汕頭市某市政污水處理廠提標改造工藝優(yōu)化研究

郭 煒，張嘉聲

（廣東省廣業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團有限公司，廣東 廣州 510030）

0 引言

汕頭市某市政污水處理廠設計污水處理能力為10 萬 m3/d，目前出水水質(zhì)中 CODCr、BOD5、NH4+ˉN、TN、SS 均可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級 A 標準，一期出水 TP、糞大腸菌群均可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級 B 標準。根據(jù)《近岸海域污染防治方案》以及《廣東省住房和城鄉(xiāng)建設廳廣東省環(huán)境保護廳關于進一步加快敏感區(qū)域污水處理設施提標改造工作的通知》的要求，敏感區(qū)域（供水通道沿岸、重要水庫匯水區(qū)、近岸海域直接匯水區(qū)等）、建成區(qū)水體水質(zhì)達不到地表水Ⅳ類標準的城市等區(qū)域的城鎮(zhèn)污水處理設施出水應達到一級A 標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的較嚴值。汕頭市某市政污水處理廠不能滿足出水水質(zhì)目標，因此需進行水質(zhì)提標改造。

1 市政污水處理廠的現(xiàn)狀

1.1 市政污水廠的基本概況

現(xiàn)狀廠區(qū)主要構（建）筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及渦流沉砂池、完全混合型A2/O 生化池、鼓風機房、二次沉淀池、污泥泵房、儲泥池、污泥濃縮脫水車間、消毒池及尾水排放泵房。

1.2 污水廠提標水質(zhì)目標

根據(jù)相關要求，出水的排放執(zhí)行廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二時段一級標準和國家標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級 A 標準中的較嚴值。根據(jù)本工程設計進水水質(zhì)和出水水質(zhì)，污水處理程度如表1 所示。

表1 污水處理程度

2 提標改造方案比選

在現(xiàn)實的城市污水提標改造過程中，往往因為單純的某項處理技術很難徹底滿足一級A 排放標準或再生水水質(zhì)的要求，所以需要各種污水處理技術的合理組合，而這些結合又與各處理單元之間的互容性以及在經(jīng)濟上的可行性直接相關[1]。根據(jù)本工程用地面積受限的特殊性以及進水水質(zhì)特點和出水水質(zhì)要求，本著投資合理、運行費用經(jīng)濟、水質(zhì)安全可靠的原則，從上述諸多工藝中篩選出同樣具有除磷脫氮和提標功能的“混凝—沉淀—過濾（混凝沉淀過濾工藝）”“微孔膜過濾（微孔膜過濾工藝）”“膜生物反應器工藝”作為本工程的備選方案，進行技術經(jīng)濟綜合分析，優(yōu)化方案。

2.1 混凝沉淀過濾工藝

在城市污水提標改造中，向二次處理后的尾水投加混凝劑和助凝劑，以破壞水里膠狀顆粒的平衡態(tài)，在特定水力條件下，利用膠狀及其微粒之間的互相沖擊和凝聚，而產(chǎn)生易在水面析出的干絮物[2]，隨后，在濾池處理中流經(jīng)多孔介質(zhì)或濾網(wǎng)做進一步的固液混合物分離。城市再生水廠中使用的“二級處理—混凝—過濾—殺菌”這一基本工藝流程比較多，而當前國內(nèi)外的城市污水回用工程中也多使用該基本工藝流程。

2.2 微孔膜過濾工藝

近年來，微孔膜過濾技術開始應用，其出水效果尤其是濁度、SS、氨氮含量、細菌等均高于常規(guī)方法，是因為微濾膜有相對完整、均衡的多孔結構。微過濾的基本原理是篩網(wǎng)狀過濾技術，在高靜壓差情況下，低于微濾膜孔徑的雜質(zhì)將被攔截在微濾膜表面上，對大小不同的組分進行了隔離。由于微孔過濾技術在國外的廢棄物再生處理項目中獲得了實際運用，國內(nèi)外涌現(xiàn)了一批專門制造微孔過濾裝置的廠商。

2.3 膜生物反應器工藝

膜生物反應器是膜技術和污水生物處理技術有機結合產(chǎn)生的廢水處理工藝，與傳統(tǒng)常規(guī)方法處理的污泥相比，膜生態(tài)反應器對出水水質(zhì)采用超、微濾膜組件，代替?zhèn)鹘y(tǒng)二次沉淀池，可以使生態(tài)反應器達到比傳統(tǒng)活性污泥技術中更多的生物含量，從而增強了生物降解功能，且處理效率也更好[3]。膜分離后出水效率較高，當處理范圍主要為生活污泥時，即可達到建設部的回用水水質(zhì)標準。同時，裝置緊湊、占地較小、生活污泥產(chǎn)量較少。

2.4 提標改造工藝比選

3 種提標改造工藝比選如表2 所示。

表2 3 種提標改造工藝比選

經(jīng)過綜合比選可以發(fā)現(xiàn)，3 種方法的出水水質(zhì)均能夠達到工程設計要求：相較于方案二、方案三，方案一混凝過濾法的使用范圍較廣，結構穩(wěn)妥安全，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，安全系數(shù)高，從技術上來看是比較可行的，且由于工程設計的投入較少，管理經(jīng)驗多，維修簡便，收費少，在經(jīng)濟上也較為合理。從工程技術可行性與經(jīng)濟合理性方面綜合考慮后，本工程項目的提標與改造設計建議均采納方案一。

3 提標改造生產(chǎn)構筑物比選

3.1 提標改造混凝沉淀單元比較

考慮到用地影響，本文主要對高效沉淀池、加砂高速沉淀池、磁混凝沉淀池進行綜合分析。

3.1.1 高效沉淀池

高效沉淀池由反應區(qū)和澄清區(qū)兩部分組成[4]，其優(yōu)點主要是絮凝體循環(huán)使用提高了絮凝劑的使用效果，節(jié)約了10%～30%的藥劑，斜管的布置提升了沉淀效果，具有較高的沉淀速度，可達到20～40 m/h，排放的污泥濃度高，可達到30～550 g/L，一體化污泥濃縮避免了后續(xù)的濃縮工藝，產(chǎn)生的污泥可以直接進行脫水處理。

3.1.2 加砂高速沉淀池

加砂高速沉淀池工藝通過加入了作為形成高密度絮體的“種子”和壓載物的微砂，使絮體產(chǎn)生較大的密度，從而更易被沉淀除去。該工藝還需要配有粉末活性炭接觸、循環(huán)系統(tǒng)。和傳統(tǒng)技術比較，用微砂制成的絮體擁有較大的密度和較大的穩(wěn)定性，而且這種絮體擁有更高的沉降速率和上升速度，也使得工藝的體積和占地面積都更小，從而大大降低了施工成本。

3.1.3 磁混凝沉淀池

磁混凝澄清工藝是在污泥循環(huán)加載型沉淀技術的基礎上再投加磁粉，通過沉淀微細的磁粉檢測粒子析出晶核，使溶液的膠狀粒子和磁粉檢測粒子易于碰撞脫穩(wěn)并產(chǎn)生小絮體，從而極大地提高了懸浮液的去除效果[5]。磁混凝沉淀池的特性主要表現(xiàn)為沉積效率高于磁混凝沉淀池，為迅速沉積的鐵礬化提供了優(yōu)越的環(huán)境條件，并輔以斜管分離的優(yōu)點，加上良好的水力控制，使其上升流量能夠達到較高水平，在常規(guī)污水處理時，其最大水力上升流量可以達到20～40 m/h。

3.2 提標改造過濾沉淀單元比較

3.2.1 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池處理所使用的石英砂濾材在深濾池工作環(huán)境中同時具有過濾和抗硝化的作用[6]。當濾池的進水有溶解氧出現(xiàn)時，反硝化菌通過降解有機物的低分子態(tài)氧成為一個離子感受器。在無溶解氧的狀態(tài)下，反硝化菌通過硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N5+和N3+成為生物體代謝中的離子感受器，O2-成為電子受氫體而形成H2O 和OH-的酸度，以有機物為碳源和電子捐贈者的能源而被氧化為穩(wěn)定。因此控制濾池進水溶解氧對于降低反硝化濾池碳源投加費用、提高濾池出水穩(wěn)定性有重要作用。

3.2.2 連續(xù)流砂濾池

連續(xù)流砂濾池在國內(nèi)外市場亦稱作活性流砂濾池處理法，其特性是無須反沖洗的自動化水泵或通風機，而通過氣提的方法可連續(xù)洗砂。連續(xù)流砂過濾器是一款集混凝、澄清、過濾功能于一身的高效率過濾器，其特點不需要停機反沖洗；使用單層次濾材，無須級配，沒有水力分配不均和初濾液等問題；不需要反沖自動化水泵及停機轉換用電動、氣動閥門；無須單設水泥構筑物、澄清水池，無須水泥構筑物、澄清用機械設備。

3.2.3 回轉式精密過濾器

回轉式精密過濾器是一種去除懸浮固體的過濾裝置，進水SS 小于20 mg/L，出水SS 可小于10 mg/L。回轉式精密過濾網(wǎng)主要由設備的主組件、中央過濾系統(tǒng)、反沖洗裝置、空氣傳動系統(tǒng)、自控裝置等構成，在滾輪上設有將可方便拆卸的濾網(wǎng)污水直接排入空心滾輪中。滾輪上有高強度的不銹鋼濾網(wǎng)，在運行過程中污物從濾網(wǎng)內(nèi)側向外排放，而污物中的懸浮物則被攔截于濾網(wǎng)內(nèi)層。

3.2.4 纖維轉盤濾池

玻璃纖維轉盤濾池是將玻璃纖維轉盤放置于特殊結構的混凝土濾池內(nèi)，其工作階段分為過濾、反沖、排泥等。污水重力流經(jīng)過濾池進行處理，在濾池內(nèi)設布水堰，由于濾布為完全淹沒型，因此污水從濾布外流入，過篩液由中放空管道內(nèi)回收，重流通過出水堰再流出濾池內(nèi)處理。

4 提標改造方案確定

根據(jù)上述工藝的對比分析，本文推薦磁混凝沉淀池+過濾作為提標改造方案。該方案主要優(yōu)點如下。

（1）根據(jù)本次提標所要求的出水水質(zhì)，采用磁混凝沉淀池工藝能有效去除SS、TP 等[7]，且磁混凝沉淀池出水能滿足本次提標出水要求，因此近期可不設過濾措施，減少近期的工程投資費用。

（2）在磁混凝沉淀池后預留過濾措施的用地為日后本污水處理廠提標至四類水和中水回用留用余地，且不會造成投資上的浪費。

（3）采用該方案從整體上看能節(jié)約污水處理廠有用地，便于污水處理廠遠期的平面布置，但主要的問題在于工藝流程上若直接預留其他過濾措施所需的水頭，則造成近期電耗浪費嚴重，因此針對工藝流程上是否預留富余水頭分析如下（以反硝化深床濾池為例）：如果現(xiàn)階段直接在流程上預留過濾所需水頭，則二次提升泵房的揚程需增加3.5 m 左右，年增加電耗約40 萬kW·h，一定程度上浪費了電耗，同時增加了近期的運行成本。

5 結語

該城市污水處理廠建設容量為100 000 萬m3/d，污水處理提標改造技術在不影響總體處理容量的前提下采取“混凝沉淀+過濾”的方法，其中膠凝沉降技術推薦使用磁混凝沉淀池技術，過濾方法推薦使用反硝式深床濾池。使用該方法的提標技術改造工藝出流環(huán)境好，治理方法多，操作簡便，投入和使用成本低，可以有效保證出流環(huán)境安全達標排放，降低廢水總量的污染，改善周圍自然環(huán)境。