某污水廠提標改造工程工藝方案及設計要點

白 生 云

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

改造前污水處理廠采用改良A2/O+接觸過濾工藝，一期工程于2010年7月正式投產運行，污水廠排放標準執行GB 18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中的一級A標準，出水最終進入汾河。根據山西省水污染治理工作領導小組辦公室于2017年9月4日發文件：晉水防辦發[2017]25號關于印發《山西省水污染防治工作方案實施情況考核規定》(修訂稿)的通知要求：現有城鎮污水處理設施，要因地制宜進行改造，2017年年底前達到一級A排放標準或再生利舊要求。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。為此，實施了提標改造工程。

1 進出水水質及規模確定

污水廠設計進、出水水質及規模是污水處理廠設計基礎數據。進水水質指標濃度頻率分布曲線基本符合正態分布規律,可以依據統計學原理進行分析[1]，本項目采用90%的保證率確定進水水質。通過對近兩年的全年及采暖期進水水質數據的統計分析，綜合確定進水水質，出水水質則依據相關政策要求確定，具體水質統計數據及對比表見表1。依據2016年總體規劃評估報告中現狀建設規模及人口數據，采用城市單位人口綜合用水量指標法預測污水量[2]，將污水廠處理規模由現狀4.0萬m3/d調整為3.0萬m3/d。

表1 水質分析數據及對比表 mg/L

2 改造工藝方案的確定

根據改造前出水水質數據及運行情況，可知存在TN不能穩定達標，深度處理單元運行故障多等主要問題。通過對現狀生物池改造、增加混凝沉淀構筑物、增強化學除磷能力以及更換運行不正常的設備實現水質穩定達標。

2.1 生物處理工藝的確定

污水處理工藝的選擇應充分考慮技術的可行性，經濟的合理性，對污水水質水量的適應性，運行的穩定性等多種因素，經綜合考量后確定。通過比較常用于污水廠提標改造工程的Bardenpho工藝、多段AO工藝、MBBR工藝及MBR工藝等生物處理工藝，認為Bardenpho工藝具有脫氮效果好，出水不經過濾，TN可以達到3 mg/L～5 mg/L，第二缺氧池可利用微生物內源代謝物質和慢速降解底物進行反硝化，節省碳源等優點[3]。結合本工程具體情況，本次提標改造參照五階段Bardenpho工藝進行改造，將原生物池由改良A2/O改造為六段脫氮除磷工藝，即保留原前置反硝化區、厭氧池及缺氧池，將原好氧池劃分為第一好氧池、第二缺氧池及第二好氧池。

2.2 深度處理工藝的優化

接觸過濾工藝簡單，過濾周期長，運行費用低，適用于夏季二級出水水質較好時的深度處理，但總體去除效率不如微絮凝過濾及混凝沉淀過濾工藝，尤其是冬季出水不能穩定達標。為了獲得較為優質的出水且系統有較強的緩沖能力，污水深度處理工藝采用混凝+沉淀+過濾工藝方案。針對現狀污水廠內采用接觸過濾缺少絮凝沉淀單元，增加絮凝沉淀單元。由于用地受限，選用高效反應沉淀池。

2.3 除磷工藝的改進

根據藥劑投加點和混凝劑特點的分析及當地污水處理廠運行經驗，結合污水處理進出水水質及污水處理工藝選擇情況，采用同步沉析與后置沉析相結合的除磷工藝[4]，同步沉析采用聚合硫酸鐵(PFS)混凝劑投加至生物池出水端將TP降至1.0 mg/L，后置沉析投加選用混凝劑PAC與助凝劑PAM，投加至深度處理混合池及絮凝池，進一步將TP處理達標。

3 工藝設計

工藝設計部分介紹重點改造部分，包括現狀生物池改造、新增高效沉淀池及新增綜合加藥間的功能原理、設計參數及主要設備選型。

3.1 現狀生物池改造

利舊現狀生物池，將原來改良A2/O工藝改造為前置反硝化區、厭氧區、缺氧區Ⅰ、好氧區Ⅰ、缺氧區Ⅱ和好氧區Ⅱ，其中前置反硝化區用于去除回流污泥中富含的硝酸鹽，以降低或消除硝酸鹽對厭氧區釋放磷的影響；厭氧區的主要功能是釋放磷，同時部分有機物進行氨化；缺氧區Ⅰ利舊污水中原有的碳源進行反硝化脫氮；好氧區Ⅰ用于去除原水中的BOD、除磷及硝化；缺氧區Ⅱ通過投加外碳源進行反硝化脫氮，將總氮處理至達標水質；好氧區Ⅱ主要用于處理缺氧區Ⅱ反硝化剩余的有機物。

1)主要設計參數。設計水溫10 ℃，好氧區設計污泥齡10.7 d，污泥總產率系數1.0 kgVSS/kgBOD5，污泥外回流比100%，混合液內回流比150%，污泥濃度4 000 mg/L，污泥負荷0.09 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，脫氮速率0.032 kgNO3-N/(kgMLSS·d)。總水力停留時間26.02 h，其中前置反硝化區水力停留時間3.13 h，厭氧區水力停留時間2.4 h，缺氧區 Ⅰ 水力停留時間7.29 h，好氧區 Ⅰ 水力停留時間8.00 h，缺氧區 Ⅱ 水力停留時間4.18 h，好氧區 Ⅱ 水力停留時間1.00 h。

2)主要設備參數。前置反硝化區：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；厭氧區：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；缺氧區Ⅰ：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；好氧區Ⅰ：管式曝氣器，規格φ65，L=1 000 mm，1 664根(新增)；內回流穿墻泵，4臺，流量Q=950 m3/h，揚程H=1.0 m，功率N=7.5 kW；缺氧區Ⅱ：管式曝氣器，規格φ65，L=1 000 mm，560根(新增)；潛水推進器，6套，D=1 800，電機功率N=3 kW(變頻控制)；好氧區 Ⅱ：管式曝氣器，規格φ65，L=1 000 mm，240根(新增)。

3.2 新建高效反應沉淀池

由反應、預沉、濃縮及斜管沉淀等反應單元組成，在此構筑物中從低速反應區到斜管沉淀區礬花能保持完整，并且產生的礬花質均密度高，在斜管沉淀高密度礬花得到很好的沉淀。

1)主要設計參數。

混合室：2座，有效容積37.5 m3(單格)，速度梯度450 s-1；絮凝反應區：2格，有效容積：162.5 m3(單格)，反應時間10 min，直徑2.7 m；沉淀區：2格，表面負荷12 m3/(m2·h)，沉淀池入口流速0.013 5 m/s，污泥回流比2%，污泥濃縮時間8 h。

2)主要設備參數。

絮凝攪拌器，2臺(變頻)，電機功率7.5 kW；絮凝反應筒，2套，直徑2 700 mm；快速攪拌機，2臺，功率11 W；中心傳動污泥濃縮機，2臺功率，直徑11 m，N=1.5 kW；螺桿泵，6臺(污泥循環2臺，污泥排放2臺，各備用1臺，均采用變頻)，最大流量40 m3/h，揚程20 m，功率7.5 kW；斜管長度1 m，斜管傾角60°，斜管內徑φ=80 mm。

3.3 新建綜合加藥間

將乙酸鈉投加系統、聚合氯化鋁投加系統及聚丙烯酰胺投加系統，新建一座綜合加藥間。聚合硫酸鐵投加系統利舊現狀加藥間內設備。綜合加藥間是污水處理廠的一個重要處理單元，本次改造工程中，根據工藝要求，需向污水中投加碳源、混凝劑及助凝劑等：由于污水進水碳氮比較低，需要投加外碳源來滿足生物脫氮的需求，提高總氮去除率；由于二級生物處理對磷的去除效果有限，因此必須輔以化學除磷，在生物池末端需投加混凝劑聚合硫酸鐵(除磷劑)，使藥劑與水中的磷酸鹽反應形成較大的絮體，便于從水中分離；深度處理段需向高效反應沉淀池提供所需的混凝劑聚合氯化鋁及助凝劑聚丙烯酰胺(陰離子型)。

3.3.1乙酸鈉投加系統

乙酸鈉作為生物脫氮所需的外碳源。

1)主要設計參數。

設計投量140 mg/L；每日設計投量(無水乙酸鈉純度按99%計)：4 270 kg/d；原料液濃度：33%；投加點：生物池缺氧區Ⅰ、缺氧區Ⅱ。

2)主要設備參數。

乙酸鈉儲罐，2座，直徑3 350，高4 m(水深3.65 m，超高0.35 m)，總容積35.2 m3(有效容積32.2 m3)；乙酸鈉進料泵(磁力泵)，1臺，流量Q=15 m3/h，揚程H=20 m，功率N=2.2 kW；乙酸鈉投加泵(隔膜式計量泵)，2臺(1用1備)，單臺流量Q=200 L/h～1 000 L/h，單臺揚程H=40 m，單臺功率N=0.75 kW；在線稀釋裝置，1套，將藥液稀釋至10%。

3.3.2聚合氯化鋁(PAC)投加系統

1)主要設計參數。

混凝劑設計投量：20 mg/L；混凝劑每日設計投量(Al2O3含量以29%計)：600 kg/d；配置濃度：10%；每日配置次數：2次；投加點：高效沉淀池混合池。

2)主要設備參數。

PAC溶解箱：1座，直徑1 200，高度1.5 m(其中超高0.35 m)V=1.5 m3，N=0.75 kW；PAC溶液箱：2座，容積V=1.7 m3，N=0.75 kW；PAC投加泵(隔膜式計量泵)：2臺(1用1備)，單臺流量Q=100 L/h～500 L/h，單臺揚程H=40 m，單臺功率N=0.75 kW。

3.3.3聚丙烯酰胺(PAM)投加系統

投加的絮凝劑選擇陰離子型。

1)主要設計參數。

絮凝劑設計投量：1 mg/L；絮凝劑每日設計投量(純度以90%計)：33.3 kg/d；配置濃度：0.3%；稀釋濃度：0.1%；每日配置次數：1次；投加點：高效沉淀池內絮凝區。

2)主要設備參數。

一體化PAM加藥裝置：1臺，投藥能力2 kg/h～10 kg/h，功率N=5 kW；PAM投加泵(隔膜式計量泵)2臺(1用1備)，單臺流量200 L/h～1 000 L/h，揚程H=40 m，功率=0.75 kW；在線稀釋裝置1臺，輸入藥液濃度0.3%，輸出藥液濃度0.1%。

4 結語

1)采用統計學原理對近兩年進水水質分析，由此確定進水水質，依據最新總規評估成果重新合理確定規模，充分利用現狀生物池重新劃分功能區，實現快速提標改造。

2)補齊深度處理單元短板，采用積極穩妥的混合、絮凝及沉淀三段法，增加了占地面積小運行效果好的高效沉淀池。

3)基于單一后置除磷達到標準不穩定的實際，采用步沉析與后置沉析相結合的除磷工藝，實現出水TP穩定達標。