種。本項(xiàng)目現(xiàn)采用“生物除磷+混凝沉淀池化學(xué)除磷+過濾”工藝，其方法是通過生物除磷去除大部分磷，在混凝沉淀池投加鋁鹽或鐵鹽形成金屬磷酸鹽沉淀而進(jìn)一步去除，污水中懸浮物也會(huì)吸附一部分磷，通過過濾去除部分SS，吸附在SS上的磷會(huì)隨過濾而去除。但是實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)這種工藝很難滿足出水TP≤0.05mg/L的要求。

經(jīng)中試試驗(yàn)，污水經(jīng)生物除磷后，采用“高效氣浮+砂濾”工藝，高效氣浮進(jìn)水TP 濃度在0.5～1.2mg/L 時(shí)，投加80～100mg/L 聚合氯化鋁（28%有效含量）可以將出水中總磷穩(wěn)定的控制在0.05mg/L以下。因此，本項(xiàng)目建議采用“高效氣浮+V型濾池”工藝實(shí)現(xiàn)TP的深度去除。

高效氣浮池采用部分加壓溶氣氣浮，設(shè)1座分2系列，固液分離區(qū)表面負(fù)荷16m/h，單格固液分離區(qū)尺寸L×B×H=6×6.5×4.5m；設(shè)計(jì)回流比12%，回流泵設(shè)3 臺(tái)，2 用1 備，單臺(tái)流量75m3/h，揚(yáng)程65m。

V 型濾池利舊原有構(gòu)筑物，設(shè)計(jì)濾速7.44m/h，強(qiáng)制濾速10m/h。

4.3.3 CODCr、BOD5

由于“雙五”標(biāo)準(zhǔn)要求出水CODCr和BOD5濃度極低，通過“AAO 生化池”和“DN 生物濾池+C/N生物濾池”處理后可生化的有機(jī)物基本去除；通過氣浮工藝還能進(jìn)一步去除部分CODCr、BOD5，但仍有達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，這就需要對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)一步處理。

根據(jù)前述分析，經(jīng)過一系列生化、深度脫氮除磷和過濾等工藝處理后，水中的有機(jī)物以難降解的溶解性CODCr為主，且濃度接近排放標(biāo)準(zhǔn)，但仍有達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，可設(shè)置臭氧接觸氧化工藝，用以對(duì)氣浮池出水中的有機(jī)物進(jìn)一步去除，作為出水的保障措施，以保證出水CODCr和BOD5達(dá)標(biāo)。

臭氧接觸氧化池設(shè)1 座分2 系列，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間45min，臭氧投加量15mg/L；單格臭氧接觸池尺寸L×B×H=25×4×6.3m，有效水深5.5m。設(shè)置臭氧發(fā)生器3 臺(tái)，2 用1 備，單臺(tái)臭氧制備能力10kg/h。

綜上所述，本項(xiàng)目建議采用的工藝流程圖見圖2：

圖2 工藝流程框圖

5 工程效益分析

本項(xiàng)目的工程內(nèi)容主要有：細(xì)格柵更換為內(nèi)進(jìn)流孔板格柵，在AAO 池投加MBBR 填料，改造二級(jí)提升房，新建DN 生物濾池、C/N 生物濾池、三級(jí)提升泵房、高效氣浮池、高效氣浮池加藥間、臭氧接觸氧化池、臭氧發(fā)生車間、鼓風(fēng)機(jī)房及配電間等。上述工程內(nèi)容直接工程費(fèi)約7500 萬元，噸水直接工程費(fèi)2500 元。本項(xiàng)目新增原材料和動(dòng)力費(fèi)0.759 元/噸水，其中藥劑費(fèi)用約0.57 元（含液氧）/噸水，新增噸水電耗約0.3kWh。

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

結(jié)合昆明某污水廠現(xiàn)狀實(shí)際情況，采用“粗格柵+提升泵房+配水井+內(nèi)進(jìn)流孔板細(xì)格柵+曝氣沉砂池+MBBR 生化池+二沉池+二級(jí)提升泵房+DN 生物濾池+C/N 生物濾池+三級(jí)提升泵房+高效氣浮池+臭氧接觸氧化+V型濾池+消毒接觸池”工藝可以穩(wěn)定達(dá)到昆明“雙五”排放標(biāo)準(zhǔn)。

6.2 建議

本項(xiàng)目動(dòng)力和原材料成本中藥耗約占75%，藥劑主要用于脫氮、除磷和去除有機(jī)物。為了節(jié)省運(yùn)行成本，從設(shè)計(jì)角度考慮，如果是新建項(xiàng)目，可以將生化池設(shè)計(jì)成五段巴顛甫工藝并設(shè)置多點(diǎn)進(jìn)水，充分利用污水中的有機(jī)物，在生化池提高TN 和TP 的去除率，減少后續(xù)因脫氮除磷投加碳源和混凝劑的量。從運(yùn)營(yíng)角度考慮，控制曝氣量，保證好氧池硝化徹底并不過量曝氣；DN 生物濾池中投加的碳源應(yīng)選擇更容易分解的乙酸鈉，并考慮設(shè)置自動(dòng)投加系統(tǒng)，根據(jù)出水TN實(shí)時(shí)調(diào)整投加量，避免過量投加碳源，以降低運(yùn)行成本。