生活污水處理廠提標(biāo)改造工程研究
——以柘榮縣生活污水處理廠為例

鄭 華

（福建省華廈能源設(shè)計研究院有限公司，福州 350001）

2015年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》，要求加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)與改造，要求大多已建生活污水處理廠出水水質(zhì)由一級B 標(biāo)準(zhǔn)提升到一級A 標(biāo)準(zhǔn)[1]。而大多數(shù)生活污水處理廠現(xiàn)有處理工藝不能達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)，城市生活污水處理廠提標(biāo)改造迫在眉睫。

1 工程概況

1.1 原有設(shè)計資料

柘榮縣生活污水處理廠位于城郊鄉(xiāng)前山村管福寺南側(cè)，原有處理規(guī)模為10 000 m3/d，污泥處理采用帶式脫水機(jī)干化。原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)有化學(xué)需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）和氨氮（NH3-N）。原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)為：CODCr≤180 mg/L，BOD5≤80 mg/L，SS ≤100 mg/L，NH3-N ≤22 mg/L。原出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。生活污水處理廠原有的處理工藝流程如圖1所示。

圖1 原有處理工藝流程

污水先經(jīng)粗格柵去除較大漂浮物，再由進(jìn)水泵房內(nèi)的提升泵提升到細(xì)格柵池，由細(xì)格柵去除細(xì)小漂浮物與部分懸浮物。細(xì)格柵處理后的污水進(jìn)入旋流沉砂池，去除砂粒等無機(jī)物。旋流沉砂池出水經(jīng)電磁流量計計量后自流入接觸氧化池，在鼓風(fēng)機(jī)的供氧與攪拌作用下，微生物有效降解污水中的有機(jī)物質(zhì)及氨氮等污染物。生化出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，上清液自流入人工濕地進(jìn)一步降解有機(jī)物、氮、磷等污染物，出水最終經(jīng)紫外線消毒后達(dá)標(biāo)排放。二沉池內(nèi)的污泥部分回流至生化系統(tǒng)，剩余污泥由污泥泵排入儲泥池。

1.2 存在的問題

進(jìn)水的有機(jī)物濃度較低，使得生化池內(nèi)的活性污泥量增長有限，生化池內(nèi)污泥沉降比（SV）僅能維持在5%左右?；钚晕勰嗔吭鲩L有限，特別在冬季運行時，N、P 治理指標(biāo)存在矛盾，如果要控制P 指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，就需要排放一定量的污泥，生化池內(nèi)的污泥濃度就會下降，使得N 指標(biāo)超標(biāo)；如果要控制N 指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，就需要保證生化池內(nèi)有足夠的污泥量，減少排泥量，這樣又會使得P 指標(biāo)超標(biāo)。這是目前污水處理存在的最突出問題，也是本次升級改造需要重點解決的問題。

2 解決方案

本次設(shè)計根據(jù)原有水質(zhì)情況、污水處理廠運行情況及存在的問題，以盡量保留和利用原有設(shè)施，再新增部分處理設(shè)施為原則，使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。主體的改造內(nèi)容如下：新增缺氧池1 座，新增高密度沉淀池1 座，優(yōu)化生化池填料，升級改造紫外線消毒設(shè)備，解決原有系統(tǒng)其他存在的問題。改造后的工藝路線為粗格柵+進(jìn)水泵房+細(xì)格柵+旋流沉砂池+缺氧池+固定化微生物-曝氣生物濾池（I-BAF）+二沉池+高密度沉淀池+人工濕地+紫外線消毒。提標(biāo)改造后，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）的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

3 改造方案

污水處理主體工藝流程如圖2所示。

圖2 改造后工藝流程

3.1 生化池改造

本次提標(biāo)改造考慮在生化池內(nèi)增設(shè)高效載體，新增生物載體高度為2 m，填料總?cè)莘e約為500 m3，載體支架面積為530 m2，提高系統(tǒng)內(nèi)微生物含量。這樣無須擴(kuò)建生化池，該工藝對有機(jī)物、氨氮的治理效果好，可保證這兩個指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放。若擴(kuò)建一座好氧池，不僅要考慮用地要求，還要增設(shè)一套生化處理設(shè)備、管網(wǎng)與自控系統(tǒng)，造成工期長，費用高。而增設(shè)高效載體可以減少生化系統(tǒng)的硝化液回流量，硝化液回流泵可以利用原有的4 臺排泥泵（2 用2 備），只需更改管路，即可滿足硝化液回流的工藝要求。改造后生化池全部采用移動床膜生物反應(yīng)器（MBBR），其在國外發(fā)展較早，目前在多個國家得到應(yīng)用[2]。2008年，MBBR 首次在無錫市污水處理廠成功運用并良好運行[3]，之后開始在國內(nèi)逐步推廣。MBBR 是向反應(yīng)器中投加懸浮載體作為微生物生長的場所，被稱為“流動的生物膜”[4]。生化系統(tǒng)可增配1 套碳源補(bǔ)充設(shè)備和1 套堿液補(bǔ)充設(shè)備，用于處理冬季低溫運行時碳源與堿不足的問題。

3.2 新增缺氧池

新建缺氧池1 座，主要用于強(qiáng)化生化系統(tǒng)的脫氮能力。原污水處理廠可用土地有限，目前可利用土地為生化池前端的空地，平面尺寸為18 m×10 m，有效水深為4.5 m（超高為0.5 m），池高為5.0 m，有效容積為810 m3，水力停留時間為2 h。因水力停留時間較短，考慮在缺氧池內(nèi)增設(shè)填料區(qū)，增強(qiáng)缺氧池的脫氮能力，填料高度為2.5 m，填料容積為450 m3，填料支架面積為360 m2。為提高泥水混合效果，本次改造新建的缺氧池采用空氣攪拌，氣源利用現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)。廠內(nèi)現(xiàn)有鼓風(fēng)機(jī)3 臺，原設(shè)計為2 用1 備，而根據(jù)污水處理廠日常運行情況，現(xiàn)有風(fēng)機(jī)僅用了1 臺，故風(fēng)量完全滿足改造后整個污水處理廠的運行要求。

3.3 新增高密度沉淀池

新建高密度沉淀池1 座，主要采用物化方式去除系統(tǒng)中的磷，保證磷的達(dá)標(biāo)排放。高密度沉淀池由3 個模塊組成，分別是集成式絮凝區(qū)、沉淀區(qū)及污泥濃縮區(qū)[5]。高密度沉淀池反應(yīng)區(qū)長為5 m，寬為4.8 m，沉淀區(qū)長為10 m，寬為8 m，表面負(fù)荷為10 m3/（m2·h）。主要設(shè)備有提升泵、排泥泵、回流泵、加藥機(jī)、刮泥機(jī)和攪拌機(jī)。提升泵流量為300 m3/h，揚程為8 m，共有3 臺，電機(jī)功率為15 kW；排泥泵流量為100 m3/h，揚程為7 m，共有1 臺，電機(jī)功率為3.7 kW；回流泵流量為100 m3/h，揚程為7 m，共有2 臺，電機(jī)功率為3.7 kW；加藥機(jī)規(guī)格為1 000 L，共有2 臺，電機(jī)功率為2.2 kW；刮泥機(jī)型號為D7000，共有1 臺，電機(jī)功率為1.1 kW；攪拌機(jī)型號為D1500，共有1 臺，電機(jī)功率為0.75 kW。

考慮工藝流程布置、高程限制及管道布置要求，現(xiàn)有污水處理廠生化池前端可利用土地有限，僅能新建一座缺氧池，故本次改造新增高密度沉淀池，將脫氮、除磷分開。生物脫氮除磷是最經(jīng)濟(jì)的方式，但在保證脫氮效率的前提下，磷的去除效率有限，最終無法保證磷達(dá)標(biāo)排放。將脫氮、除磷分開，可保證生化池內(nèi)污泥濃度足夠，提高氨氮治理效果。污水處理廠進(jìn)水有機(jī)物濃度過低，這才是決定本工程不宜采用生物脫氮除磷的關(guān)鍵。若不將脫氮、除磷分開，則生物脫氮除磷的矛盾會始終存在。

3.4 消毒設(shè)備改造

更換紫外線消毒設(shè)備1 套，保證出水微生物指標(biāo)達(dá)標(biāo)。原有紫外線消毒設(shè)備僅滿足出水水質(zhì)一級B 標(biāo)準(zhǔn)的要求，相比提標(biāo)改造前，提標(biāo)改造后紫外線消毒設(shè)備的要求與配置均不同，無法對原有設(shè)備進(jìn)行改造，故需要更換一套消毒設(shè)備，紫外線消毒設(shè)備型號為UVC-320W-8/2-2，流量為420 m3/h，功率為12 kW。

4 結(jié)語

經(jīng)工程投資分析，本次提標(biāo)改造總投資為553.74 萬元，提標(biāo)改造后，該生活污水處理廠的出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。該生活污水處理廠實施提標(biāo)改造，進(jìn)一步改善了周邊河流的水環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)一步削減了污染物排放量，進(jìn)一步促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展，其間接效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接效益，有助于社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。