太原市城南污水處理廠提標改造設計及運行效果分析

黎俊偉 岳秀萍

(1.太原理工大學環境科學與工程學院，山西 太原 030600； 2.太原市排水管理處，山西 太原 030006)

0 引言

隨著國家對水環境要求的不斷提高，尤其是對污水處理廠出水氮、磷指標的要求的提高，各省市也逐步提高入河排放的標準，導致部分污水處理廠出水水質已不能滿足要求[1,2]，必須進行提標改造。太原市城南污水處理廠位于南環高速北側，太茅公路以東，占地面積242.25畝。現狀處理規模為20萬m3/d。服務范圍北起南沙河、南到南環高速，西起體育路、汾河東岸、東至東山過境。服務面積78 km2，服務人口77萬人。污水處理廠采用改良A/A/O工藝，處理后的水就近排入汾河，現狀出水水質滿足GB 18919—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準一級A標準。根據山西省水污染防治領導小組辦公室文件(晉水防辦發2017[25號])文件要求，2020年年底前，城鎮污水處理設施外排污水化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)三項指標應達到地表水環境質量Ⅴ類標準。原設計出水水質不能滿足新標準的要求。因此，根據新地方標準的相關要求，需對城南污水處理廠進行提標改造。

1 污水處理廠改造前工藝及運行狀況

1.1 改造前工藝狀況

污水處理廠設計水量為20萬m3/d，改造前污水二級處理采用改良A/A/O工藝，污水深度處理采用混凝→沉淀→過濾工藝，污泥處理工藝采用直接濃縮脫水后外運處置工藝；消毒工藝采用投加次氯酸鈉溶液工藝；除臭工藝采用生物濾池法除臭工藝。污水處理工藝如下:

進水→粗格柵→進水泵房→細格柵→曝氣沉砂池→初沉池→前置缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池→二沉池→中途提升泵池→機械混合池→網格反應池→斜板沉淀池→V型濾池→接觸池→出水泵房→出水至汾河。

1.2 改造前進出水水質情況

改造前城南污水處理廠進水水質狀況見表1。從表1可見，COD，BOD，TP三項進水指標與原設計值接近，SS，NH3-N，TN三項進水指標比原設計值有較大增加。因此需要對原有生物系統進行復核，進水SS，TN和氨氮的增加會對原有生物池的出水指標產生影響，SS的增加還會帶來系統產泥量的增加。

表1 城南污水處理廠現狀進水水質分析表 mg/L

城南污水處理廠原設計出水水質如表2所示，改造前城南污水處理廠COD，NH3-N，TP的實測出水水質如表3所示。可以看出，城南污水廠目前出水COD，TP指標在95%的保證率時滿足地表水Ⅴ類標準，NH3-N指標在90%的保證率時滿足Ⅴ類水標準。因此此次污水處理廠升級改造應以這三項指標穩定達標為主要目的，并且從各項污染物處理難度方面考慮。

表2 城南污水處理廠原設計出水水質指標表 mg/L

表3 城南污水處理廠現狀出水水質分析表 mg/L

2 城南污水處理廠提標改造工藝方案

2.1 污水處理廠提標改造工藝方案分析

1)根據對氨氮，COD,TP三項出水指標的最新要求，以及SS,TN，氨氮三項進水指標比原設計值有較大的出入的情況下，需要對原有的生物系統進行復核。由于是對原有系統的改造，所以合理的提標措施可以包括增加生物池有效池容(在現有生物池體內投加生物填料[3]、提高污泥濃度等措施)、加大生物池好氧區的曝氣量、加大碳源投加量、在原有生物處理系統末端增加進一步去除污染物的措施等。

2)城南污水處理廠出水TP指標95%的保證率時滿足Ⅴ類水標準。考慮到對此標準的穩定達標，采用具有一般生物除磷的污水處理工藝不能滿足要求，所以本次在充分發揮生物除磷的功能外，同時需要加大除磷藥劑的投加，強化除磷效果。

3)城南污水處理廠出水COD在95%的保證率時滿足Ⅴ類水標準。考慮到對此標準的穩定達標，可以通過實驗室測定，如果是可生物降解的溶解性COD，那么在二級生化處理過程中，通過加強曝氣基本上可以去除。如果溶解性COD屬于難降解型，那么僅通過生物處理難以實現出水COD濃度穩定小于40 mg/L的目標，必須通過某些非常規手段才能去除。例如粉末活性炭吸附技術、臭氧氧化技術，高級催化氧化技術等。所以可以在廠區內預留COD深度處理的預留用地。

4)城南污水處理廠出水NH3-N在90%的保證率時滿足Ⅴ類水標準。要想此指標出水穩定達標，要保證充足的供氧和足夠長的污泥齡，從而實現氨氮的充分硝化，氨氮的充分硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設計的主要因素。

2.2 設計水量水質

本次提標改造不擴容，設計流量保持20萬m3/d，根據實際進出水水質水量的變化以及對氨氮,COD,TP三項出水指標的最新要求確定改造后設計進出水水質以及去除率見表4。可以看出增加了SS,NH3-N,TN,TP這四項指標的設計水質。

表4 城南污水處理廠提標改造工程設計進、出水水質及去除率

2.3 主要升級改造構筑物及設計參數

2.3.1生物池改造

采用在A/A/O好氧反應區投加懸浮填料的工藝，其工藝流程如圖1所示，通過在現有好氧區中端分隔出填料區，使填料在其中循環往復運動。在這種系統中，微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變為氣、液、固三相。這種轉變為微生物創造了更豐富的存在形式，形成了一個更復雜的復合式生態系統。利用泥膜共生系統，提高系統微生物量和專性細菌數量，解決目前工藝脫氨氮受停留時間限制的問題。原有生化池改造：預缺氧區池容為14 430 m3，HRT為1.73 h；厭氧區池容為14 430 m3，HRT為1.73 h；缺氧區池容為49 920 m3，HRT為5.99 h；好氧區池容為87 542 m3，HRT為10.51 h，填料區HRT為3.16 h。在填料區增加懸浮填料系統，包括增加9 440 000 m2的懸浮生物填料，4套進、出水填料分隔裝置、4套粗孔曝氣流化裝置、8套填料專用攪拌器、4套填料分隔裝置自清洗系統以及4套填料回流系統等。

為了更好地使混合液內回流，更換了原有生物池的內回流泵12臺(8用4備)，其參數為單泵流量Q=1 157 L/s，揚程H=1.5 m，功率N=23 kW，還增加了2 800個供氣量為3 m3/hr～5 m3/hr的曝氣頭，增加好氧池溶解氧含量，降低COD濃度。

2.3.2鼓風機房

現狀鼓風機已不能滿足風量的要求，因此擴建鼓風機房，擴建尺寸為20 m×15 m×8 m，原有6臺多級低速鼓風機，其性能參數為單機風量Q=11 700 m3/h，風壓P=7.5 m H2O，電機功率為355 kW，2套流量為28 800 m3/min的卷簾式空氣過濾器，升級增加磁懸浮鼓風機(包括配套設備)3臺，單機風量Q=13 500 m3/h，風壓P=7.5 m H2O，增加2套空氣卷簾式空氣過濾器，流量為20 000 m3/h。

2.3.3污泥處理系統

為降低污泥含水率，減少污泥體積。擴建污泥濃縮脫水機房，其機房為鋼筋混凝土框架結構，擴建尺寸為30 m×25 m×8 m，設計參數為進泥固干量為63 689 kg DS/d，進泥含水率為98.9%，進泥濕泥量為5 955 m3/d，脫水后污泥含固率不小于20%，泥餅體積不大于320 m3/d，每日工作時間為24 h。污泥濃縮脫水機房升級改造前有6套帶式濃縮脫水一體機、2套絮凝劑制備裝置、6臺投藥泵、6套污泥投料泵等主要設備。升級改造在原設備的基礎上新增3套(2用1備)離心濃縮脫水一體機，其單機處理量Q=150 m3/h，功率N=170 kW，新增一套藥劑制備能力為350 kg/d的絮凝劑制備裝置、3臺規格為Q=4 000 L/h，H=40 m的投藥泵、3套(2用1備)Q=150 m3/h的污泥投料泵，除此還新增了3套(2用1備)Q=150 m3/h的污泥切割機。

2.3.4冬季低溫保障措施

為確保冬季極端溫度情況下出水氨氮指標達標，此次提標改造工程增加低溫硝化菌投加措施。當水溫低于15 ℃時，采用投加專用菌株的方式增加氨氮硝化速率，確保出水水質穩定達標。

3 運行效果

為盡量避免提標改造工程對太原市節能減排總體目標及污水廠出水水質的影響，施工時采取不停水改造措施，選擇分階段施工。提標改造工程于2019年10月出水水質穩定達標，改造前2018年10月～12月和改造后2019年10月～12月進、出水水質平均值見表5。從表5中可以看出，改造后設施運行穩定，處理效果良好，即使是在冬季溫度較低的情況下，COD,NH3-N,TP出水分別為20.60 mg/L，0.64 mg/L，0.13 mg/L，穩定達地表水Ⅴ類標準，還可以看出SS指標在改造后進水濃度較大的情況下出水濃度有大幅降低，取得了很好的處理效果，有效的降低了對入水河流的污染，改善了水環境質量。

表5 城南污水處理廠提標改造前后進、出水水質平均值 mg/L

4 結語

太原市城南污水處理廠提標改造工程在保持處理規模、占地面積基本不變的條件下，采用在改良A/A/O好氧反應區投加懸浮填料的工藝，增大了生物池的污泥濃度，有效減小了生物池的池容，且該工藝還具有耐沖擊負荷、節省碳源等優點。本工程充分利用現有用地，土建工程量少，施工周期短，有效的解決了當前污水廠用地緊張的問題。通過污水廠改造前后運行效果的分析可知，改造后出水COD、氨氮、總磷濃度都明顯降低，穩定達地表水Ⅴ類標準，其余指標穩定達一級A排放標準。實踐證明，該工程改造經濟合理，技術可行，對同類型項目升級改造有一定參考意義。