龍巖市某縣污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計探討

戴楊麗

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計院有限公司，福建 福州 350002）

0 引言

為響應(yīng)國務(wù)院提出的《水污染防治行動計劃》的要求，福建省2015年出臺《水污染防治行動計劃工作方案》，要求全面提高流域水質(zhì)及污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，常用的污水深度處理工藝有“高效沉淀+過濾”、磁混凝沉淀及反硝化深床濾池。其中，“高效沉淀+過濾”與磁混凝沉淀工藝的除磷效果較好，但磁混凝沉淀的藥劑費用及運營成本較高；反硝化深床濾池側(cè)重于脫氮。高效沉淀池因為具有絮凝沉降效果好、沉淀分離速度快、污泥濃度高、出水水質(zhì)好、占地面積小、表面負(fù)荷高、處理效率高的優(yōu)點，所以在污水廠提標(biāo)改造過程中得到廣泛應(yīng)用［1-2］。精密過濾間的占地面積小，擁有較大的過濾面積，并且對SS（懸浮物）有極好的去除效果［3］，常與高效沉淀池配套使用。董超［1］對比研究北方和南方地區(qū)使用的幾種高效沉淀池工藝，從運行效果、藥效情況、運行問題等進(jìn)行總結(jié)，得出高效沉淀池可穩(wěn)定去除TP（總磷）、SS、COD（化學(xué)需氧量）的結(jié)論。劉麗等［4］分析生活污水處理廠提標(biāo)工程的運行情況發(fā)現(xiàn)，“高效沉淀池+精密過濾器”工藝出水優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）（簡稱《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)；姚雨等［5］分析生活污水處理廠改造前后的出水指標(biāo)，在污水處理廠提質(zhì)工程中采用“高效沉淀池+精密過濾器”的深度處理工藝；實踐證明，該工藝能減少50%的占地面積，同時節(jié)省40%的投資額。龍巖市某縣污水處理廠提標(biāo)改造工程項目的重點是除磷，擬選用對TP 處理效果好且運營成本較低的工藝，本文提出對該提標(biāo)改造工程增設(shè)“高效沉淀池+精密過濾器”的深度處理工藝。

1 工程概況

龍巖市某縣污水處理廠建設(shè)規(guī)模為4 萬m3/d，生活污水處理服務(wù)范圍為周邊5 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，服務(wù)面積為19 km2。2009 年一期建設(shè)規(guī)模為2 萬m3/d，2018 年二期擴(kuò)建至4 萬m3/d，工程投入運行以來，污水處理廠進(jìn)水量逐年增長，日均進(jìn)水量穩(wěn)定達(dá)到4 萬m3/d。該污水處理廠原設(shè)計出水水質(zhì)為《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。目前，污水處理廠出水的大部分指標(biāo)能達(dá)到且優(yōu)于《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。由于污水處理廠下游收納水體總磷環(huán)境容量有限，為保證下游水體功能達(dá)到要求，污水處理廠出水水質(zhì)總磷需達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)（總磷≤0.2 mg/L），并且為響應(yīng)環(huán)保部門關(guān)于改善江河水質(zhì)狀況的要求，污水處理廠出水水質(zhì)需提高到《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)，因此需要對該污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造。

2 提標(biāo)改造設(shè)計方案

2.1 現(xiàn)有工藝及處理效果

某縣污水處理廠原工程污水處理方案為“一級預(yù)處理+二級生化處理”。一級預(yù)處理方案采用“粗、細(xì)格柵+旋流沉砂池”工藝；二級生化處理方案采用改進(jìn)型Carrousel-2000 氧化溝工藝；尾水采用紫外消毒的方式；污泥采用“重力濃縮+藥劑調(diào)理+廂式壓濾”工藝脫水處理，處理后的污泥含水率降至60%以下，定期外運至垃圾衛(wèi)生填埋場填埋。污水處理廠經(jīng)過多年的運行和改造，出水水質(zhì)除了TP 和糞大腸菌群數(shù)超本文提標(biāo)改造的要求，其余指標(biāo)均達(dá)到《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)，改造前進(jìn)、出水的水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 改造前進(jìn)、出水水質(zhì)

2.2 提標(biāo)改造進(jìn)、出水水質(zhì)的確定

為滿足某縣污水處理廠下游閩江流域段國控水質(zhì)監(jiān)測斷面達(dá)到地表Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，污水廠總磷要求提標(biāo)至0.2 mg/L的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在閩江流域河長制工作中，要求閩江干流及主要支流流域內(nèi)現(xiàn)有的污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，出水指標(biāo)由《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)提高至一級A 標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合2021 年污水處理廠實際進(jìn)水水質(zhì)情況，確定本次提標(biāo)改造工程設(shè)計的進(jìn)、出水水質(zhì)（表2）。

表2 提標(biāo)改造工程設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

2.3 提標(biāo)改造工藝流程

提標(biāo)改造在原有生化工藝改進(jìn)型Carrousel-2000氧化溝工藝的基礎(chǔ)上，增加深度處理工藝。深度處理工藝新建高效沉淀池、精密過濾車間，進(jìn)一步去除TP、CODcr和SS；將原紫外線消毒池改為接觸消毒池，使處理后的水含有一定的余氯，以起到持續(xù)消毒的作用。當(dāng)進(jìn)水BOD5（生化需氧量）偏低時，在氧化溝前補(bǔ)充碳源（乙酸鈉），強(qiáng)化好氧段硝化及缺氧段反硝化的效果，提高生物脫氮效率。改造后的工藝流程如圖1所示。

圖1 改造后的工藝流程 （單位：cm）

2.4 原有構(gòu)筑物的復(fù)核計算

2.4.1 氧化溝

對氧化溝工藝進(jìn)行復(fù)核計算，污水處理廠現(xiàn)狀出水水質(zhì)為《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，氧化溝總池容為25 442.25 m3；總停留時間為15.27 h，其中厭氧區(qū)停留時間為1.62 h，缺氧區(qū)停留時間為2.50 h，好氧區(qū)停留時間為11.15 h；BOD污泥負(fù)荷為0.054kgBOD5/（kgMLSS·d）。根據(jù)本次設(shè)計的《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)（其中出水總磷按TP≤0.2 mg/L 的要求執(zhí)行）核算，氧化溝各區(qū)池容、停留時間及BOD 污泥負(fù)荷均滿足本次提標(biāo)改造去除COD、BOD5、氨氮、TN（總氮）的要求。

本工程將TN 從進(jìn)水的50 mg/L 處理至15 mg/L，根據(jù)TN 去除率計算混合液回流比為133%，現(xiàn)狀混合液回流比為300%，滿足提標(biāo)改造要求。

根據(jù)本次提標(biāo)改造工程的進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)，計算氧化溝需氧量為1 052 kgO2/h，現(xiàn)狀氧化溝設(shè)置9臺126 kgO2/h 的表曝機(jī)，總供氧量為1 134 kgO2/h，滿足提標(biāo)改造的要求。當(dāng)進(jìn)水的BOD5偏低時，需向氧化溝補(bǔ)充碳源（乙酸鈉），進(jìn)一步提高COD、BOD5、氨氮、TN的去除率。

2.4.2 污泥處理

本次新增污泥量（剩余污泥量+化學(xué)污泥量）為967 kg/d，加上原污泥量5 200 kg/d，總污泥量為6 167 kg/d。經(jīng)計算，現(xiàn)狀污泥濃縮池面積、調(diào)理池有效容積及廂式壓濾機(jī)過濾總面積均滿足提標(biāo)改造后的總污泥量處理要求。

經(jīng)核算，現(xiàn)狀氧化溝及污泥濃縮、脫水設(shè)備均滿足本次提標(biāo)改造的需求，故本次提標(biāo)改造不需要對現(xiàn)狀氧化溝、污泥濃縮池、調(diào)理池及廂式壓濾機(jī)進(jìn)行改造，僅涉及新增建（構(gòu)）筑物。

3 提標(biāo)改造工藝實施

本次提標(biāo)改造考慮廠區(qū)的總體布置時，經(jīng)過方案比較，結(jié)合現(xiàn)狀處理構(gòu)筑物位置及新增用地的可行性，將深度處理用地布置于廠區(qū)的西側(cè)，靠近現(xiàn)有一、二期生產(chǎn)區(qū)域，便于管理及管線銜接。

本工程新建二次提升泵房、高效沉淀池、精密過濾車間、接觸消毒池、加藥間，各建構(gòu)筑物主要尺寸見表3。

表3 提標(biāo)改造工程主要構(gòu)筑物尺寸表

3.1 二次提升泵房

廠區(qū)新建1座二次提升泵房，將現(xiàn)狀二沉池出水提升至深度處理設(shè)施。二次提升泵房主要設(shè)計參數(shù)如下：提升泵為潛水軸流泵，共3 臺（2 用1 備），Q（流量）=960 m3/h，H（揚程）=10 m，N（功率）=45 kW，變頻。

3.2 高效沉淀池

高效沉淀池作為深度處理中除磷的主要構(gòu)筑物，其單體的設(shè)計對本次提升改造工程有決定性的作用。高效沉淀池將快速混合、絮凝、沉淀分離工藝集成，是一種具有外部回流功能的污泥接觸式沉淀澄清工藝，在污水深度處理中，可去除TP、SS，同時可消除硬物及重金屬等污染物。高效沉淀池剖面圖如圖2所示。

圖2 高效沉淀池剖面圖 （單位：cm）

3.2.1 混合池

污水進(jìn)入混合池，與投加的混凝劑聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行快速混合，混凝劑的水解使水中的SS 脫穩(wěn)，同時原水中的磷和混凝劑發(fā)生反應(yīng)形成磷酸鹽，去除水中溶解性的磷。

本工程的高效沉淀池設(shè)置為1座2組，混合段分為2組，呈對稱布置。單個混合池的尺寸為3.0 m×3.0 m×3.5 m；混合池的混合時間為1.24 min，攪拌速度梯度G值設(shè)置為700～1 000 s-1；每個混合池設(shè)置一臺功率為3.0 kW的變頻混合攪拌器。

3.2.2 絮凝池

混合后的污水進(jìn)入絮凝池后，在絮凝池投加高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），與沉淀池回流的污泥進(jìn)行慢速攪拌，完成絮凝反應(yīng)，循環(huán)固體可加速絮凝過程并促進(jìn)形成密實、均勻的絮體顆粒。

混合液通過絮凝反應(yīng)池底部的管涵進(jìn)入導(dǎo)流筒，在導(dǎo)流筒的中部、攪拌器的下方設(shè)置絮凝劑投加管，混合液在導(dǎo)流筒和攪拌器的配合作用下進(jìn)行絮凝反應(yīng)。絮凝攪拌器不僅起到攪拌的作用，更重要的是和導(dǎo)流筒共同作用，完成水力的提升，使水從導(dǎo)流筒內(nèi)部快速上升，然后從四周擴(kuò)散下來，形成污泥內(nèi)循環(huán)，產(chǎn)生8～10倍的進(jìn)水提升循環(huán)量，極大地提高了絮凝效果。攪拌器的攪拌速度應(yīng)與絮凝過程相匹配。

本工程設(shè)計的單個絮凝池尺寸為6.5 m×6.5 m×5.0 m，絮凝反應(yīng)時間為8.5 min，攪拌速度梯度值G取30～60 s-1。每個絮凝池設(shè)置一臺功率為11 kW 的變頻絮凝攪拌器。本區(qū)設(shè)置的污泥回流量占進(jìn)水量的5%。

3.2.3 斜板沉淀和污泥濃縮區(qū)

絮凝池的出水進(jìn)入沉淀池的預(yù)沉降區(qū)，污泥進(jìn)入沉淀池底部，清水通過斜板流入池頂?shù)募?；大部分懸浮固體在預(yù)沉降區(qū)直接分離，剩余的絮凝顆粒在斜板中被去除。沉淀池底部設(shè)置帶柵條濃縮功能的刮泥機(jī)，濃縮后的污泥一部分回流到快速混合池出水端，剩余的高濃度污泥經(jīng)排放處理，進(jìn)一步去除TP和SS。

單個沉淀池的尺寸為15.9 m×15.9 m×8.6 m。為保證出水總磷達(dá)標(biāo)，沉淀區(qū)表面水力負(fù)荷取較低值，平均表面水力負(fù)荷為4.32 m3/m2·h；峰值表面水力負(fù)荷為7 m3/m2·h；斜板斜長為1.0 m，斜板傾角為60°。設(shè)置2 臺功率為0.75 kW 的中心傳動刮泥機(jī)（直徑為16 m）。

3.2.4 污泥回流及排放泵房

考慮到單體的緊湊性，出于節(jié)約占地的目的，本工程高效沉淀池的污泥回流及排放泵房設(shè)置于絮凝池下方。

泵房內(nèi)設(shè)置污泥回流泵3臺（2用1備），Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW；污泥泵3臺（2用1備），Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW。

3.3 精密過濾車間

高效沉淀池出水經(jīng)過精密過濾車間，可去除污水中以懸浮狀態(tài)存在的各種雜質(zhì)，提高污水處理廠的出水水質(zhì)，使處理水的SS達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

精密過濾車間設(shè)置2套精密過濾器，單套處理能力為3 萬t/d，N=0.75 kW；單套精密過濾器配套反沖泵1 臺，N=4.0 kW；ZAQF1200×1200 閘門1 臺，L×H=1 200 mm×1 200 mm，單向受壓暗桿式，配手電兩用啟閉機(jī)，N=4 kW。

3.4 接觸消毒池

在接觸消毒池投加次氯酸鈉，對生化處理污水進(jìn)行消毒，使大腸桿菌≤1 000個/L，出水達(dá)到《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)的要求。新建接觸消毒池的停留時間為1.11 h。

3.5 加藥間

需加藥的工藝涉及氧化溝、高效沉淀池及接觸消毒池。加藥設(shè)備用于投加乙酸鈉、PAM、PAC（聚合氯化鋁）、次氯酸鈉等藥劑，主要由溶藥設(shè)備、儲罐和投加泵組成。主要設(shè)備構(gòu)成如下：①乙酸鈉儲罐4個，體積V=20 m3；②乙酸鈉加藥泵1 臺，Q=650 L/h、H=3.5 bar、N=0.75 kW；③PAM 自動泡藥機(jī)1 臺，Q=2 000 L/h，N=3.0 kW；④PAC 儲 罐2 個，V=20 m3；⑤PAC 加藥泵1 臺，Q=200 L/h、H=7 bar、N=0.37 kW；⑥次氯酸鈉儲罐2 個，V=20 m3；⑦次氯酸鈉加藥泵1臺，Q=200 L/h、H=7 bar、N=0.37 kW。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。某縣污水處理廠占地面積為7 680 m2，工程總投資為4 191.34 萬元。提標(biāo)改造工程新增污水處理收費為0.871 元/噸，財務(wù)內(nèi)部收益率（所得稅后）為8.01%，略大于假設(shè)的基準(zhǔn)收益率（8.0%）；財務(wù)凈現(xiàn)值（所得稅后，i=8.0%）為3.81 萬元；工程靜態(tài)投資回收期9.29 年（含建設(shè)期）。以上分析指標(biāo)說明，項目產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，在經(jīng)濟(jì)上具有可行性。

（2）排放指標(biāo)。某縣污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)較好，改造前出水水質(zhì)中僅糞大腸菌群數(shù)和總磷達(dá)不到《污水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)工藝方案論證，污水處理廠增加“高效沉淀池+精密過濾車間+接觸消毒”工藝，對污水進(jìn)行深度處理，除磷效果較好，糞大腸菌群數(shù)達(dá)標(biāo)至一級A標(biāo)準(zhǔn)。

本工程的實施不僅可以改善下游江河的水質(zhì)，減少排放的污染物總量，而且對促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及提高城市形象具有重要的意義。