華北地區某污水處理廠升級改造工程實例

高康寧，曹會勇，王 進，康蘇花，靳 偉，洪 綱

(1. 石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022； 2. 石家莊市環境科學研究院，河北石家莊 050022；3.南開大學環境科學與工程學院，天津 300071 )

華北地區某污水處理廠升級改造工程實例

高康寧1，曹會勇2，王 進3，康蘇花1，靳 偉1，洪 綱1

(1. 石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022； 2. 石家莊市環境科學研究院，河北石家莊 050022；3.南開大學環境科學與工程學院，天津 300071 )

華北地區某城市污水處理廠升級改造工程處理規模為50萬t/d，原設計為A/O脫氮工藝，執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)二級排放標準。由于近年來進水水質嚴重惡化以及對污水排放標準的提高，需對原污水處理系統進行改造，通過技術方案對比，在原生物處理段增加厭氧池，使之變為A2/O脫氮除磷，新增深度處理工藝為反硝化生物濾池-加砂沉淀池-濾布濾池-紫外消毒，使出水水質達到一級A排放標準。

城市污水；升級改造；A2/O工藝；深度處理；一級A標準

1 工程概況

華北地區某城市污水處理廠原設計處理規模為50萬t/d，廠區占地0.36 km2(540畝)，服務面積為95.95 km2，處理工藝采用A/O脫氮工藝，污泥采用厭氧消化處理工藝，原設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)二級排放標準。

由于近年來進水水質的不斷惡化，嚴重影響了污水處理系統的處理效果，使得出水不能達標排放。因此需要對原污水處理系統進行升級改造，改造后出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002) 一級A標準[1]。原污水處理廠設計進、出水水質見表1。

表1 原設計進出水水質

注：除pH值外表中數值的單位均為mg/L。

污水處理廠原工藝流程見圖1。

圖1 污水處理廠原工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of the original sewage treatment plant

2 升級改造工程介紹

2.1工程規模及要求

由統計資料得知，升級改造工程維持進水水量50萬t/d不變，即可滿足處理要求。根據進水水質頻率統計結果及污水排放標準，升級改造工程設計進、出水水質見表2。

表2 改造工程設計進出水水質

注：除pH值外表中數值的單位均為mg/L。

升級改造工程建設要求：1)盡量使用廠內預留地，不再外征土地；2)充分利用原有的生產設施及附屬建筑物，進行部分擴建和改造，避免對原有工藝進行大改動；3)所選工藝對水質適應性強，且有足夠的管理運行經驗；4)根據水質特點，需要具有脫氮除磷功能、運行費用低、操作方便、工藝成熟的污水處理工藝。

2.2升級改造工藝方案選擇

2.2.1 生物處理工藝選擇

根據污水處理廠進水水質特點，可知本次改造工程的進水氮、磷指標很高，出水水質達標排放，處理工藝除具有一般的有機物和懸浮固體去除功能外，一定要有較強的脫氮除磷效果。目前，能夠形成厭氧、缺氧及好氧環境，實現生物脫氮除磷的工藝類型很多，如AB法、氧化溝以及A2/O法等。鑒于該污水處理廠原有工藝類型為A/O法，且該廠建設初期預留了厭氧生物處理位置，因此增加厭氧段后，很容易實現A2/O脫氮除磷工藝，該工藝在國內外有著豐富的運行管理經驗，具有工藝操作簡單、運行能耗低等優點，因此選擇此工藝作為改造對象[2-3]。

根據表2可知，進水ρ(BOD5)/ρ(COD)≈0.4，生化性較好；ρ(BOD5)/ρ(TP)=20，有較好的除磷效率；ρ(BOD5)/ρ(TN)<4，污水沒有足夠碳源供反硝化菌利用，將影響到微生物的脫氮除磷效果，因此需要外加碳源。

2.2.2 深度處理部分工藝選擇

1)后續脫氮工藝選擇

A2/O工藝雖具有一定的脫氮除磷功能，但是距離一級A排放標準還有一定距離，需要進一步處理去除TN。反硝化生物濾池是實現污水深度脫氮的有效手段[4]，且具有生物氧化脫氮、過濾、占地面積小等優點。因此在預留三級處理用地新建脫氮生物濾池，鑒于進入到三級處理部分的碳源將嚴重不足，需要外加碳源使脫氮生物濾池發揮脫氮作用。

2)除磷工藝選擇

研究表明，通過生物除磷工藝，污水中的一部分磷可被生物體吸收，并隨剩余污泥排放。本工程中進水TP質量濃度高達15 mg/L，經預處理和生物除磷處理后，出水TP遠達不到排放要求，因此需要輔助化學除磷降低TP。試驗確定本工程的化學除磷藥劑為聚合氯化鋁。由于工程占地緊張，加藥后采用常規的沉淀池不適宜，因此選用占地面積最小的加砂沉淀池[5]。

3)過濾工藝選擇

一級A標準出水SS質量濃度要求低于10 mg/L，需要后續過濾工藝進一步降低SS。傳統砂濾池占地面積大，附屬設備多。考慮到廠區占地緊張，因此選用高效濾布濾池。該工藝具有出水水質好且穩定、附屬設備少、功率低、無需外源水沖洗、自動化程度高、占地面積小等特點，且在國內外大型污水處理廠有著廣泛的應用[6]。

4)出水消毒

污水處理廠出水中含有大量大腸菌群，需要對出水進行消毒處理。目前國內的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、紫外線消毒等。由于液氯消毒和二氧化氯消毒的設備復雜，危險系數大等原因，本工程選用紫外消毒法，該法操作安全、簡單，占地小，效率高，無需投加化學藥劑、便于管理[7]。

2.2.3 污泥處理工藝

原污水處理廠初沉污泥采用重力濃縮，二沉池剩余污泥進入濃縮機房進行機械濃縮，二者混合后進入蛋形中溫厭氧消化池處理，然后機械脫水后外運。改造工程將新增深度處理污泥，此部分污泥將同剩余污泥一并進入污泥濃縮機房處理，因此需改造污泥濃縮機房，增加污泥濃縮脫水機數量。中溫厭氧消化產生的沼氣用于廠區鼓風機房和對消化池進行加熱等，降低廠區能耗。本次改造工程充分利用了原有污泥處理系統。

升級改造工藝流程見圖2。

圖2 污水處理廠升級改造工藝流程Fig.2 Process flow diagram of the upgrade sewage treatment plant

2.3升級改造工程設計

2.3.1 原有主要構筑物利用和改造情況

1)粗格柵

泵前粗格柵主要去除污水中較大漂浮物，攔截直徑大于20 mm的雜物，以保證提升系統正常運行。設計進水流量為5.79 m3/s， 6臺并聯GSGL型高鏈式機械格柵，格柵寬度為1 460 mm，過柵流速為0.8 m/s，柵條間隙為0.02 m，安裝傾角為70°，單機功率為1.1 kW。

2)進水泵房

進水流量為50萬t/d，QW型污水潛水泵10臺(8用2備)，具有高效節能、防纏繞、無堵塞、自動耦合、高可靠性和自動控制等優點。單泵流量為3 500 m3/h，揚程為12 m，功率為185 kW，經校核進水泵能力滿足升級改造要求。

3)細格柵

設計進水流量為5.79 m3/s，選用XZG型轉鼓式細格柵8臺(6用2備)，轉鼓直徑為2 150 mm，柵條間距為5 mm，單個過水流量為4 356 m3/h，安裝角度為35°，該機集除渣、螺旋提升壓榨脫水4種功能于一體，為現代化大型污水處理廠的首選柵型。

4)改造旋流式沉砂池

原有旋流沉砂池4座，單座設計流量為1.88 m3/s，表面負荷q=200 m3/(m2·h)，直徑為6.6 m，總高度為7.78 m。配套設備有旋流葉輪、吸砂泵以及砂水分離器。吸砂泵底部提升排砂，每天排砂一次。近年來，沉砂池運轉狀況較差，出砂量少，需要對沉砂池進行改造。中國國內應用較早的曝氣沉砂池，具有對細小砂粒的去除率高、有機物分析效果好以及運行穩定等特點，以此作為本次改造工程的選擇對象。改建曝氣沉砂池8座，單座設計流量為0.94 m3/s，停留時間為5 min。配套設備主要有刮砂橋、吸砂泵、砂水分離器以及羅茨鼓風機。

5)輻流式初沉池

中間進水、周邊出水的輻流式沉淀池8座，單座最大設計流量為0.94 m3/s，直徑為45 m，有效水深為4.28 m，表面負荷為2.14 m3/(m2·h)，停留時間為2 h。采用環形集水槽，雙側溢流堰出水。CP型沉水式初沉污泥泵2臺，單臺流量60 m3/h，揚程為16 m，功率為7.5 kW。

6)改造A/O生物反應池

原生物處理為A/O工藝，缺氧-好氧池8組。改造工程在原A/O工藝預留地新建厭氧反應池，形成8組A2/O生物反應池。為強化脫氮除磷效果，采用內回流-污泥回流運行模式，內回流及污泥回流比均為100%。厭氧池、缺氧池和好氧池之間采用自流式。厭氧、缺氧池分別設置導流墻將其分為2格，安裝潛水攪拌機。好氧池采用4廊道推流式，單廊道尺寸為14 m×59 m。曝氣類型為鼓風曝氣，池底安裝微孔曝氣器。混合液及污泥回流泵為LXB型污泥泵，揚程為3.5 m，功率為45 kW。A2/O生物反應池其他相關參數見表3。

表3 A2/O生物反應池設計參數

7)輻流式二沉池

最大設計流量為7.52 m3/s，中間進水、周邊出水的輻流式二沉池12座，單座直徑為50 m，表面負荷q′=1.20 m3/(m2·h)，停留時間為2.5 h。采用環形集水槽，雙側溢流堰出水。采用周邊傳動刮吸泥機，線速度為2～3 m/min，底部設有刮泥板和吸泥管。二沉池剩余污泥含水率為99.2%，污泥量為10 038 m3/d，選用YW型液下式排污泵，單臺流量Q=70 m3/L，揚程為17.5 m，功率為7.5 kW。

2.3.2 新建深度處理部分參數設計

1)反硝化生物濾池

采用鋼筋混凝土矩形池，1座24組，單組過濾面積為240 m2。設計進水總氮質量濃度為60 mg/L，出水ρ(TN)<15 mg/L，外加碳源投加質量濃度100 mg/L。反沖洗羅茨鼓風機2臺，排污泵2臺，潛水攪拌器4臺。

2)加砂沉淀池

完成加藥除磷，進一步降低SS，新建鋼筋混凝土矩形池4座，單座混凝池、微砂投加池及熟化池有效容積分別為180，180，300 m3。沉淀池直徑為16 m，設計出水ρ(TP)<1 mg/L，ρ(SS)<20 mg/L。絮凝劑投加聚合氯化鋁，助凝劑聚丙烯酰胺。附屬設備有刮砂橋4臺，攪拌器12臺，吸砂泵8臺。

3)濾布濾池

將沉淀處理后污水進一步實現泥水分離。鋼筋混凝土矩形池1座，24組，單組平面尺寸為16 m×4 m，池深3 m，濾布轉盤24套，每套盤片數量為30片，盤片直徑為2 200 mm，濾速為10 m/h，設計進水ρ(SS)<20 mg/L，出水ρ(SS)<10 mg/L。反沖洗水泵24臺，每臺功率為7.5 kW。

4)紫外消毒渠

紫外消毒渠1座5組，單組尺寸為12 m×4 m，池深2.0 m，采用渠道形式布置，內置紫外燈管構成的模塊，燈管數量為1 400根，單根功率為400 W。出水大腸菌群數小于1 000個/L。

2.3.3 污泥處理部分設計及改造情況

1)污泥濃縮池

初沉池污泥采用2個輻流式重力濃縮池處理，設計泥量為2 664 m3/d，池徑為24 m，進泥含水率為97%，出泥含水率為95%，濃縮池采用BZX-20-30半橋式周邊驅動刮泥機，LXB型螺旋泵間歇排泥至混合池，初沉污泥濃縮池滿足設計要求。

2)改造污泥濃縮機房

污泥濃縮機房主要采用機械濃縮的方式處理剩余污泥及深度處理產生的污泥，提高濃縮效率，滿足消化池的進泥要求。由于新增深度處理污泥，需增加2臺機械濃縮機來滿足處理要求。濃縮機房進泥含水率為99.2%～99.5%，濕污泥總體積為15 000 m3/d，出泥含水率小于 92.5%，出泥體積為1 596 m3/d。轉鼓機械濃縮機8臺，單機流量為Q=80 m3/h，功率為11 kW。

3)蛋形污泥消化池

污泥采用中溫厭氧消化處理，使污泥中的有機物轉變為腐殖質，減少污泥體積，破壞和控制致病微生物，同時可以獲得沼氣、供給能量。6座蛋形污泥消化池，單池體積為10 700 m3，污泥消化時間為20 d，進泥體積為3 194 m3/d，污泥含水率為94%，消化溫度為33～35 ℃，沼氣產率(單位體積污泥的產氣量)為10 m3/m3。配套設備有污泥機械攪拌機、消化池超壓安全釋放系統、消化池進泥泵、污泥循環泵、管式熱交換器以及熱水循環泵各6臺。另有沼氣脫硫裝置2套和儲氣柜2座。污泥消化池滿足泥量處理要求，不做改造。

4)污泥脫水機房

污泥通過脫水機進一步脫水,降低含水率，以減少污泥體積，便于污泥貯存、運輸及綜合利用。污泥脫水機房1座，主要設備為LWY壓榨型臥螺離心機4臺，單機處理能力為38～65 m3/h。

2.4運行效果

該污水處理廠升級改造工程目前已投入使用，處理污水50萬t/d，設備運行穩定，出水的 COD，BOD，SS，NH3-N，TN和 TP 等水質指標均能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

3 結 語

本項目升級改造工程建成后，COD，TN，TP排放量的大幅減少，將大大降低城市污水對環境的污染，可使總退水渠及下游河流水系的污染大大降低，環境功能得到好轉；其次，污水的深度治理也減弱了其對地下水源的污染；此外，深度處理后的中水還可用于環城水系、綠化以及景觀用水等，實現水資源的循環利用。污水處理廠升級改造工程對城市的經濟發展和水體治理有著重要意義，通過改造工程使生態環境和居民生活環境得到改善，促進經濟社會的協調發展。

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Example of an upgrading project of sewage treatment plants in North China

GAO Kangning1, CAO Huiyong2, WANG Jin3, KANG Suhua1, JIN Wei1, HONG Gang1

(1. Shijiazhuang Municipal Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang Hebei 050022, China；2. Shijiazhuang Municipal Environmental Academy of Sciences, Shijiazhuang Hebei 050022, China；3.School of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China)

There is an upgrading project of sewage treatment plants with processing scale of 5×105t/d in North China. The original design is to use A/O denitrification process, abiding by the secondary emission standard of the implementation of the urban sewage treatment plant pollutant discharge standard (GB 18918-2002). Due to feed water quality deterioration and the improvement of sewage discharge standard the in recent years, the original sewage treatment system needs to be improved. Through technical comparison, anaerobic pool is adopted in the original biological treatment process, resulting in A2/O denitrification and dephosphorization, and the added depth treatment technology is of denitrifying biological filter-sand tank-filter cloth filter - ultraviolet disinfection in order. The effluent quality reaches discharge standard A.

urban sewage； upgrading； A2/O process； depth processing； discharge standard A

1008-1534(2013)04-0286-05

X703

A

10.7535/hbgykj.2013yx0416

2013-04-30;

2013-05-27

責任編輯：王海云

高康寧(1981-)，女，山東煙臺人，工程師，博士，主要從事環境質量監測與評價方面的研究。

E-mail：gkn1234@163.com