高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠設(shè)計(jì)
——以某北方污水處理廠為例

歸顯揚(yáng),陳 崗

(安徽節(jié)源環(huán)?？萍加邢薰荆不?合肥 230088)

隨著我國(guó)城市化水平的不斷發(fā)展，居民生活和企業(yè)生產(chǎn)用水量不斷增長(zhǎng)，產(chǎn)生和排放的污廢水量也日益增多，這對(duì)我國(guó)城市污水處理設(shè)施的處理能力提出了更高的要求[1-2]。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委等10個(gè)部門聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》 《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)計(jì)劃(2019-2021)》等文件要求，需對(duì)城鎮(zhèn)污水進(jìn)行進(jìn)一步的處理。提高排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境水體的影響是污水處理未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[3]。

本文從實(shí)際工程案例出發(fā)，通過(guò)對(duì)處理工藝進(jìn)行深入分析，探討污水處理廠出水滿足回用要求的技術(shù)手段，以期為國(guó)內(nèi)其他類似行業(yè)和地區(qū)污水的設(shè)計(jì)提供參考。

1 項(xiàng)目概況

某北方縣規(guī)劃建設(shè)污水處理廠一座，用于收集處理縣工業(yè)園區(qū)和物流園區(qū)的工業(yè)廢水和生活污水。根據(jù)此縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃，工業(yè)園區(qū)企業(yè)主要以石墨新能源材料制造、風(fēng)電及機(jī)械產(chǎn)品制造、碳素新材料制造、電石及下游產(chǎn)品制造，以及特種合金產(chǎn)品制造、煤炭加工為主；物流園區(qū)主要分為三大產(chǎn)業(yè)片區(qū)，發(fā)展以貨物流、煤炭運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)、有色礦產(chǎn)品運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)、煤炭商貿(mào)業(yè)、第三方物流、保稅物流等。

本污水處理廠工程分為三期建設(shè)，近期建成規(guī)模為 3000 m3/d，中期為 6000 m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)規(guī)模為1.0×104m3/d，廠區(qū)征地面積為 26640 m2，其中近期工程占地面積為 13080 m2。

2 處理工藝

2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水廠進(jìn)水包含工業(yè)廢水、石墨企業(yè)污水、生活污水等。因項(xiàng)目所在地水資源短缺，本污水處理廠處理后的出水主要回用于企業(yè)道路澆灑、綠化用水等，出水水質(zhì)同時(shí)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用 城市雜用水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)要求。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)和處理程度詳見表1所示。

2.2 處理工藝流程

本項(xiàng)目從CODCr、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP等污染因子的去除因素進(jìn)行預(yù)處理、生化處理及深度處理工藝的比選。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)和處理程度

2.2.1 預(yù)處理工藝

從進(jìn)水來(lái)源分析，本工程來(lái)水中顆粒物以無(wú)機(jī)顆粒為主。平流沉砂池具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、處理效果較好、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此本工程設(shè)計(jì)中采用平流式沉砂池。

本污水處理廠收集部分工業(yè)污水，進(jìn)水水質(zhì)、水量存在波動(dòng)。為了降低進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化對(duì)生化處理工藝的影響，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了調(diào)節(jié)池，用于平衡進(jìn)水水質(zhì)、水量的沖擊。

2.2.2 生化處理工藝

從設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)表(表1)看出，本項(xiàng)目進(jìn)水CODCr含量較高，對(duì)TN、TP去除率都有較高的要求，采用常規(guī)的活性污泥處理工藝不能滿足處理要求，必須采用具有脫氮除磷功能的生化處理工藝。同時(shí)，硝化和反硝化過(guò)程將成為控制生化處理單元設(shè)計(jì)的主要因素。

常見的具備脫氮除磷功能的活性污泥生化處理工藝有：1)A/O(厭氧/好氧)法；2)改良型A/O法；3)A2/O法；4)改良型A2/O法；5)倒置A2/O工藝；6)MUCT工藝；7)多模式A2/O工藝；等等。改良型A2/O法作為一種成熟的處理工藝，相對(duì)于其他工藝，通過(guò)在生化池預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)和缺氧區(qū)布置進(jìn)水點(diǎn)，并根據(jù)進(jìn)水濃度調(diào)節(jié)各點(diǎn)進(jìn)水量，能充分利用污水內(nèi)碳源，減少外加碳源投加量，從而降低運(yùn)行成本；通過(guò)在厭氧區(qū)前端增加預(yù)缺氧區(qū)，有利于后續(xù)單元除磷脫氮，減少回流污泥硝態(tài)氮的不利影響；在好氧區(qū)后設(shè)置缺氧區(qū)、后好氧區(qū)，可以強(qiáng)化反硝化脫氮作用，提高對(duì)TN的去除率。因此本工程設(shè)計(jì)中采用改良型A2/O作為生化處理工藝，可以滿足處理要求。

本工程進(jìn)水中的工業(yè)污水經(jīng)企業(yè)內(nèi)部預(yù)處理后，難降解有機(jī)物占比較大，通過(guò)在好氧池設(shè)置水解酸化反應(yīng)池，可去除10%～30%的CODCr和10%～20%的BOD5；同時(shí)將污水中懸浮性有機(jī)固體和難生物降解的大分子物質(zhì)(包括碳水化合物、脂肪和脂類等)水解成溶解性有機(jī)物和易生物降解的小分子物質(zhì)，提高廢水的可生化性[4]。

2.2.3 深度處理工藝

生化處理約可去除85%的SS和CODCr，出水須經(jīng)深度處理，進(jìn)一步去除SS、CODCr等后，才能滿足回用要求。過(guò)濾是深度處理的關(guān)鍵。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、生化處理后的出水水質(zhì)特點(diǎn)，適合本工程的過(guò)濾濾池有：活性砂濾池、高效纖維濾池、濾布濾池和D型濾池。與傳統(tǒng)砂濾池相比，D型濾池具有占地省、投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)；與傳統(tǒng)的纖維束/球?yàn)V池相比，具有反洗效果好、安全性能高、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。因此，本工程選擇D型濾池作為深度處理核心工藝，可以滿足處理要求。

2.3 處理工藝流程

經(jīng)綜合分析，本項(xiàng)目污水處理采用“粗細(xì)格柵-平流沉砂池-調(diào)節(jié)池”作為預(yù)處理工藝，采用改良型AAO工藝作為二級(jí)處理的主體工藝，采用“高效沉淀池-D型濾池”作為深度處理工藝。污水處理工藝流程圖如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

3 主要工藝設(shè)計(jì)

3.1 污水處理系統(tǒng)

1)粗格柵渠道。地下鋼混直壁平行渠道2條，配置循環(huán)齒耙式格柵除污機(jī)2臺(tái)(1用1備)、鑄鐵鑲銅方閘門4臺(tái)。

2)細(xì)格柵和沉砂池。細(xì)格柵渠道按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，1條，幾何尺寸為 15.0 m×0.9 m，深 1.6 m。配置回轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)1臺(tái)、螺旋式砂水分離器1臺(tái)。

3)調(diào)節(jié)池。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座，幾何尺寸為 15.0 m×12.0 m，深 5.95 m，有效水深 5.55 m，設(shè)計(jì)規(guī)模為 3000 m3/d，停留時(shí)間為 8 h。設(shè)可提升式潛污泵3臺(tái)(2用1備、變頻調(diào)節(jié))、雙曲面攪拌器2臺(tái)。

4)事故池。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、1座，平面尺寸為 30 m×20.3 m，深 5.4 m，有效水深 5 m，設(shè)計(jì)規(guī)模為 3000 m3/d，停留時(shí)間為 24 h。設(shè)雙曲面攪拌器6臺(tái)。

5)水解酸化池。半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座2格，幾何尺寸為 20.2 m×8.5 m，深 6.6 m，停留時(shí)間為 8 h。設(shè)可提升式潛污泵3臺(tái)(2用1備)。主要功能為在去除一部分有機(jī)物的同時(shí)，確保大分子盡可能多的降解為小分子，從而提高廢水的可生化性。

6)生物池。1座2組，每組可單獨(dú)運(yùn)行，生物池設(shè)計(jì)為半地下式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池和后好氧池組成。平面尺寸為 22.4 m×19.3 m×5.7 m，有效水深為 5.2 m；有效容積為 2188 m3，其中，預(yù)缺氧段 63 m3，厭氧段 188 m3，缺氧段 500 m3，好氧段 1062 m3，后缺氧段 250m3，后好氧段為 125 m3；污泥負(fù)荷為 0.1 kg/(kg·d)；總的設(shè)計(jì)污泥齡為 17 d；平均流量下總停留時(shí)間為 17.5 h，其中，預(yù)缺氧區(qū) 0.5 h，厭氧區(qū) 1.5 h，缺氧區(qū) 4 h，好氧區(qū) 8.5 h，后缺氧區(qū) 2 h(可做好氧運(yùn)行)，后好氧區(qū) 1 h；懸浮固體質(zhì)量濃度為(MLSS):4000 mg/L；容積負(fù)荷為 0.42 kg/(m3·d)；污泥外回流比為50%～150%；混合液內(nèi)回流比為200%～400%；曝氣量為 16.7 m3/min。主要配置潛水?dāng)嚢杵?4臺(tái)、盤式曝氣器550個(gè)、內(nèi)回流泵4臺(tái)。

主要功能是：通過(guò)曝氣、提供充足的溶解氧條件下，在生物池中營(yíng)造出厭氧、缺氧和好氧的環(huán)境，利用生物池中大量的活性污泥微生物，對(duì)污水中的污染物進(jìn)行降解，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[5-6]。

7)二沉池。半地下式鋼筋混凝土圓形中心進(jìn)水、周邊出水輻流式沉淀池，2座，直徑φ10 m，池深 5.5 m，池邊水深 4.2 m，表面負(fù)荷為q=0.8 m3/m2·h，沉淀時(shí)間 2.5 h。設(shè)中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2套，采用靜壓排泥。

8)高效沉淀池。半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座，平面尺寸為 10 m×5 m×6.3 m。主要設(shè)計(jì)參數(shù)：混合時(shí)間 3.3 min；絮凝時(shí)間 9.9 min；沉淀表面負(fù)荷 6.3 m3/(m2·h)；污泥回流量4%～8%；PAC(液態(tài)，有效鋁含量10%)投加量為 100 mg/L；PAM投加量為 1.0 mg/L。設(shè)混合攪拌器1臺(tái)；絮凝攪拌器1套；絮凝反應(yīng)裝置1套；中心傳動(dòng)濃縮刮泥機(jī)1臺(tái)，直徑φ5 m；污泥循環(huán)泵2臺(tái)(1用1干備)；污泥排放泵1臺(tái)。主

9)D型濾池。一體化設(shè)備2套，主要設(shè)計(jì)參數(shù)：濾速≤16.4 m3/h·m2，進(jìn)水SS≤30 mg/L，出水SS≤10 mg/L，工作周期12～24 h；氣洗強(qiáng)度 60 L/(m2·L)，空氣壓力 60 kPa，水洗強(qiáng)度：7.3 L/(m2·L)，水壓力 0.125 MPa；反洗過(guò)程：水洗1～2 min，氣洗1～2 min，氣水同洗8～10 min，水洗3～4 min，總歷時(shí) 20 min。成套配備反洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1用1備)，采用空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)。

10)鼓風(fēng)機(jī)房?？蚣芙Y(jié)構(gòu)單層廠房，1座，幾何尺寸為 26.4 m×7.2 m，層高 6 m。設(shè)羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)(2用1備)。

11)加藥間。地上式框架結(jié)構(gòu)，1座，平面尺寸為 9 m×12 m×6 m。內(nèi)設(shè)：PAM、PAC、NaCA、NaClO投加系統(tǒng)各1套。

3.2 污泥處理系統(tǒng)

1)污泥濃縮池。鋼筋混凝土水池，1座，上部設(shè)置保溫維護(hù)結(jié)構(gòu)，直徑φ4 m，有效水深 4 m；設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)泥含水率99.2%，出泥含水率98%，污泥濃縮固體通量 47.8 kg/m2。設(shè)中心傳動(dòng)濃縮機(jī)1套，采用靜壓排泥，吸泥機(jī)直徑φ4 m。

2)污泥脫水機(jī)房。地上式框架結(jié)構(gòu)，1座，平面尺寸為 24 m×12 m×15 m。設(shè)污泥提升泵2臺(tái)、槳葉式調(diào)理攪拌機(jī)1臺(tái)、污泥進(jìn)料泵2臺(tái)、板框壓濾機(jī)1套、清洗水泵2臺(tái)、壓榨水泵2臺(tái)、螺桿空壓機(jī)1臺(tái)、PAM制備裝置1套、污泥調(diào)理系統(tǒng)2套等。

3.3 除臭系統(tǒng)

本項(xiàng)目主要針對(duì)粗格柵及提升泵房、細(xì)格柵及平流沉砂池、污泥調(diào)理池、污泥濃縮池、污泥脫水間部分區(qū)域進(jìn)行除臭，采取活性炭吸附除臭；擬建2套除臭系統(tǒng)。1#生物除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量為 1500 m3/d，主要處理粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵沉砂池的臭氣；2#生物除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量為 2500 m3/d，主要處理污泥濃縮池、調(diào)理池、污泥脫水間的臭氣。

4 運(yùn)行效果

本污水處理廠建成調(diào)試后，運(yùn)行效果穩(wěn)定。實(shí)測(cè)(2021年8月—2022年7月)平均進(jìn)出水情況見表2。

表2 實(shí)測(cè)進(jìn)、出水水質(zhì) mg·L-1

從表2看出，污水廠實(shí)測(cè)平均出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)討論

本項(xiàng)目工藝流程靈活可靠，自動(dòng)化水平高，管理方便，設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

1)改良AAO工藝在污水處理廠的提標(biāo)改造等方面都有成功的應(yīng)用[7-10]。本工程生化處理選用以改良AAO工藝為主的活性污泥法工藝方案，通過(guò)在生化池預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)和缺氧區(qū)多點(diǎn)進(jìn)水，并根據(jù)進(jìn)水濃度調(diào)節(jié)各點(diǎn)進(jìn)水量，可充分利用污水自身碳源，減少外加碳源投加量，降低運(yùn)行成本；通過(guò)在厭氧區(qū)前端增加預(yù)缺氧區(qū)，可以減少回流污泥硝態(tài)氮的不利影響；在好氧區(qū)后設(shè)置缺氧區(qū)、后好氧區(qū)，可以強(qiáng)化反硝化脫氮作用，提高對(duì)TN的去除率。通過(guò)對(duì)運(yùn)行模式、功能區(qū)布置的改進(jìn)、優(yōu)化，保證了生化處理效果。

2)本污水廠進(jìn)水含有一定的工業(yè)廢水，具有難降解有機(jī)物較多。通過(guò)在生化處理工藝前端設(shè)置水解酸化池，能改善進(jìn)水的可生化性，有效提高后續(xù)生物池的處理效果[3,11]。

3)深度處理工藝方面，采用高效沉淀池和D型濾池的組合，可節(jié)約占地、減少投資和運(yùn)行費(fèi)用，滿足出水回用的要求。

6 工程設(shè)計(jì)總結(jié)

本項(xiàng)目在分析進(jìn)出水水質(zhì)和工藝比選的基礎(chǔ)上，通過(guò)在生化處理前設(shè)置水解酸化池，能有效提高來(lái)水的可生化性；通過(guò)選用改良型AAO工藝作為生化處理工藝，并對(duì)運(yùn)行模式和功能區(qū)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，有效的保證了生化處理效果，可為國(guó)內(nèi)其他類似行業(yè)和地區(qū)的污水處理提供設(shè)計(jì)參考。同時(shí)，本項(xiàng)目通過(guò)采用“高效沉淀+D型濾池”作為深度處理工藝，保證了出水水質(zhì)同時(shí)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用 城市雜用水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)，出水可回用于企業(yè)道路澆灑、綠化用水，對(duì)緩解當(dāng)?shù)厮Y源緊張的局面，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。