低溫低碳條件下污水處理廠提標改造
——以烏市某污水處理廠為例

李 建，王 磊，王海梅，馬小蕾，劉海茹，雷克剛

(中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

近年來全國各城市快速發(fā)展，水環(huán)境污染問題日趨嚴重。2015年4月國務院發(fā)布“水十條”明確現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設施要因地制宜進行改造[1]，要求2020年底前達到相應排放標準或再生利用要求。隨后，北京、天津、浙江等發(fā)達城市頒布了地方標準，對污水處理廠出水污染物排放要求更嚴格，尤其對氮、磷指標提出了更高的要求，甚至優(yōu)于一級A標準。根據(jù)《城鎮(zhèn)水務統(tǒng)計年鑒(2020)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，至2019年，全國1 522座城鎮(zhèn)污水處理廠中出水水質(zhì)達到一級A標準的污水處理廠數(shù)量占比為77%，規(guī)模占比為87.63%。

烏市某污水處理廠總處理規(guī)模為40萬m3/d，共分兩期建設，分別于1997年和2009年投產(chǎn)運行。污水處理工藝采用AB兩段活性污泥法，工程建設時設計出水水質(zhì)為國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)二級標準，且氮、磷不做處理。目前，污水處理廠出水水質(zhì)不能滿足國家要求，需對其進行提標改造，由于資金問題等，污水處理廠提標工程計劃分三期逐步實施。

本文主要介紹了該污水處理廠一期提標工程設計方案，一期提標工程設計規(guī)模為20萬m3/d，工藝采用“兩級曝氣生物濾池+高密度沉淀池+UV消毒”。提標工程投入運行后出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

1 污水處理廠現(xiàn)狀概況

根據(jù)多年運行數(shù)據(jù)可知，污水處理廠出水水質(zhì)除氮、磷外，CODCr、BOD5、SS等均達到二級排放標準。

原污水處理廠設計規(guī)模共40萬m3/d，污水處理工藝為AB兩段活性污泥法，污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Flow of Wastewater Treatment

污泥處理采用機械濃縮、一級中溫消化、機械脫水方案，沼氣用于沼氣發(fā)電機及燃氣鍋爐，通過沼氣儲柜調(diào)節(jié)儲氣量后，多余沼氣自動點燃沼氣火炬在大氣中燃燒，污泥處理工藝流程如圖2所示。

圖2 污泥處理工藝流程Fig.2 Process Flow of Sludge Treatment

污水處理廠以下存在問題。

(1)污水處理廠由外資公司特許經(jīng)營，經(jīng)營年限為23年，經(jīng)營期至2028年；外資公司經(jīng)營期內(nèi)污水處理廠出水水質(zhì)考核指標不作改變。因此，提標工程的實施不能在原廠進行，且不能影響原廠的正常運行。

(2)污水處理廠采用AB法，對CODCr、BOD5去除效果較好，對TN幾乎沒有去除效果[3]；其出水C/N小，可生化性較差，碳源嚴重不足。為確保提標工程出水水質(zhì)達標，需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行；合理選擇碳源、降低運行成本是本次提標工程的重點。

2 提標工程設計方案

2.1 工程選址

為了便于整體協(xié)調(diào)、操作及管理，節(jié)省投資，提標工程廠址確定在污水處理廠北側(cè)，和現(xiàn)狀污水廠毗鄰相建。

2.2 設計進、出水水質(zhì)

提標工程設計進水水質(zhì)結(jié)合現(xiàn)狀污水處理廠設計及實測出水水質(zhì)取值；出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，取值如表1所示。

表1 設計進、出水質(zhì)Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

2.3 碳源選擇

本工程需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行，可保證出水TN穩(wěn)定達標。因此，外加碳源選擇時需考慮經(jīng)濟成本，同時兼顧安全性。本工程選擇甲醇作為碳源，具有運行成本較低的特點，但甲醇遇熱源和明火有燃燒和爆炸的危險[4]。因此，設計時采取甲醇儲罐埋地、甲醇投加間及甲醇儲罐，設置甲醇泄漏監(jiān)測報警裝置，甲醇系統(tǒng)距周邊建筑物距離滿足相關規(guī)范要求等措施，確保甲醇系統(tǒng)安全運行。

2.4 工藝方案

針對烏市地處高緯度寒冷干旱地區(qū)的特點和污水處理廠設計出水水質(zhì)要求，本工程工藝方案不但具有占地省、投資小、經(jīng)濟、安全可靠的特點，而且該工藝在冬季低溫環(huán)境下依然有較好的處理能力，能夠保障出水水質(zhì)達標穩(wěn)定。本工程通過綜合比選后選擇“兩級曝氣生物濾池+高密度沉淀池”工藝，污水及污泥處理工藝流程如圖3所示。

高密度沉淀池主要目的是去除SS以及TP。混凝池、絮凝池與高密池沉淀池合建，設置在高密度沉淀池前端。在混凝池、絮凝池分別投加混凝劑及絮凝劑，可加快混合及絮凝的速度；經(jīng)過反應后的污水從高密池斜板底部流入，并向上流動，沉淀池出水在頂部翻過收水堰至集水槽出水。

2.5 主要建、構(gòu)筑物設計

(1)細格柵間

格柵間設置3 mm的細格柵4臺，防止污水中的纖維及頭發(fā)等雜質(zhì)進入濾池，有效減少濾池的反沖洗次數(shù)，降低運行費用。

(2)兩級曝氣生物濾池

(3)高密度沉淀池

高密度沉淀池共8座，每座高密度沉淀池前端各設置1座混凝池和絮凝池。單座混凝池容積為36 m3，單座絮凝池容積為252 m3，單座高密池直徑φ=13 m，斜管長度為1.04 m，斜管安裝角度為60°，斜板投影面積為128 m2，沉淀區(qū)水力負荷為8.2～11.5 m/h。

PAC和PAM制備及投加系統(tǒng)單獨設置在加藥間，藥劑通過投藥泵投加至混凝池及絮凝池，濃度為10%的PAC投加量為1.2 kg/m3，PAM投加量為0.6～1.2 mg/L，制備濃度為2 g/L。

(4)UV消毒池

消毒工藝采用紫外線污水消毒設備對污水進行消毒，該方法是物理過程，安全且接觸時間短。高密度沉淀池出水至UV消毒池，消毒后尾水排放至現(xiàn)狀渠道，本工程設置4套低壓高強紫外燈管，燈管共400根。

(5)甲醇投加系統(tǒng)

甲醇儲存系統(tǒng)：設置2個90 m3甲醇儲罐，可儲存6 d用量，甲醇儲罐設置在全地埋鋼筋混凝土池內(nèi)，池中填砂，池內(nèi)設集水井并配置液位監(jiān)測儀，可監(jiān)測甲醇儲罐泄漏。

甲醇投加系統(tǒng)：投加間設在地上，設置4臺計量泵，單臺投加量為659 L/h，房間內(nèi)易泄露甲醇的部位設置甲醇檢測報警器，隨時監(jiān)測泄漏情況，當甲醇蒸汽在空氣中的濃度達到其爆炸下限的2.0%～2.5%時(即濃度為1.5%)，便發(fā)出聲光信號報警，以提示運維人員盡快進行排險處理。

(6)污泥系統(tǒng)

為減少泥渣對外排放，減少環(huán)境污染，將高密池排放的濃縮排泥水，通過離心脫水機分離為泥餅及濾液，泥餅外運填埋，濾液可排放至廢水排放系統(tǒng)，通過提升泵回流至本廠進水。本工程配置3套脫水機，2用1備，單臺處理量為30～40 m3/h。

3 運行效果分析

提標工程于2015年年底完成，現(xiàn)已投產(chǎn)運行6年，其出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，且個別污染物指標優(yōu)于設計標準，2020年1月—12月該工程進、出水水質(zhì)的平均值、最高值和最低值數(shù)據(jù)如圖4、圖5所示。

圖4 進水水質(zhì)Fig.4 Water Quality of Influent

圖5 出水水質(zhì)Fig.5 Water Quality of Effluent

此外，烏市寒冷干燥，溫度變化大，水溫變化對CODCr的去除影響顯著。夏季水溫較高，污泥活性好，CODCr的去除效果好，出水濃度穩(wěn)定在10～12 mg/L；但在冬季水溫下降后，出水CODCr濃度上升至20 mg/L左右。這是由于冬季生物活性下降，對難降解污染物的處理效果變差。

4 結(jié)論

(3)此外，建議針對烏市再生水利用現(xiàn)狀，考慮利用再生水處理工藝進一步去除難降解有機物和包括氮、磷在內(nèi)的其他造成水體富營養(yǎng)化的可溶有機物。