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展，水環境污染問題日趨嚴重。2015年4月國務院發布“水十條”明確現有城鎮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，甚至優于一級A標準。根據《城鎮水務統計年鑒(2020)》統計數據可知，至2019年，全國1 522座城鎮污水處理廠中出水水質達到一級A標準的污水處理廠數量占比為77%，規模占比為87.63%。

烏市某污水處理廠總處理規模為40萬m3/d，共分兩期建設，分別于1997年和2009年投產運行。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為國家《城鎮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穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

1 污水處理廠現狀概況

根據多年運行數據可知，污水處理廠出水水質除氮、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，沼氣用于沼氣發電機及燃氣鍋爐，通過沼氣儲柜調節儲氣量后，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營，經營年限為23年，經營期至2028年；外資公司經營期內污水處理廠出水水質考核指標不作改變。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

為了便于整體協調、操作及管理，節省投資，提標工程廠址確定在污水處理廠北側，和現狀污水廠毗鄰相建。

2.2 設計進、出水水質

提標工程設計進水水質結合現狀污水處理廠設計及實測出水水質取值；出水水質達到《城鎮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穩定達標。因此，外加碳源選擇時需考慮經濟成本，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，設置甲醇泄漏監測報警裝置，甲醇系統距周邊建筑物距離滿足相關規范要求等措施，確保甲醇系統安全運行。

2.4 工藝方案

針對烏市地處高緯度寒冷干旱地區的特點和污水處理廠設計出水水質要求，本工程工藝方案不但具有占地省、投資小、經濟、安全可靠的特點，而且該工藝在冬季低溫環境下依然有較好的處理能力，能夠保障出水水質達標穩定。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等雜質進入濾池，有效減少濾池的反沖洗次數，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，沉淀區水力負荷為8.2～11.5 m/h。

PAC和PAM制備及投加系統單獨設置在加藥間，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

甲醇儲存系統：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，池中填砂，池內設集水井并配置液位監測儀，可監測甲醇儲罐泄漏。

甲醇投加系統：投加間設在地上，設置4臺計量泵，單臺投加量為659 L/h，房間內易泄露甲醇的部位設置甲醇檢測報警器，隨時監測泄漏情況，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

為減少泥渣對外排放，減少環境污染，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，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，現已投產運行6年，其出水水質達到《城鎮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于設計標準，2020年1月—12月該工程進、出水水質的平均值、最高值和最低值數據如圖4、圖5所示。

圖4 進水水質Fig.4 Water Quality of Influent

圖5 出水水質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 結論

(3)此外，建議針對烏市再生水利用現狀，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、磷在內的其他造成水體富營養化的可溶有機物。