污水處理廠提標擴建工藝研究

金洛楠，沈德平，梅竹松，樓 丹

（杭州市城鄉建設設計院股份有限公司，杭州 310004）

德清縣某污水處理廠提標擴建工程設計規模為4 萬m/d，現狀規模為2 萬m/d，采用一級處理+改良式序列間歇反應器（MSBR）+芬頓氧化+混凝沉淀過濾+二氧化氯消毒工藝，出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。按照浙江省城鎮污水處理廠清潔排放要求，該污水處理廠出水水質需要執行《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169—2018）。目前，該污水處理廠進水量接近滿負荷，即將不能滿足日益增長的污水處理需求。因此，有必要對該污水處理廠進行提標擴建。經設計，提標擴建可新增處理能力4 萬m/d 的預處理設施、上流式污泥床-過濾器（UBF）水解酸化池、處理能力2 萬m/d 的厭氧-缺氧-好氧（AO）/缺氧-好氧（AO）生化池、芬頓反應塔和纖維轉盤濾池等。

1 污水處理廠運行現狀

1.1 水質與水量

該污水處理廠2019年1—10月進水與出水水質如表1所示，11月現場新增的芬頓氧化工藝投運，2019年11月至2020年6月進水與出水水質如表2所示。2019年，全年平均水量為17 068 m/d，最大日處理水量為25 000 m/d，出水水質達到一級A 標準。主要監測指標有化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、總氮（TN）、氨氮（NH-N）、總磷（TP）和懸浮物（SS）。

表1 2019年1—10月進水與出水水質

表2 2019年11月至2020年6月進水與出水水質

1.2 處理工藝

該污水處理廠一級處理采用粗格柵及提升泵房+細格柵及旋流沉砂池+水解池+初沉池；二級處理采用MSBR 池；三級處理采用芬頓氧化+混凝沉淀+V形濾池+二氧化氯消毒。污泥脫水采用帶式脫泥機，污泥含水率為80%。

2 提標擴建工程設計

2.1 設計水質與水量

本項目設計總規模為4 萬m/d，其中，一期規模（現狀規模）為2 萬m/d（提標改造），二期規模為2 萬m/d（擴建）。設計進水與出水水質如表3所示。

表3 設計進水與出水水質

2.2 技術難點及對策

該污水處理廠進水以工業廢水為主，占比為60%，其主要來源于紡織印染、化工、金屬加工和食品加工等行業。下面分析技術難點，并提出對策。

一是一期污水處理廠經歷3 次建設，現狀設施布置需要優化，同時二期新增建設用地12 121 m，形狀不規則，用地緊張。因此，整體梳理一、二期構筑物，拆除部分一期設施，與二期合并重建。二是加藥設施缺少統一規劃，芬頓藥劑庫內儲藥罐布置擁擠，存在安全隱患。因此，有必要新建加藥間。三是水質變化較大。隨著工業園區的發展，工業廢水占比增加，水質沖擊負荷大，不可生化降解的COD存在不確定性。因此，增加調節池、反應初沉池以及芬頓氧化設施。四是2019年11月芬頓流化床投用后，出水僅氮氨不能滿足要求，但進水TN及氨氮濃度呈上升趨勢。此外，水解酸化池暫時作為反硝化池使用，改造后將其拆除。因此，MSBR 池增加缺氧池水力停留時間，主曝區增加移動床生物膜反應器（MBBR）填料，強化脫氮效果。

項目建設期間需要保證污水處理廠一期設施穩定運行。因此，將建設與運行有機結合，分步實施。首先，建設一級處理設施，實現進水切換；然后，拆除一期一級處理設施，建設二期二級處理設施及部分三級處理設施；最后，拆除現狀加藥間，建設二期三級處理設施。總體來看，提標擴建工藝流程如圖1所示。

圖1 提標擴建工藝流程

2.3 預處理

新建處理能力4 萬m/d 的一級處理設施，包括粗格柵及提升泵房、細格柵及旋流沉砂池、調節池及反應初沉池、UBF 水解酸化池。調節池與反應初沉池上下疊建。調節池水力停留時間為7.4 h，反應池水力停留時間為25 min，平流沉淀池表面負荷為1.6 m/（m·h），設超越管。UBF 水解酸化池池深為8.4 m，總水力停留時間為11 h，上升流速為0.7 m/h，內設5 100 m彈性填料。

2.4 二級處理

改造一期處理能力2 萬m/d 的MSBR 池，改造前，單座MSBR 池總水力停留時間為25.4 h，其中，缺氧池1 為1.5 h，厭氧池為2.1 h，主曝氣池1 為3.0 h，缺氧池2 為1.5 h，主曝氣池2 為7.6 h，間歇曝氣池為9.7 h。將主曝氣池1 改造為缺氧區，在現狀主曝氣池2 中設置MBBR 區，投加生物膜懸浮載體，投配率為20%，并配套曝氣系統及進出水攔截系統，確保懸浮載體流化且不流失。改造后，從水力停留時間來看，預缺氧池為1.5 h，厭氧池為2.1 h，缺氧池為4.5 h，好氧池為7.6 h，間歇曝氣池為9.7 h。

二期新建一座AO/AO 生化池（處理能力為2 萬m/d）和平流二沉池的組合池。生化池BOD污泥負荷為0.09 kg BOD/（kg MLSS·d），從各區水力停留時間來看，厭氧池為1.5 h，缺氧池1 為5.0 h，好氧池1 為9.8 h，缺氧池2 為2.0 h，好氧池2 為1.0 h。生化池設溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、氨氮、硝態氮及pH在線監測儀表，通過控制鼓風機及電動菱形調節閥調整各區曝氣量，實現節能。相較傳統AO 工藝，AO/AO 工藝增加二級缺氧反應池和快速好氧反應池，因此具有更好的脫氮能力。本項目采用AO/AO 工藝，以應對進水TN 的增長。采用葡萄糖作為碳源，投加至缺氧池1 作為原水碳源不足的應急措施，投加至缺氧池2 保證出水TN 達標。

生化池出水利用重力進入平流二沉池，通過吸泥將污泥回流至厭氧池，剩余污泥通過重力排至污泥儲池，出水堰采用指形堰。與常規二級處理的分建模式相比，AO/AO 生化池和平流二沉池組合池占地小，水頭損失低，其不需要污泥回流泵井，能耗較低，在用地緊張的項目中較為適用。

2.5 三級處理

三級處理規模為2 萬m/d，包括芬頓反應塔、混凝沉淀池、纖維轉盤濾池及消毒接觸池等。芬頓試劑是一種高效強氧化劑，能利用酸性條件下亞鐵離子對雙氧水的催化作用，產生羥基自由基，在短時間內有效去除水中的有機物。但是，其運行費用高，產泥量較大，在污水處理廠中應用較少。

增設芬頓反應塔2 座，直徑為3.85 m，高度為12.9 m，配套硫酸、硫酸亞鐵、雙氧水藥劑投加系統。芬頓反應塔出水進入中和池及脫氣池，后至混凝沉淀池。中和池內投加液堿調節pH，脫氣池水力停留時間為20 min，中和池及脫氣池內可進行空氣攪拌，斜管沉淀池表面負荷為2 m/（m·h）。

纖維轉盤濾池設計濾速為4.0 m/（m·h），過濾網孔徑不大于5 μm，平面過濾介質抗拉強度不小于600 N/cm，單盤有效浸沒過濾面積不小于12.6 m。采用二氧化氯消毒，消毒接觸池水力停留時間為35 min，池內設回用泵進行廠區污泥脫水和加藥，設計回用率為16%。

2.6 污泥處理及除臭

新增處理規模4 萬m/d 的污泥處理系統。采用高壓隔膜板框機，絕干污泥量約為10 t/d。高壓隔膜板框機有3 臺，2 用1 備，型號為X20AZGFQDP400/1500-UK，功率為15 kW，配備1 套污泥儲倉，容積為100 m。配套石灰和鐵鹽投加系統，從每噸絕干污泥來看，石灰（干藥劑，粉末投加）投加量為150～200 kg，鐵鹽（濃度38%溶液）投加量為100～150 kg。

新增2 套處理規模3.5 萬m/d 的除臭系統，采用生物除臭。其中，1#除臭系統對粗格柵及提升泵房、細格柵及旋流沉砂池、預處理綜合池、UBF 水解酸化池、配水井進行臭氣收集和處理。2#除臭系統對生化池及二沉池（二期）、一期MSBR 生化池、一期污泥濃縮池、二期污泥濃縮池、污泥儲池、污泥脫水車間進行臭氣收集和處理。

2.7 經濟分析

本項目工程投資為23 441.73 萬元，其中，工程費用為19 288.66 萬元。運行成本為2.40 元/t，其中，芬頓氧化藥劑成本為0.72 元/t。

3 結語

該污水處理廠總設計規模為4 萬m/d，工業廢水是其進水的主要來源。預處理采用上下疊建的調節池、反應初沉池以及UBF 水解酸化池，在減少工業廢水水質、水量沖擊的同時提高原水可生化性；二級處理采用AO/AO 池和平流二沉池組合池，在提高TN 去除率及運行靈活性的基礎上，節約能耗，減少占地；三級處理采用芬頓氧化+混凝沉淀+纖維轉盤濾池過濾，進一步去除COD、TP及SS。由于一期設施的拆除，為了保證水質穩定達標，增加一期MSBR 池的MBBR改造。該工藝對水質的適應性強，處理效果佳，出水水質穩定達到《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169—2018）。