高效沉淀池與濾布濾池組合工藝在某污水處理廠提標改造中的應用

張 雙，楊仁凱，陳貴生，張 華

(1.重慶市三峽水務有限責任公司，重慶 400020；2.重慶水務集團股份有限公司，重慶 400020；3.重慶市排水有限公司白含污水處理廠，重慶 400020)

隨著我國經濟的高速發展，水體納污能力嚴重不足，水環境污染問題形勢嚴峻。近年來，國家加大了對水污染的治理力度，出臺了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)和《水污染防治行動計劃》(水十條)等一系列標準和政策，要求重點流域、區域的城鎮污水處理廠出水水質滿足一級A標準[1]。目前，我國城鎮生活污水普遍采用的處理工藝為活性污泥法，常規和強化二級處理工藝不能或難以穩定達到一級A排放標準，因此，必須采用深度處理工藝進行提標改造。

目前，深度處理技術主要有高效沉淀池工藝、濾布濾池工藝、V型濾池工藝、深床反硝化濾池工藝、膜處理工藝、活性炭吸附工藝、高級氧化工藝等[2-8]，去除污染物的原理及種類也不盡相同。對于大部分城鎮污水處理廠來說，由于排水體制問題(主要是雨污分流不徹底)，SS和TP是制約大部分城鎮污水處理廠穩定達一級A標準的主要因素[7]。深度處理工藝的選擇要結合各污水處理廠實際情況，因地制宜，全面考慮進水水質水量、出水水質要求、工藝運行穩定性、改造難度、占地面積、施工難度方面等因素。絮凝沉淀和過濾工藝技術成熟可靠，通過投加絮凝劑沉淀(輔助化學除磷)以及濾料的攔截和篩濾作用，可有效去除污水中的TP、SS。因此，高效沉淀池、濾布濾池工藝以及兩種工藝的組合在城鎮污水處理廠提標改造中應用廣泛。

1 工程概況

1.1 項目背景

三峽庫區某城鎮污水處理廠設計處理規模為12萬m3/d，原處理工藝為“預處理+AAO+二沉池+液氯消毒”，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。污泥經脫水后外運至水泥窯協同焚燒處置，尾水排入長江，工藝流程如圖1所示。該廠主要服務沿線居民生活污水，服務人口約為44萬人，服務面積約為12.2 km2,設計進、出水水質如表1所示。為滿足環保要求，改善庫區水環境，按照水污染防治行動計劃要求，對該廠進行提標改造，出水水質由一級B標準提升至一級A標準。

圖1 原污水處理廠工藝流程Fig.1 Flow Chart of Existing WWTP

表1 原設計進、出水水質Tab.1 Designed Influent and Effluent Water Quality of Existing

1.2 實際進出水水質分析

該污水處理廠建成投運以來，運行情況良好，出水水質均能滿足一級B標準，實際進水、出水水質如表2所示。由表2可知，平均濃度和90%覆蓋率的實際進水基本都在設計范圍內，95%覆蓋率的進水TP和SS超過原設計值。該污水處理廠實際平均進水BOD/COD為0.53，可生化性較好，提標改造前TP和SS的一級A標達標率分別為69.9%、40.4%，而COD、BOD、TN、NH3-N均能達到一級A標準。因此，提標改造的重點是進一步削減TP和SS污染物指標，使之穩定達到一級A標準。

表2實際進、出水水質
Tab.2 Actual Influent and Effluent Water Quality

項目CODCrBOD5SSTNNH3-NTP進水出水進水出水進水出水進水出水進水出水進水出水均值/(mg·L-1)27532.61467.31889.637.810.927.10.93.460.6685%覆蓋率/(mg·L-1)29337.41679.12061240.313.229.81.64.090.9890%覆蓋率/(mg·L-1)30539.61709.52121241.213.931.32.94.521.195%覆蓋率/(mg·L-1)33339.91779.92481343.115.535.25.85.341.31一級B標準達標率100%100%100%100%100%100%一級A標準達標率100%100%69.9%99.6%100%40.4%

1.3 實際處理水量分析

提標改造前，實際處理水量如表3所示。由表3可知，由于該廠服務范圍內雨污分流不徹底，進水水量波動較大，實際處理水量為6.19萬～14.55萬m3/d，平均處理水量為9.71 m3/d，其中，95%覆蓋率的處理水量超過設計處理能力。因此，在提標改造設計時，需充分考慮深度處理工藝的耐水量負荷沖擊能力。

表3實際處理水量
Tab.3 Actual Capacity of Water Treatment

實際處理水量/(萬m3·d-1)實際水量平均處理水量85%覆蓋率90%覆蓋率95%覆蓋率6.19～14.559.7111.3411.6212.7

2 提標改造工程工藝設計

2.1 提標改造設計水質

通過對實際進出水水質進行分析可知，雖然95%覆蓋率的TP和SS超過設計進水值，但本次提標改造主要是為了進一步去除TP和SS。因此，提標改造設計進水水質按原設計考慮，不做調整。如存在進水TP和SS超過設計值情況，可通過合理的工藝調控進行控制，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

2.2 提標改造工藝路線選擇

鑒于該污水處理廠用地緊張、進水水量波動較大，在選擇提標改造工藝時，優先選擇占地面積小、低能耗、處理效果穩定可靠的成熟工藝，以減少工程投資，降低運行成本。目前，國內一級A提標改造常見工藝為“絮凝沉淀+過濾”，通過化學除磷保證出水TP達標，過濾后進一步降低水中SS，確保出水SS小于10 mg/L。高效沉淀池是集機械混合、載體絮凝、斜管沉淀、污泥濃縮為一體的組合型沉淀池[9]。其原理是在傳統的沉淀池基礎上，充分利用速混合原理、接觸絮凝原理和淺池沉淀原理，把機械混合凝聚、機械強化絮凝、斜管沉淀分離3個過程有機結合起來，與普通的沉淀池相比，高效沉淀池具有絮凝沉淀效果好、沉淀速度快、表面負荷高、抗沖擊能力強、占地面積小、排泥濃度高等優勢。結合本項目實際情況，絮凝沉淀單元選擇高效沉淀池。

過濾是深度處理工藝核心單元，常見的過濾工藝有氣水反沖洗均質濾池、高效纖維濾池、濾布濾池，表4就幾種常見過濾工藝進行對比。由表4可知，濾布濾池工藝具有運行管理方便、建設投資小、占地面積小、自動化程度高、水頭損失小等優點。該工藝是近幾年發展起來的一種新型過濾裝置，主要依靠一定孔徑的濾布對水中有機物和SS的黏附及攔截作用，去除水中的固體顆粒物質，在城鎮生活污水處理廠提標改造中應用廣泛。

表4 過濾工藝對比表Tab.4 Comparison of Differen Filtration Processes

綜上所述，本項目提標改造工程選擇“高效沉淀池+濾布濾池”作為深度處理工藝，改造后的工藝流程如圖2所示。二沉池出水經提升泵提升后進入高效沉淀池，通過絮凝沉淀后進入濾布濾池進一步降低SS，最終進入接觸消毒池消毒后達標排放。本次提標改造保留原二沉池進水PAC投加點，一方面通過化學除磷進一步降低TP含量，以緩解后續工藝段的運行負荷，確保出水水質穩定達標；另一方面通過投加PAC，增加污泥沉降性能，縮短沉降時間，以應對進水水量過大和污泥沉降性能較差導致的二沉池翻泥問題。

圖2 提標改造后的工藝流程Fig.2 Flow Chart after Upgrading and Reconstruction

2.3 構筑物設計參數

2.3.1 中間提升泵房

新建中間提升泵房1座，用于將二沉池出水提升至高效沉淀池，提升泵尺寸：L×B×H=12.6 m×7.3 m×6.3 m，有效容積為579 m3。提升泵池內設有4臺潛水軸流泵，3用1備，單臺Q=2 167 m3/h，H=3.0 m，N=30 kW。

2.3.2 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座2組，單組處理水量為6萬m3/d(高峰變化系數為1.30)，由混合池、絮凝池、沉淀池組成。二沉池出水經提升泵提升后進入高效沉淀池，經過混合池混合攪拌、絮凝池絮凝反應、沉淀區沉淀后，上清液經集水槽收集進水渠，最后進入濾布濾池。為便于維護維修和減小運營成本，設置了超越管道，可根據實際情況采用高效沉淀池和濾布濾池聯合運行或單獨運行。混合池單池工藝尺寸：L×B×H=3.0 m×3.0 m×8.0 m，有效容積為72 m3，混合停留時間為100 s；快速混合攪拌器2臺，N=11 kW，D=1 500 mm，G=300～500 s-1。絮凝池單池工藝尺寸：L×B×H=16 m×5.4 m×8.0 m，有效容積為691 m3，絮凝停留時間為12 min；絮凝攪拌器4臺，N=5.5 kW，D=2 500 mm，G=40～150 s-1。沉淀池單池工藝尺寸：L×B×H=16 m×16 m×8.0 m，有效容積為691 m3，表面負荷為12 m3/(m2·h)，傳動刮泥機2臺，N=3.7 kW，D=16 000 mm；剩余污泥泵和回流污泥泵(轉子泵)各2臺，N=15 kW，H=20 m，Q=40～100 m3/h。斜管2套(斜長為1.5 m，高度為1.3 m，厚度為1.1 mm，間距為80 mm)。

2.3.3 濾布濾池

新建濾布濾池1座3組，設計處理水量為12萬m3/d(高峰變化系數為1.30)，采用外進內出模式，濾布為聚酯纖維，濾布孔徑小于10 μm，設計平均濾速為7.3 m3/(h·m2)，有效過濾面積為678 m2。單組濾布濾池工藝尺寸L×B×H=12 m×9.0 m×4.0 m，配套反沖洗泵6臺，N=3.7 kW，H=17 m，Q=57 m3/h。

3 運行參數控制和運行效果分析

3.1 運行參數控制

高效沉淀池與濾布濾池組合工藝依靠混合、絮凝、沉淀、攔截去除TP、SS污染物。TP的去除主要由PAC投加量決定。PAM投加量對SS去除有較大影響，PAM投加量不足，不能絮凝形成較大礬花，細小顆粒隨出水進入濾布濾池，易造成濾布濾池堵塞，且增加SS出水超標風險，過量投加PAM，會增加藥耗成本，同時，易造成濾布濾池堵塞。污泥回流比的作用是增加顆粒物的含量和增強絮凝效果，適量的排放剩余污泥有利于維持污泥濃度和保持污泥的活性，防止污泥上浮影響出水水質。濾布濾池過水能力主要依靠液位進行控制，液位較高，表面濾布存在堵塞情況。因此，合理控制PAC投加量、PAM投加量、污泥回流量、剩余污泥排放量、污泥濃度、濾布濾池液位是確保工藝良好穩定運行的關鍵。

借鑒錢志軍等[10]的研究成果，結合該污水處理廠實際情況，經過調試階段的摸索，確定該工程實際運行的參數如下： PAC投加量為5.0 mg/L，有效鋁含量為16%；PAM投加量為0.25 mg/L；污泥回流量為100 m3/h；污泥濃度為1 500～2 500 mg/L，剩余污泥排放量根據污泥濃度適時排放，當斜管區污泥上浮時，可提高排放量；濾布濾池液位高于3.0 m時自動反沖洗。

3.2 運行效果分析

采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合深度處理工藝進行提標改造后，出水各項指標均達到設計要求。2018年實際進出水水質如表5所示。由表5可知，“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝對TP和SS的去除效果明顯。與提標改造前實際出水水質相比(表2)，平均出水TP降低了0.41 mg/L，平均出水SS降低了4.2 mg/L，TP削減量提高17.5 t/a，SS削減量提高157.7 t/a，環境效益明顯。由于高效沉淀池的沉淀作用和濾布濾池的攔截作用，出水COD、BOD、TN、NH3-N均有一定程度的降低。

表5 提標改造后進、出水水質Tab.5 Influent and Effluent Water Quality after Upgrading and Reconstruction

提標改造后，運行單耗也發生了變化，高效沉淀池工藝段PAC平均投加量為5.0 mg/L，PAM平均投加量為0.25 mg/L，提標改造新增電耗約為6.5×10-2kW·h/m3，由于高效沉淀池投加了絮凝劑，干污泥產泥量增加了340 kg/(萬m3)。

為了分析各深度處理單元對SS和TP的去除情況，本文對各深度處理單元進出水TP、SS進行了監測，如表6所示。經高效沉淀池處理后,出水TP和SS分別為0.25、6.6 mg/L;經濾布濾池進一步處理后,出水TP和SS分別為0.14、5.3 mg/L。高效沉淀池對TP和SS的去除率分別為55.36%、35.92%，濾布濾池對TP和SS的去除率分別為19.64%、12.62%。由于進水水量波動較大，進水水量為8.04萬～14.08萬m3/d，降低了高效沉淀池和濾布濾池的處理效果，導致出水TP、SS存在一定波動，但各工藝段出水TP、SS均能穩定達一級A標準，說明高效沉淀池和濾布濾池工藝具有一定的抗水量沖擊能力。

表6 各深度處理工藝段進出水TP、SS濃度Tab.6 Influent and Effluent Water Concentration of TP and SS in Each Advanced Treatment Process

4 結論

針對三峽庫區某污水處理廠SS和TP不能穩定達一級A標準的情況，提標改造采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。實際運行數據表明，各項出水水質指標均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，污染物的減排量進一步提高，對當地水環境的改善和三峽庫區水環境保護有積極的作用，產生的環境效益顯著。本文從生產運行的角度總結了高效沉淀池和濾布濾池工藝的控制要點，獲取了較為珍貴的實際生產運行數據，對同類型項目的設計和運行管理具有一定的指導借鑒意義。