重慶某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)探討

楊檳榕 崔振業(yè) 劉 穎 向 楠 李 波

(1.三峽庫區(qū)水環(huán)境演變與污染防治重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶三峽學(xué)院，重慶 404020； 2.重慶市萬州區(qū)鎮(zhèn)級(jí)污水處理有限公司，重慶 404100)

1 工程概況

隨著重慶城鎮(zhèn)人口不斷增加，污水處理廠數(shù)量和處理量逐年增加，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中居民點(diǎn)也在逐步完善污水處理設(shè)施。重慶某鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠設(shè)計(jì)污水處理能力6 000 m3/d，出水水質(zhì)達(dá)GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)排放，最終受納水體為長江。目前，該污水廠執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足長江及三峽庫區(qū)對(duì)水環(huán)境的需求，根據(jù)國務(wù)院2015年4月正式發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，針對(duì)敏感區(qū)域(重點(diǎn)湖泊、重點(diǎn)水庫、近岸海域匯水區(qū)域)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施均應(yīng)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠位于三峽庫區(qū)中心，為保護(hù)長江及三峽庫區(qū)水環(huán)境，因此對(duì)該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行水質(zhì)提標(biāo)改造迫在眉睫。

2 污水處理廠現(xiàn)狀概況及分析

2.1 污水廠基本情況

該污水廠采用的是A2/O處理工藝，設(shè)計(jì)處理量6 000 m3/d，出水水質(zhì)達(dá)GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。污泥處理采用帶式濃縮壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，脫水后污泥(含水率80%以下)外運(yùn)至專業(yè)單位進(jìn)行污泥處置。工藝流程圖如圖1所示。

該污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)情況見表1。

表1 污水廠原設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)情況表

2.2 污水廠現(xiàn)狀運(yùn)行情況

2.2.1 進(jìn)水水質(zhì)分析

通過對(duì)該污水廠2019年1月～2020年6月實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各覆蓋率對(duì)應(yīng)污染指標(biāo)濃度見表2。

表2 各覆蓋率對(duì)應(yīng)污染指標(biāo)濃度一覽表

污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)保證率比例見表3。

表3 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)保證率比例

通過以上數(shù)據(jù)分析，該污水廠進(jìn)水水質(zhì)具有下列特點(diǎn)：

1)部分主要指標(biāo)(COD，BOD5，SS，TN，NH3-N,TP)進(jìn)水濃度經(jīng)常超過工程設(shè)計(jì)值；

2)進(jìn)水水質(zhì)濃度波動(dòng)幅度明顯，不穩(wěn)定，引起的沖擊負(fù)荷較大；

3)BOD5,TN同步關(guān)系較差，造成碳氮比偏低。進(jìn)水C/N平均約為4.43；

4)BOD5/COD比值較大部分大于0.53，說明該污水廠污水可生化性好。

2.2.2 出水水質(zhì)分析

通過對(duì)該污水處理廠水質(zhì)、水量進(jìn)行分析，運(yùn)行期間出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況較好。其中COD，BOD，NH3-N基本達(dá)一級(jí)A標(biāo)，部分指標(biāo)(如TP，TN)需強(qiáng)化二級(jí)處理并增設(shè)深度處理單元，方可確保穩(wěn)定達(dá)一級(jí)A標(biāo)。特別是TN，在冬季(2018年12月～2019年3月)出水水質(zhì)常面臨超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，離一級(jí)A標(biāo)還有較大差距。各覆蓋率對(duì)應(yīng)污染指標(biāo)濃度見表4。

表4 各覆蓋率對(duì)應(yīng)出水水質(zhì)濃度一覽表

污水處理廠出水一級(jí)A標(biāo)達(dá)標(biāo)率見表5。

表5 一級(jí)A標(biāo)達(dá)標(biāo)率

2.3 污水處理工藝有效性評(píng)價(jià)

根據(jù)上述對(duì)該污水廠實(shí)際出水水質(zhì)的分析，該廠出水能夠穩(wěn)定達(dá)到原設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)(一級(jí)B標(biāo))。可以認(rèn)為，該污水廠采用的污水處理工藝是合理、有效的。污水處理廠提標(biāo)改造后出水水質(zhì)要求一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，因此，需按照一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該污水處理廠的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，并對(duì)其污水處理工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3.1 生物池參數(shù)復(fù)核

該污水處理廠設(shè)A2O生物池1座2格，設(shè)計(jì)流量Q=6 000 m3/d。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測(cè)量情況，生物池有效水深：3.6 m，總停留時(shí)間：11.80 h。

按照新的設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，采用硝化、反硝化動(dòng)力學(xué)計(jì)算公式，污泥濃度取4 g/L，水溫15 ℃，可得出缺氧區(qū)所需停留時(shí)間2.28 h，好氧區(qū)所需停留時(shí)間為9.04 h。

從計(jì)算結(jié)果來看，缺氧區(qū)現(xiàn)狀停留時(shí)間滿足一級(jí)A標(biāo)要求，后續(xù)可通過強(qiáng)化運(yùn)行管理，冬季增加有機(jī)物投加量等方式使TN達(dá)標(biāo)[1,2]；好氧區(qū)現(xiàn)狀停留時(shí)間略低于一級(jí)A標(biāo)要求，但從實(shí)際運(yùn)行效果來看，氨氮處理效果良好，因此原設(shè)計(jì)生物池設(shè)計(jì)參數(shù)基本滿足新的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的處理要求。

2.3.2 二沉池參數(shù)復(fù)核

二沉池采用中心進(jìn)水、周邊出水，平均流量時(shí)表面負(fù)荷：0.60 m3/(m2·h)。設(shè)計(jì)采用負(fù)荷較低，在設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)條件下，二沉池出水SS濃度值預(yù)計(jì)可達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，并接近一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.3 鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)復(fù)核

該污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)房配有3臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，2大1小，2用1備運(yùn)行。大鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量為27.6 m3/min，壓差0.49 bar，配套電機(jī)功率37 kW；小鼓風(fēng)機(jī)1臺(tái)，單臺(tái)風(fēng)量為15.97 m3/min，壓差0.50 bar，配套電機(jī)功率22 kW。最不利總供氣量為43.57 m3/min，平均流量氣水比10.45∶1。

按照新的設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)模6 000 m3/d進(jìn)行供氣量計(jì)算，得出最大需氧量為55.6 kgO2/h，最大供氣量20.6 m3/min，氣水比5.0∶1，可以看出原設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)考慮了一級(jí)A標(biāo)要求，滿足新的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的供氣要求[3]。

3 提標(biāo)工程工藝方案探討

3.1 污水二級(jí)處理工藝方案探討

根據(jù)對(duì)現(xiàn)狀污水處理工藝的分析，原設(shè)計(jì)采用的工藝是合理、有效的，并具有一定的抗水質(zhì)、水量沖擊的能力，能夠滿足COD，BOD，TN，NH3-N等指標(biāo)達(dá)到一級(jí)B標(biāo)。

但是由于污水廠進(jìn)水水質(zhì)碳氮比偏低，且原設(shè)計(jì)內(nèi)回流比為100%低于規(guī)范要求的200%，因此出水總氮難以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)。因此本次提標(biāo)改造工程建議增加內(nèi)回流比，當(dāng)進(jìn)水碳氮比偏低時(shí)在生物池進(jìn)水口補(bǔ)充有機(jī)物[4]。

3.2 污水深度處理工藝方案探討

3.2.1 工藝目標(biāo)

該污水廠提標(biāo)改造主要去除的污染物包括COD，NH3-N，TN，SS和TP等指標(biāo)。部分指標(biāo)需進(jìn)一步深化處理，主要包括：對(duì)TN，SS和TP等指標(biāo)的進(jìn)一步降低，以滿足污水廠達(dá)一級(jí)A標(biāo)排放的需求。

常規(guī)的處理工藝包括混凝沉淀、磁混凝、曝氣生物濾池、反硝化濾池、活性炭吸附、臭氧氧化，以及膜技術(shù)等，視處理目的和要求的不同，可以為以上工藝的組合[5]。

3.2.2 改造方案

方案一：二級(jí)處理出水→高密度沉淀池。

高密度沉淀池工藝是一種高速一體式沉淀/濃縮池，處理效率較高，能較大程度的節(jié)省建設(shè)用地。它由絮凝反應(yīng)區(qū)、推流區(qū)、沉淀區(qū)和濃縮區(qū)及污泥回流和剩余污泥排放系統(tǒng)組成，該工藝特點(diǎn)較適用于本工程水質(zhì)波動(dòng)幅度大、出水SS偏高的情況[6,7]。

方案二：二級(jí)處理出水→濾布濾池。

纖維轉(zhuǎn)盤濾布濾池是一種去除懸浮固體的過濾裝置。裝置由數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)盤同置于一個(gè)轉(zhuǎn)輥中組成，轉(zhuǎn)盤上裝有可方便拆卸的濾布。濾布的過濾孔徑10 μm，可根據(jù)出水的要求選擇不同的孔徑。纖維轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行狀態(tài)包括：過濾、反沖洗、排泥狀態(tài)。該設(shè)備缺點(diǎn)是電耗較高、對(duì)濾布清洗頻率較高[8,9]。

3.3 提標(biāo)方案比選

根據(jù)以上分析，考慮到該廠提標(biāo)最大的難點(diǎn)在于SS和TP的去除，結(jié)合當(dāng)前污水處理提標(biāo)改造常用工藝，以上兩種方案均可采用一體化設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡便，高密池占地與投資稍大于濾布濾池，不同之處在于方案一采用的高密度澄清池是目前重慶市深度處理常用的工藝，對(duì)于TP，SS的處理效果良好。且由于除磷，需要投加除磷劑，濾布濾池容易堵塞，從維護(hù)的便利性考慮，本提標(biāo)工程推薦采用方案一：二級(jí)處理出水加高密度沉淀池處理工藝。

4 提標(biāo)工程工藝設(shè)計(jì)探討

4.1 廠區(qū)平面布置

污水處理廠總平面設(shè)計(jì)中按照區(qū)域功能、進(jìn)出水方向和處理工藝要求，充分利用廠區(qū)預(yù)留用地修建深度處理區(qū)新建構(gòu)筑物。同時(shí)結(jié)合廠區(qū)地理位置、空間分布結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行布置，同時(shí)考慮便利性、經(jīng)濟(jì)性、合理性以及建筑造型、廠區(qū)綠化及與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)等因素。

4.2 廠區(qū)高程布置

該污水處理廠已進(jìn)行廠區(qū)平整，根據(jù)原設(shè)計(jì)各池體水面標(biāo)高，并考慮各構(gòu)筑物及聯(lián)絡(luò)管路水頭損失，確定本工程新增構(gòu)筑物水面標(biāo)高。由于廠區(qū)二沉池與接觸消毒池之間的水頭不足以滿足深度處理要求，因此考慮設(shè)置一座提升泵池，將二沉池出水提升至深度處理單元，處理后出水以重力流流至接觸消毒池。

4.3 工藝流程布置

該污水廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)規(guī)模為6 000 m3/d，二級(jí)處理工藝在增加藥劑投加的基礎(chǔ)上能有效去除有機(jī)物和氨氮，深度處理系統(tǒng)采用高密度沉淀池能有效保障出水TP，SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)語

該鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為6 000 m3/d，提標(biāo)改造工程在不改變總處理規(guī)模的情況下新增高密度沉淀池處理工藝進(jìn)行深度處理，能夠有效保障出水TP，SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，其余因子通過增加藥劑投加管道等技術(shù)措施使其均能穩(wěn)定達(dá)GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)排放。