城鎮污水處理廠一級A提標改造的關鍵因素及工藝選擇

蘇俊新

（芳源環保（惠安）有限公司，福建 泉州 362100）

為切實加大水污染的防治力度，國務院于2015年4月印發了《水污染防治行動計劃》，明確提出了要加快現有城鎮污水處理設施建設與改造步伐。為響應國家號召，積極應對水環境整治，福建省要求近岸海域匯水區的污水處理廠應盡快實施一級A標準，解決這些重點地區的污水綜合治理、污水回用或城市景觀用水需求等問題。這就要求污水處理廠在原一級B標準的基礎上進行提標改造，通過增加深度處理工藝進一步降低氮磷等污染物質指標。

1 污水處理廠運行狀況和提標的關鍵指標分析

某污水處理廠采用改良DE型氧化溝處理工藝，日處理能力7萬t，現二級處理設計進水各指標：BOD5≤150 mg/L，CODCr≤300 mg/L，SS≤200 mg/L，TN≤40 mg/L，NH3-N≤30 mg/L，TP≤3.0 mg/L，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準[1]。

通過對該污水處理廠2017年的化驗監測數據進行分析，筆者調取了對提標改造工程最具參考價值的6月份化驗監測數據，具體情況如圖1、圖2所示。

根據污水處理廠的運行情況，結合化驗監測數據，筆者認為其存在以下問題：一是污水處理系統運行效果良好，COD、BOD5、NH3-N等部分指標穩定低于一級A排放標準；二是在雨季時進水濃度偏低，會出現碳源不足情況，導致除磷脫氮效果不好；三是進水總磷濃度偏高，部分最大日均值接近5.0 mg/L，明顯高于3.0 mg/L的設計進水濃度，增加除磷負擔。

圖1 6月份BOD、SS、TN、NH3-N進出水監測數據

圖2 6月份TP進出水監測數據

對比《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的要求，結合該污水處理廠的運行狀況，人們可以看出，在進水水質相對穩定和工藝運行正常時，出水SS、TP、TN穩定低于一級B標準，處理效果好時更是低于一級A標準。但是，城鎮污水處理廠的進水水質水量是波動的，如受到排泥量、氣候溫差、季節性降水、進水濃度等環境條件的影響，實際運行參數只能控制在一定的變化范圍內，某些時段的出水SS、TP、TN濃度會出現明顯波動，因此如何保證出水SS、TP、TN穩定達到一級A標準是提標改造重點解決的問題。

2 一級A提標改造工藝的確定

一級A提標改造工程的進水是二級處理末端的二沉池出水，根據以上分析情況，重點處理目標為SS、TP和TN，結合國內一級A提標改造的常用工藝，該污水處理廠可選用混凝沉淀+精密過濾工藝，通過化學除磷和利用外加碳源保證出水TP、TN達標排放，高效后面又設置精密過濾器，進一步降低水中SS，確保出水SS穩定低于10 mg/L。

2.1 沉淀池的選擇

2.1.1 平流沉淀池

平流沉淀池是目前國內大型水廠普遍采用的池型，構造簡單、處理效果好、礬耗低，對水量和水質變化的適應能力強，運行管理簡單方便。對大型工程而言，平流沉淀池的綜合造價較斜管沉淀池低，其缺點是占地面積大，因此主要應用在大型污水廠（用地不緊張）。

2.1.2 斜管/板沉淀池

斜管/板沉淀池占地面積小，沉淀效率高；有成熟運行經驗，斜管水力半徑小，水力條件較好；但斜管/板沉淀池由于使用塑料管，耗用較多材料，存在老化問題，更換周期較短，帶來管理困難，影響水質。

2.1.3 高效沉淀池

高效沉淀池是近年來從國外引進的池型，其工藝原理基本類同于機械攪拌沉淀池，屬于內部泥渣循環型沉淀池。不同之處在于，其采用了機械混合、外部濃縮泥渣回流、進水投加混凝劑和高分子助凝劑、沉淀區上部設置斜管和下部設置污泥濃縮區以及排泥泵回流等工藝措施。其主要特點是運行負荷高，占地面積只有同規模平流沉淀池的25%～30%。其排泥濃度一般可超過3%，可直接進行脫水，而不需對排泥水進行濃縮[2]。

高效沉淀池工藝是將混合、絮凝、沉淀高度集成一體，由混合區、絮凝區、沉淀區和濃縮區及混渣回流系統和剩余泥渣排放系統組成，因其實際運行效果穩定可靠，能穩定去除SS和TP等指標，占地小，節省投資，比傳統工藝有較大優勢，陸續在工程中得到推廣應用。因此，結合本項目實際情況，混凝沉淀單元推薦采用高效沉淀池。

2.2 過濾器的選擇

過濾單元是深度處理的核心單元，目前國內應用于深度處理的過濾工藝主要有V形氣水反沖洗濾池、D型濾池、活性砂濾池、濾布濾池及回轉式精密過濾器。

回轉式精密過濾器是一種去除懸浮固體的過濾裝置，當進水SS小于20 mg/L時，出水SS可穩定低于一級A標準（10 mg/L）。回轉式精密過濾器由設備主體模塊、核心過濾模塊、反沖洗系統、驅動系統、自控系統組成，滾筒上裝有可方便拆卸的濾網。設備為連續過濾，設備內部設有自動啟閉開關，當滾筒有水進入時，液位傳感器將發出信號，啟動減速驅動系統驅動滾筒轉動，同時啟動反沖洗泵。污水流入空心滾筒內，滾筒上為高強度不銹鋼濾網。污水由濾網內側向外側流出，污水中的懸浮物被截留在濾網內側。沖洗水通過位于滾筒頂部的噴頭由濾網外側向內側對濾網進行沖洗，沖洗下來的細小顆粒物質由設備內部的反沖洗水收集槽收集，并通過排污管排出設備。當無水通過設備時，設備將自動停止。

與砂濾池、纖維濾布轉盤過濾器比較，精密過濾器具有有以下優點。

（1）濾網由316 L不銹鋼通過纖維化技術編織而成，再以點焊技術無縫焊接固定在不銹鋼細筋上，不會附著微生物，不易堵塞，無需化學清洗，使用壽命長，出水質較穩定。

（2）濾網更換方便，每套設備由若干塊獨立的弧形分片組成，每一個分片都可以很方便地拆卸和裝配；反沖洗消耗水量小，單臺反洗水量在60 m3/d；構造簡單，維護方便。

（3）工藝流程簡單，設備少，占地面積小；水頭損失小，約為0.45 m；運行能耗低，主驅動電機和反沖洗水泵電機功率小，單位水運行電耗約為0.005 kW·h/m3。

通過比較可知，回轉式精密過濾器具有占地小、工藝簡單、維護方便等特點，雖然其設備投資較高，但具有長期運行費用較低、使用壽命較長的優點。因此，本工程深度處理的過濾方式推薦回轉式精密過濾器。

2.3 利用外加碳源提高反硝化效果

BOD5/TN是判斷能否采用生物脫氮技術的主要指標，一般比值小于3.5則需要外加碳源[3]。對比圖1、圖2可知，本項目存在碳源不足情況，降水等原因會導致進水碳源嚴重不足，使得反硝化過程受阻，影響TN的達標排放。實踐證明，投加碳源是污水處理廠解決這類問題的重要手段。本項目碳源投加點定于氧化溝缺氧區。

反硝化設計參數，是指反硝化的硝態氮濃度與進水BOD5濃度之比，表示為Kde（kgNO3--N/kgBOD5），由此可算出反硝化去除的硝態氮[NO3--N]=KdeSi[4]。理論上，反硝化1 kg硝態氮消耗2.86 kgBOD5，即：

污水處理廠需消耗外加碳源對應氮量的計算公式為：

式中，N為需消耗外加碳源對應氮量，mg/L；Ne計為根據設計的污水水質和設計的工藝參數計算出能達到的出水總氮，mg/L；Ns為二沉池出水總氮排放標準，mg/L；Kde為 0.35，kgNO3--N/kgBOD5；Ni設 計 進 水TN濃度，mg/L；Si為進水BOD5濃度，mg/L；Se為出水BOD5濃度，mg/L。

圖3 提標改造工程工藝流程

研究表明，乙酸鈉作為碳源時，其反硝化速率要遠高于葡萄糖和白砂糖[5]。其主要原因在于，乙酸鈉為低分子有機酸鹽，容易被微生物利用。本工程外加碳源采用乙酸鈉，提標工程中在二級處理段（氧化溝缺氧池）中增設外加碳源投加車間。碳源的投加量根據實際工況，結合上述計算方法進行核算。

因此，該污水處理廠提標改造主體工藝路線為二級處理+高效沉淀池+精密過濾器，全流程工藝如圖3所示。二級處理出水在高效混合池與混凝投加裝置投加的混凝劑均勻混合、快速反應后進入絮凝區進行絮凝反應，并投加助凝劑以加速絮凝體的生成，進入后續澄清區澄清，然后進入精密過濾車間進行過濾，在過濾車間中利用回轉式高精密過濾器截留雜質，使出水達到一級A標準，過濾車間出水經消毒后排放。

3 結語

（1）通過對本污水處理廠的運行情況進行分析，可以看到出水COD、BOD5、NH3-N等指標在現狀運行中可以穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。但實際運行中受排泥量、氣候溫差、季節性降水和進水濃度等因素影響，SS、TN和TP等指標不能穩定達標排放，所以在一級A提標改造中的關鍵影響因素是SS、TN和TP指標。

（2）本工藝路線采用的高效沉淀池+精密過濾器處理工藝，占地面積小、出水水質好、運行效果穩定可靠、水頭損失小、工藝簡單、維護方便，在國外應用較多，成功的實例很多，并且積累了成熟的運行管理經驗。

（3）本污水處理廠一級A提標改造工程可采用二級出水+高效沉淀池+精密過濾器工藝路線，確保污水處理廠的出水穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A的排放標準要求，這是一種比較適合本污水處理廠提標改造工程的處理工藝。