西北地區生活污水處理廠提標改造方案研究
——以永登縣污水處理廠為例

馬正慧

(上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

永登縣位于甘肅中部，隸屬蘭州市管轄，是河西走廊的門戶，古絲綢之路要道，縣城海拔在2100m左右，城區坐落在莊浪河河谷沖積平川和河谷階地上。縣城年平均降雨量為290.2mm，蒸發量為1879mm，平均氣溫5.9℃，極端最高34.4℃，極端最低-28.1℃。永登縣污水處理廠位于城區以南約2km處的柳樹鄉復興村，緊鄰312國道，設計處理規模15000m3·d-1，采用CASS二級處理工藝。污水處理廠于2012年建成試運行，現日處理水量約8000m3·d-1，出水達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級B標準后，排至黃河支流莊浪河。隨著國家對污水處理廠出水水質要求的提高，永登縣污水廠急需進行提標改造，提標后出水水質滿足一級A標準。

1 污水廠水量及廠址確定

結合總規進行污水量預測，確定城區遠期(2030)污水量為2.0萬m3·d-1。污水處理廠現狀預處理構筑物規模為2.0萬m3·d-1，生物處理構筑物規模為1.5萬m3·d-1(出水一級B標準)，現實際處理量約為0.8～1.2萬m3·d-1，最大進水量已達到現有設計規模的80%，因此本次提標改造工程規模按遠期規模確定為2.0萬m3·d-1。

污水處理廠廠區內有部分預留用地，本次提標改造工程最大限度利用廠區預留用地，不新增征地。

2 污水廠進出水水質指標確定

2.1 進水水質確定

采用數理統計方法對污水廠2018年1月—2020年2月進水水質數據進行分析，以近1a數據中數值頻率≥90%的數值作為進水水質。

表1 進水水質主要指標表

2.2 出水水質確定

本工程提標改造后的尾水近期直接排放至莊浪河，遠期作為城市雜用水進行城市綠化和道路清掃。因此出水需滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級排放標準A標準及《城市污水再生利用城市雜用水水質》標準(GB/T18920-2002)中的城市綠化和道路清掃用水水質標準。一級A標準水質優于城市綠化和道路清掃用水水質。因此本工程出水執行一級A標準。

3 運行管理存在的主要問題

冬季CASS池水溫較低，污泥活性較差，處理效果較差。污水廠進水水質中NH3-N、TN含量較高，現有的CASS二級處理工藝脫氮效果差，出水NH3-N時有超標。

4 提標改造方案

污水處理廠提標改造工藝方案的確定主要取決于進出水水質及運行管理情況。因此本研究對進水水質進行分析，結合水廠運行管理存在的問題提出合理的改造方案。

4.1 進水水質分析

4.1.1 BOD5/CODCr(即B/C)比值

污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最簡便易行和最常用的方法。本工程BOD5/CODCr=136/420=0.32，屬于可生化水質。

4.1.2 BOD5/TN(即C/N)比值

C/N比值是判別能否有效生物脫氮的重要指標，C/N≥3才能有效進行生物脫氮。分析進水水質，C/N=136/73=1.86，需投加碳源提高C/N后方可進行生物脫氮。

4.1.3 BOD5/TP比值

該指標是鑒別能否生物除磷的主要指標，一般認為該值要>20，比值越大，生物除磷效果越明顯。分析進水水質，BOD5/TP=136/6.9=19.71，投加碳源后生物除磷工藝可有效進行。由于出水水質P含量標準要求較高，可根據進水水質輔以一定的化學除磷的措施以滿足出水要求。

根據以上分析，本工程適宜采用生物處理工藝，本工程處理難點在于N的去除。目前，污水中N的去除最常用的方法是通過微生物硝化—反硝化進行脫氮，而生物脫氮需要消耗大量碳源有機物，若污水中碳源有機物較少，還需另行投加碳源，較為經濟的做法是最大限度利用原水中的碳源在生物處理段進行脫氮。生物處理對氮、磷的去除效果有限，為使本工程出水達到一級A標準，本工程還需在生物處理后端增加深度處理工藝。

4.2 提標改造工藝方案

4.2.1 生物處理工藝

本工程進水水質中TN含量較高，生物處理工藝應選擇脫氮效果好的工藝。

多級多段AO工藝是對傳統的缺氧、好氧(A、O)工藝的進一步改進，由一系列缺氧段和好氧段串聯而成的新工藝[1],該工藝采用“多點進水”技術，將污水分段配入生物池，使池內形成明顯的污泥濃度梯度，平均污泥濃度大大提高(約6000～8000mg·L-1)，而出水固體負荷并不增加。在高污泥濃度下，污染物負荷降低，有利于其在生物池中的逐級去除。

圖1 多級多段AO工藝示意圖

該工藝取消了傳統A2/O工藝中的內回流，不但節省了能耗，而且保證了良好的缺氧環境，使反硝化過程更加充分，在碳源不充足情況下仍可獲得較好的除磷脫氮效果。因此，本工程選擇多段AO工藝作為本次提標改造工程生物處理工藝。

本工程為提標改造工程，經核算現狀CASS池容積不足，需要新建生物池1座，并對現有CASS池進行內隔墻改造，改造后2組生物池并聯運行。生物池主要設計參數：分級數為4級；進水流量配比為0.2∶0.25∶0.25∶0.3；污泥回流比為100%；氣水比為12∶1；混合液懸浮固體濃度為3.0～6.0g·L-1；污泥齡為25d；總停留時間為27h。

生物池出水需進行泥水分離后，方可進入深度處理工段，因此本工程需新建二沉池，采用輻流式沉淀池(中進周出)，二沉池主要設計參數如下：尺寸為?32m、H=3.6m(共2座)，池邊水深為3.0m；沉淀時間為t=4h，表面負荷為0.75m3·m-2·h-1。

4.2.2 深度處理工藝

深度處理工藝主要包括混合、反應、沉淀、過濾等工段。本次提標改造工程在廠區預留用地內建設，用地緊張，因此選擇占地較省的高密度沉淀池工藝；考慮到本工程進水氨氮及總氮指標較高，且該地區冬季水溫較低(9℃)，因此本工程采用反硝化深床濾池作為過濾工藝，以達到去除SS、TP及強化脫氮的處理效果。

4.2.2.1 高密度沉淀池

高密度沉淀池是將混合、絮凝、沉淀工藝合建在一起。原水進入混合池內進行快速機械混合后進入絮凝池，絮凝池設置導流筒，分隔出絮凝1區和絮凝2區，絮凝1區采用螺旋漿攪拌器，混合后污水與助凝劑和回流的沉淀泥渣在此進行快速絮凝，絮凝2區為水力絮凝的低速絮凝區，有利于礬花增長。絮凝后原水推流進入沉淀池，采用斜管沉淀池，設六邊形斜管。沉淀池底部為污泥濃縮區，設帶柵條的刮泥機，可以提高污泥沉淀濃縮效果。污泥濃縮區的部分污泥回流至絮凝區，以增加結晶核，減少混凝劑的耗量，提高絮凝體的密度,提高沉降速度。

圖2 高密度沉淀池工藝示意圖

混凝池設置快速攪拌機，加速混合反應；絮凝池設置慢速提升式攪拌機，并增設有導流筒，獨特的結構設計使絮凝反應進行得更完全，并將形成的礬花推流至斜管沉淀池完成泥水分離。

沉淀池底部設置污泥泵，用來完成污泥的回流和排放。回流污泥管線上安裝電磁流量計，用來控制污泥回流量和剩余污泥的排放。剩余污泥排至化學污泥集水井。

設計參數：混合池反應時間2.1min，絮凝池反應時間11.0min，沉淀池表面負荷11.30m3·m-2·h-1。

4.2.2.2 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池是集生物脫氮及過濾功能為一體的處理單元。深床濾池可實現一池多用，可過濾去除SS，同時進行生物反硝化脫氮：作為普通濾池時，主要去除懸浮固體物SS；當二沉池出水TN較高時，可作為反硝化生物濾池使用，通過補充碳源，在去除SS的同時，達到脫氮效果，實現反硝化功能。濾池反沖洗采用氣水反沖洗方式。

主要設計參數：單格濾池面積為44.65m2，共5格；石英砂濾料深度為1.83m；設計濾速為2.46m3·h-1，強制濾速為3.08m3·h-1；空床停留時間為60.96min。

設計反沖洗過程及時間：氣沖3～5min；氣水混合沖洗15～20min；水漂洗5min。

反沖洗強度：氣沖強度為110m3·h-1·m-2；水沖強度為14.7m3·h-1·m-2。

4.2.3 消毒工藝方案

污水處理工藝要采用消毒技術來最終控制出水水質。污水廠現狀采用的消毒方式為二氧化氯消毒，該工藝消毒效果穩定，因此本工程消毒工藝暫時沿用現狀二氧化氯消毒工藝。

4.2.4 廠區構筑物保溫設計

永登縣冬季氣溫低，對污水處理構筑物進行保溫設計，對所有露出地面的池體均做保溫，對所有開口構筑物均進行加蓋，減少污水冬季溫度損失。

4.2.5 污泥處理方案

污水處理廠污泥采用碟螺濃縮機機械濃縮脫水，脫水后污泥含水率達到80%左右后外運填埋。根據2007年建設部出臺的《城鎮污水處理廠污泥處置—混合填埋泥質》標準和2008年環境保護部出臺的《生活垃圾填埋污染控制標準(GB16889—2008)》，污泥混合填埋含水率應<60%。因此，污水處理廠濃縮脫水后的污泥含水率已無法達到填埋要求，需進一步降低污泥含水率。

本工程采用機械濃縮加高壓隔膜板框壓濾工藝。二沉池剩余污泥和深度處理車間的加藥污泥先進行機械濃縮將污泥含水率降至98%，然后加石灰、PAM等調理劑將污泥中的毛細水和吸附水變為自由水，并破壞微生物的細胞膜，釋放細胞內的結合水，從而改善污泥脫水效果。調理后的污泥再進行壓濾脫水，使污泥含水率降至60%以下。

5 結論

本研究以實際工程為例，對西北地區城鎮生活污水處理廠升級改造方案進行研究，針對西北地區生活污水中CODCr、氨氮、總氮高，C/N較低的特點，采用多級多段AO加二沉池加高密度沉淀池加反硝化深床濾池工藝達到提標改造出水水質要求，為西北地區生活污水處理廠提標改造設計提供合理可行的方案，促進污水處理廠水質提標改造事業的發展。