低溫低碳源條件下污水處理廠提標(biāo)改造研究

李少堃，張晨

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300181）

1 引言

隨著生態(tài)文明建設(shè)要求的落實(shí)，污水處理廠改造項(xiàng)目越來越受到關(guān)注。研究表明，相關(guān)項(xiàng)目普遍更重視提標(biāo)增質(zhì)，并采取一系列降本降耗措施，確保污水處理廠與最新環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)一致。考慮到河北城市環(huán)保發(fā)展要求趨向嚴(yán)格，本文對某污水處理廠的情況進(jìn)行說明，通過研究項(xiàng)目具體情況，做好環(huán)保設(shè)備與技術(shù)應(yīng)用，使該廠環(huán)保性能與經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)符合規(guī)范，為城市環(huán)保工作助力。

2 研究背景

在城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程持續(xù)推進(jìn)的背景下，水環(huán)境污染加劇，國務(wù)院出臺的《水污染防治行動計劃》指出，改造污水處理廠、處理設(shè)備刻不容緩[1]。隨后，包括河北省在內(nèi)的多地政府均結(jié)合實(shí)際情況制定了相應(yīng)的條例，希望能使出水品質(zhì)達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。本文以河北某污水處理廠為例，對該廠提標(biāo)改造方案進(jìn)行了深入研究，一期改造規(guī)模約為2×105m3/d，通過UV消毒、生物濾池與沉淀池相結(jié)合的方式，使出水品質(zhì)得到顯著改善，確保水質(zhì)能夠達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。

3 河北某污水處理廠情況

3.1 廠房概況

該廠出水品質(zhì)相對穩(wěn)定，僅有磷、氮濃度無法達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。該廠處理效率為4×105m3/d，通過活性污泥法處理污水，采取機(jī)械濃縮+中溫硝化+脫水的方法處理污泥（見圖1），在此期間所形成的沼氣通常作為燃料用于燃?xì)忮仩t、發(fā)電機(jī)，其中，沼氣儲柜的作用主要是對儲氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)，將多余的沼氣聚集在特定空間并點(diǎn)燃。

圖1 污泥系統(tǒng)運(yùn)行流程

3.2 現(xiàn)存不足

該廠所持有的經(jīng)營許可證表明，其經(jīng)營年限是23年，在此期間，考核污水品質(zhì)的指標(biāo)保持不變。換言之，對既有廠房進(jìn)行提標(biāo)改造的做法并不可行，同時還要保證提標(biāo)改造不會給廠房運(yùn)行產(chǎn)生影響。另外，該廠所使用的AB法可有效去除BOD5和CODCr，但在去除TN方面的表現(xiàn)并不理想，極易導(dǎo)致經(jīng)過處理的水出現(xiàn)不可生化、碳氮比較小等問題，進(jìn)而給碳源總量造成不利影響[2]。要使提標(biāo)改造廠房的出水品質(zhì)達(dá)到行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)，一方面要增加碳源使用量，為反硝化脫氮效果提供保證，另一方面要控制碳源成本和運(yùn)行成本，確保本項(xiàng)目具備理想的經(jīng)濟(jì)效益。

4 提標(biāo)改造方案說明

4.1 方案概述

4.1.1 創(chuàng)新之處

設(shè)計人員以出水品質(zhì)要求、當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳛槁淠_點(diǎn)，將提標(biāo)改造的原則歸納為“可靠、安全、占地面積小、建設(shè)成本低”，同時指出應(yīng)保證在溫度較低的冬季，處理系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行，使出水品質(zhì)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在對多方面因素加以考慮后，最終決定引入沉淀池與生物濾池相結(jié)合的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 污泥/污水處理流程

沉淀池負(fù)責(zé)去除污水中的TP和SS，對沉淀池、混凝池還有絮凝池進(jìn)行合建，將混凝池及絮凝池設(shè)置在沉淀池的前方，分別向池內(nèi)投加適量絮凝劑、混凝劑，縮短絮凝、混合工序所花費(fèi)時間[3]。經(jīng)過預(yù)處理的污水，將通過池底所安裝斜板進(jìn)入沉淀池，然后，被送往集水槽并統(tǒng)一出水。

生物濾池則負(fù)責(zé)去除污水中的TN、NH4+-N。作為新型生物膜處理技術(shù)，生物濾池主要分為反硝化濾池、硝化濾池兩部分，其中，反硝化濾池位于后端，可保證流經(jīng)濾床的污水中的硝酸鹽被快速轉(zhuǎn)換為N2，硝化濾池則位于前端，其核心功能在于確保硝化菌、NH4+-N充分接觸，利用硝化菌所具有的化學(xué)特性將NH4+-N轉(zhuǎn)換為硝酸鹽。

4.1.2 方案優(yōu)勢

與以往提標(biāo)方案相比，本方案具有以下優(yōu)勢：（1）生物濾池的占地面積較小，建設(shè)成本低，可嚴(yán)格控制剩余污泥量，在對低污染水質(zhì)進(jìn)行科學(xué)處理的前提下，有效抵抗沖擊負(fù)荷。（2）生物濾池的啟動速度極快，可長期在低溫環(huán)境下運(yùn)行，掛膜效果理想。（3）利用沉淀池、生物濾池對污水進(jìn)行深度處理，在保證既有廠房正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將污水中TP、SS和TN等物質(zhì)高效去除。

4.2 科學(xué)選址

為降低管理和操作難度，將改造成本維持在較低水平，設(shè)計人員決定將新廠建在既有廠房的北側(cè)。

4.3 確定水質(zhì)

設(shè)計人員以該廠實(shí)際水質(zhì)、設(shè)計水質(zhì)（見表1）為依據(jù)，結(jié)合行業(yè)規(guī)定對進(jìn)、出水品質(zhì)進(jìn)行了明確，見表2。

表1 該廠出水品質(zhì)mg/L

表2 提標(biāo)改造設(shè)計水質(zhì)mg/L

4.4 選擇碳源

由于本項(xiàng)目要利用碳源達(dá)到反硝化脫氮的目的，使出水品質(zhì)達(dá)到行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)，在選擇碳源期間，應(yīng)重點(diǎn)分析碳源的安全性和使用成本。設(shè)計人員決定使用成本相對較低的甲醇，考慮到甲醇與明火、熱源相遇后，有一定概率引起爆炸或燃燒事故，因此，應(yīng)在廠內(nèi)增設(shè)存儲、投加甲醇的設(shè)備，同時對報警裝置進(jìn)行安裝，嚴(yán)格控制甲醇系統(tǒng)與既有建筑的距離，保證該系統(tǒng)能夠得到穩(wěn)定且可靠的運(yùn)行。

4.5 設(shè)計要點(diǎn)

4.5.1 生物濾池

前置濾池由14個面積為170 m2的單格組成，內(nèi)部濾料直徑約為4 mm，由濾料堆積所形成濾料層的厚度能夠達(dá)到4 m，濾速穩(wěn)定在3.8 m/h左右，最快可達(dá)到4.5 m/h[4]。后置濾池由8格組成，內(nèi)部濾料直徑增加到4.5 mm，由其所堆成濾料層的厚度保持不變，仍為4 m，正常工況下，濾速能夠達(dá)到5 m/h，最快能夠達(dá)到8m/h左右。

4.5.2 消毒池

本方案指出，應(yīng)利用紫外線設(shè)備消毒污水。作為物理消毒工藝的代表，紫外線消毒具有接觸時間短、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)場共安裝了4組紫外線燈，每組燈包括100根燈管，負(fù)責(zé)對沉淀池所輸送水進(jìn)行消毒，并將經(jīng)過消毒的尾水送往指定渠道。

4.5.3 污泥系統(tǒng)

考慮到高密池內(nèi)濃縮水含有大量泥渣，直接排放會污染附近環(huán)境，設(shè)計人員決定引入污泥系統(tǒng)，利用離心脫水機(jī)處理濃縮水，將其分為濾液、泥餅兩部分，其中，濾液被運(yùn)往排放系統(tǒng)，由排放系統(tǒng)驅(qū)使提升泵，確保濾液能夠順利回流，泥餅則統(tǒng)一外運(yùn)并進(jìn)行填埋。現(xiàn)場計劃安裝3臺處理量能夠達(dá)到約40 m3/h的離心脫水機(jī)，3臺機(jī)器互為備用，這樣設(shè)計的目的是保證始終有2臺脫水機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

4.5.4 格柵間

該廠格柵間內(nèi)共裝有4臺細(xì)格柵，格柵間隔為3 mm，可以有效過濾污水內(nèi)頭發(fā)、纖維或其他雜質(zhì)，控制沖洗濾池的頻率，使運(yùn)行費(fèi)用維持在較低水平。

4.5.5 沉淀池

現(xiàn)場計劃搭設(shè)8座沉淀池，每座沉淀池均有絮凝池、混凝池對應(yīng)，其中，絮凝池平均容積可達(dá)250 m3，混凝池容積約為36 m3。高密池直徑均為12 m，配備斜管全長1 m，斜板所形成陰影的面積約為125 m2。

4.5.6 加藥系統(tǒng)

加藥間內(nèi)設(shè)有投加系統(tǒng)，負(fù)責(zé)向絮凝池、混凝池投加藥劑，設(shè)計人員以該廠規(guī)模、日常運(yùn)行情況為依據(jù)，將PAM濃度設(shè)定為1 mg/L、PAC濃度設(shè)定為1.2 kg/m3。除此之外，考慮到在低溫低碳源環(huán)境下處理污水，還要用到甲醇，為保證甲醇投加合理，設(shè)計人員對存儲甲醇、投加甲醇的系統(tǒng)進(jìn)行了升級。其中，存儲系統(tǒng)包括2個儲罐，每個儲罐的容量均為90 m3，儲罐位于鋼筋混凝土池內(nèi)，并配有檢測液位高度的儀器和集水井，確保工作人員能夠準(zhǔn)確掌握儲罐狀態(tài)，避免出現(xiàn)甲醇大量泄漏的情況。投加系統(tǒng)由4臺投加量在660 L/h的計量泵組成，同時在加藥間內(nèi)指定位置安裝報警器，對空氣中甲醇濃度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，在甲醇濃度達(dá)到1.5%的第一時間發(fā)出預(yù)警，由專業(yè)人員前往現(xiàn)場對泄漏點(diǎn)進(jìn)行維修，以免引起更嚴(yán)重的后果。

5 改造效果

現(xiàn)階段，本項(xiàng)目已順利竣工并投運(yùn)，出水品質(zhì)符合一級標(biāo)準(zhǔn)。投運(yùn)至今，處理系統(tǒng)始終未曾出現(xiàn)重大故障，2021年全年，系統(tǒng)去除TN的效率始終維持在80%左右，TP去除率約為90%，NH4+-N去除率則達(dá)到了93%。另外，由于當(dāng)?shù)貧夂蜉^為干燥，各季節(jié)溫度變化明顯，水溫給CODCr去除率帶來了巨大影響，在溫度較高的夏季，污泥活性較為理想，去除CODCr的效果基本能夠達(dá)到預(yù)期，出水所含CODCr的濃度約為11 mg/L，而在溫度較低的冬季，隨著水溫降低，污泥活性有所減弱，CODCr濃度往往會增加到約20 mg/L。

綜上，本方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在3個方面，首先是處理系統(tǒng)建設(shè)成本低、占地面積小，對外界環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力；其次是提標(biāo)改造期間既有廠房可維持正常運(yùn)行，最后是能夠應(yīng)對當(dāng)?shù)囟靖稍锴液涞奶鞖?，將外界因素給出水品質(zhì)造成的影響降至最低。未來，有關(guān)人員應(yīng)以當(dāng)?shù)乩迷偕那闆r為依據(jù)，對處理再生水的技術(shù)進(jìn)行升級，確保磷、氮和其他可能引起富營養(yǎng)化問題的有機(jī)物得到高效去除，使出水品質(zhì)得到進(jìn)一步的提高。

6 結(jié)論

本文總結(jié)了低溫低碳條件下污水處理廠提標(biāo)方案，在研究過程中，明確該方案的創(chuàng)新價值，并對應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行展望。通過做好生物濾池、消毒池、細(xì)格柵部分的優(yōu)化，并增設(shè)沉淀池，使污水處理廠的改造目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。以上技術(shù)方案的應(yīng)用能夠最大程度提高出水質(zhì)量，滿足目前低溫低碳源標(biāo)準(zhǔn)。