某城鎮污水處理廠“雙五”排放標準工藝路線的探討

張勇

（北控水務集團有限公司產品中心，北京100102）

引言

隨著經濟的快速發展，各地發布了越來越嚴格的排放標準。昆明市2020 年4 月發布的地方標準《城鎮污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A 標準要求CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L、氨氮≤1（1.5）mg/L、TN≤5（10）mg/L、TP≤0.05mg/L；因其TN、TP分別要求小于等于5（10）mg/L、0.05mg/L，本文簡稱為“雙五”標準。針對此排放標準，結合現有項目，分析、選擇經濟可行的工藝路線。

1 項目概況

昆明市某污水處理廠設計處理能力3萬t/d，原水以生活污水為主，基本沒有工業污水。現狀采用“粗格柵及提升泵房+配水井+細格柵及曝氣沉砂池+AAO 池+二沉池+混凝沉淀池+二級提升泵房+V型濾池+消毒接觸池”的工藝路線，現設計出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。提標改造后達到昆明市地方標準《城鎮污水處理廠主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A標準。

2 水質

2.1 提標改造前設計進出水水質

本項目提標改造前設計進出水水質見表1。

表1 原設計進出水水質

2.2 實際進出水水質

統計2019 年1 月-2020 年6 月實際進、出水水質，如表2、表3所示：

表2 2019年1月-2020年6月實際進水水質

本項目實際平均日處理量2.36萬t/d，最大日處理量3.6萬t/d，實際出水水質可以100%達到現設計出水水質（一級A標準）要求，現狀水廠出水達到“雙五”標準的達標率詳見表3。

表3 2019年1月-2020年6月實際出水水質統計

2.3 提標后設計進出水水質

根據實際進水95%涵蓋率的水質指標，同時參考原設計水質，并適當留有余量，確定本項目提標后設計進水水質，本項目提標后設計進、出水水質見表4。

表4 提標后設計進、出水水質

3 重點、難點分析

本項目出水要求比較高，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N均是本項目的去除重點、難點。

3.1 CODCr、BOD5

污水中CODCr、BOD5主要通過生物方法去除，生物方法難以去除的有機物可通過深度處理中的物理、化學或物理化學方法進一步去除。

“雙五”標準要求出水CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L。對現狀出水采集20 組數據，分析出水總CODCr和溶解性CODCr，在平均水量2.33萬t/d的情況下，此水量折算生化池實際停留時間12.9h，出水總CODCr的最大值為34mg/L，溶解性CODCr均在20mg/L 以下，溶解性CODCr平均占比為70%，分析結果見圖1。

圖1 出水總CODCr和溶解性CODCr化驗結果

圖1 表明現狀出水總CODCr雖已經降低到了很低的水平，但不能穩定達到“雙五”標準的要求，而出水溶解性CODCr濃度能滿足“雙五”標準。因此，在深度處理中可通過去除大部分非溶解性CODCr和部分溶解性CODCr以保證出水有機物達標。

3.2 TP

本項目現狀出水中95%涵蓋率TP濃度為0.23mg/L，提標后要求TP≤0.05mg/L。現采用的“生物除磷+混凝沉淀池化學除磷+過濾”組合工藝，一般可處理到TP≤0.1mg/L，不滿足本項目出水要求，需選擇更高效的除磷工藝。

3.3 TN和NH3-N

本項目AAO 實際出水總氮的95%涵蓋率和最大值分別為9.6 mg/L、15mg/L，出水氨氮95%涵蓋率和最大值分別為2.1mg/L、4.9mg/L；“雙五”標準要求總氮處理到5（10）mg/L、氨氮1.0（1.5）mg/L。本項目要求TN 和氨氮的去除率分別達到85.7%和96%，僅靠一級AAO生化池難以達到“雙五”標準，需要設置深度脫氮工藝和強化硝化功能。

4 工藝路線選擇及主要工藝參數

4.1 預處理

預處理現狀出水采用“粗格柵+提升泵房+配水井+細格柵+曝氣沉砂池”工藝，其中，粗格柵采用鋼絲繩牽引式格柵除污機，細格柵采用回轉式細格柵。

預處理的主要目的是保證后續構筑物的正常運行。本項目生化系統擬改造為MBBR（移動床生物膜反應器）工藝，污水中的毛發和纖維狀物質會對MBBR 填料的攔截系統造成堵塞。為了保證MBBR系統的正常運行，本次提標將細格柵更換為內進流孔板格柵，孔隙選用3mm，截留毛發和纖維狀物質，減少攔截系統的堵塞。

4.2 生化處理

AAO 生化池現狀設計停留時間為10h，其中：厭氧區1.5h，缺氧區2.5h，好氧區6h。本項目要求CODCr、BOD5、TP 、TN、NH3-N 的去除率均比較高，盡量在AAO生化池提高上述指標的去除率，強化生化池的處理能力，減小后續處理的負擔。

本項目實際運行水溫≥13℃。在設計水溫13℃時，計算生化池各段所需的水力停留時間為：厭氧區1.5h，缺氧區3.0h，好氧區8.5h，總停留時間13h。由于本項目占地有限，沒有條件新建生化池，建議在生化池中投加MBBR 填料，通過增加生物量提高生化池處理能力。

設計將好氧區分割出1h池容作為缺氧/好氧可調節區，在進水水質不同時，可實現好氧和缺氧兩種工況切換。提標后生化池各段的停留時間為：厭氧區1.5h，缺氧區2.5h，缺氧/好氧可調區1h，好氧區5h。在好氧池投加MBBR填料，投加量為好氧池池容的10%～15%；設計AAO 出水TN 為10mg/L，TN 去除率71.4%，硝化液回流比250%。

若新建項目，建議優先采用多級AO工藝，提高生化池脫氮能力，減小深度脫氮的壓力。

4.3 深度處理

經過生化處理后，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N等指標仍達不到“雙五”標準，需對其進行深度處理。

4.3.1 TN和NH3-N

本項目設計進、出水TN 分別為35mg/L 和5mg/L，脫氮率85.7%，AAO 生化池一般脫氮率為75%～80%。在池容充足的情況下，若使脫氮率達到85.7%，總回流比需要600%，如此高的回流比不僅能耗高，而且還會帶回大量溶解氧到缺氧池，破壞缺氧環境，從而使反硝化難以進行。

為了提高系統的脫氮能力，擬采用“DN生物濾池+C/N 生物濾池”組合工藝，C/N 生物濾池出水回流至DN 生物濾池前端。在DN 生物濾池投加碳源，與AAO系統出水和C/N生物濾池回流來的硝態氮發生反硝化作用形成氮氣去除。在此過程中，CODCr、BOD5也會進一步降低，在C/N 生物濾池中，還可確保投加的碳源充分降解，避免了碳源超量投加導致出水CODCr和BOD5超標。

設計“DN生物濾池+C/N生物濾池”組合工藝進、出水TN 分別為10mg/L、5mg/L，TN 去除率50%，“DN 生物濾池+C/N 生物濾池”組合工藝出水氨氮可以降低到1mg/L 以下，滿足本項目需求。

DN生物濾池設1座分為4格，單格尺寸L×B×H=7×8×7m，選擇粒徑為4～6mm 陶粒濾料，濾料填充高度3m，設計表面水力負荷8.37m/h（含回流），空床水力停留時間21.5min。C/N生物濾池設1座分為6格，單格尺寸L×B×H=7×8×7.5m，選擇粒徑為3～5mm 陶粒濾料，濾料填充高度3.5m，設計表面水力負荷3.7m/h（不含回流），空床停留時間37.8min，設計回流比50%，曝氣氣水比1.5:1。

DN 生物濾池和C/N 生物濾池反沖洗均采用氣-水聯合反沖洗，并共用沖洗設備，其中氣沖洗強度采用15L/(m2·s)，水沖洗強度采用5L/(m2·s)。

4.3.2 TP

污水中磷去除的方法主要有生物除磷和化學除磷兩種。本項目現采用“生物除磷+混凝沉淀池化學除磷+過濾”工藝，其方法是通過生物除磷去除大部分磷，在混凝沉淀池投加鋁鹽或鐵鹽形成金屬磷酸鹽沉淀而進一步去除，污水中懸浮物也會吸附一部分磷，通過過濾去除部分SS，吸附在SS上的磷會隨過濾而去除。但是實際使用中發現這種工藝很難滿足出水TP≤0.05mg/L的要求。

經中試試驗，污水經生物除磷后，采用“高效氣浮+砂濾”工藝，高效氣浮進水TP 濃度在0.5～1.2mg/L 時，投加80～100mg/L 聚合氯化鋁（28%有效含量）可以將出水中總磷穩定的控制在0.05mg/L以下。因此，本項目建議采用“高效氣浮+V型濾池”工藝實現TP的深度去除。

高效氣浮池采用部分加壓溶氣氣浮，設1座分2系列，固液分離區表面負荷16m/h，單格固液分離區尺寸L×B×H=6×6.5×4.5m；設計回流比12%，回流泵設3 臺，2 用1 備，單臺流量75m3/h，揚程65m。

V 型濾池利舊原有構筑物，設計濾速7.44m/h，強制濾速10m/h。

4.3.3 CODCr、BOD5

由于“雙五”標準要求出水CODCr和BOD5濃度極低，通過“AAO 生化池”和“DN 生物濾池+C/N生物濾池”處理后可生化的有機物基本去除；通過氣浮工藝還能進一步去除部分CODCr、BOD5，但仍有達標風險，這就需要對污水中的有機物進一步處理。

根據前述分析，經過一系列生化、深度脫氮除磷和過濾等工藝處理后，水中的有機物以難降解的溶解性CODCr為主，且濃度接近排放標準，但仍有達標風險，可設置臭氧接觸氧化工藝，用以對氣浮池出水中的有機物進一步去除，作為出水的保障措施，以保證出水CODCr和BOD5達標。

臭氧接觸氧化池設1 座分2 系列，設計水力停留時間45min，臭氧投加量15mg/L；單格臭氧接觸池尺寸L×B×H=25×4×6.3m，有效水深5.5m。設置臭氧發生器3 臺，2 用1 備，單臺臭氧制備能力10kg/h。

綜上所述，本項目建議采用的工藝流程圖見圖2：

圖2 工藝流程框圖

5 工程效益分析

本項目的工程內容主要有：細格柵更換為內進流孔板格柵，在AAO 池投加MBBR 填料，改造二級提升房，新建DN 生物濾池、C/N 生物濾池、三級提升泵房、高效氣浮池、高效氣浮池加藥間、臭氧接觸氧化池、臭氧發生車間、鼓風機房及配電間等。上述工程內容直接工程費約7500 萬元，噸水直接工程費2500 元。本項目新增原材料和動力費0.759 元/噸水，其中藥劑費用約0.57 元（含液氧）/噸水，新增噸水電耗約0.3kWh。

6 結論和建議

6.1 結論

結合昆明某污水廠現狀實際情況，采用“粗格柵+提升泵房+配水井+內進流孔板細格柵+曝氣沉砂池+MBBR 生化池+二沉池+二級提升泵房+DN 生物濾池+C/N 生物濾池+三級提升泵房+高效氣浮池+臭氧接觸氧化+V型濾池+消毒接觸池”工藝可以穩定達到昆明“雙五”排放標準。

6.2 建議

本項目動力和原材料成本中藥耗約占75%，藥劑主要用于脫氮、除磷和去除有機物。為了節省運行成本，從設計角度考慮，如果是新建項目，可以將生化池設計成五段巴顛甫工藝并設置多點進水，充分利用污水中的有機物，在生化池提高TN 和TP 的去除率，減少后續因脫氮除磷投加碳源和混凝劑的量。從運營角度考慮，控制曝氣量，保證好氧池硝化徹底并不過量曝氣；DN 生物濾池中投加的碳源應選擇更容易分解的乙酸鈉，并考慮設置自動投加系統，根據出水TN實時調整投加量，避免過量投加碳源，以降低運行成本。