低溫低碳源條件下污水處理廠提標改造研究

李少堃，張晨

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300181）

1 引言

隨著生態文明建設要求的落實，污水處理廠改造項目越來越受到關注。研究表明，相關項目普遍更重視提標增質，并采取一系列降本降耗措施，確保污水處理廠與最新環保排放標準一致。考慮到河北城市環保發展要求趨向嚴格，本文對某污水處理廠的情況進行說明，通過研究項目具體情況，做好環保設備與技術應用，使該廠環保性能與經濟效益指標符合規范，為城市環保工作助力。

2 研究背景

在城鎮化建設進程持續推進的背景下，水環境污染加劇，國務院出臺的《水污染防治行動計劃》指出，改造污水處理廠、處理設備刻不容緩[1]。隨后，包括河北省在內的多地政府均結合實際情況制定了相應的條例，希望能使出水品質達到最高標準。本文以河北某污水處理廠為例，對該廠提標改造方案進行了深入研究，一期改造規模約為2×105m3/d，通過UV消毒、生物濾池與沉淀池相結合的方式，使出水品質得到顯著改善，確保水質能夠達到一級標準。

3 河北某污水處理廠情況

3.1 廠房概況

該廠出水品質相對穩定，僅有磷、氮濃度無法達到二級標準。該廠處理效率為4×105m3/d，通過活性污泥法處理污水，采取機械濃縮+中溫硝化+脫水的方法處理污泥（見圖1），在此期間所形成的沼氣通常作為燃料用于燃氣鍋爐、發電機，其中，沼氣儲柜的作用主要是對儲氣量進行調節，將多余的沼氣聚集在特定空間并點燃。

圖1 污泥系統運行流程

3.2 現存不足

該廠所持有的經營許可證表明，其經營年限是23年，在此期間，考核污水品質的指標保持不變。換言之，對既有廠房進行提標改造的做法并不可行，同時還要保證提標改造不會給廠房運行產生影響。另外，該廠所使用的AB法可有效去除BOD5和CODCr，但在去除TN方面的表現并不理想，極易導致經過處理的水出現不可生化、碳氮比較小等問題，進而給碳源總量造成不利影響[2]。要使提標改造廠房的出水品質達到行業最新標準，一方面要增加碳源使用量，為反硝化脫氮效果提供保證，另一方面要控制碳源成本和運行成本，確保本項目具備理想的經濟效益。

4 提標改造方案說明

4.1 方案概述

4.1.1 創新之處

設計人員以出水品質要求、當地氣候特征為落腳點，將提標改造的原則歸納為“可靠、安全、占地面積小、建設成本低”，同時指出應保證在溫度較低的冬季，處理系統仍然能夠正常運行，使出水品質達到行業標準。在對多方面因素加以考慮后，最終決定引入沉淀池與生物濾池相結合的系統，該系統的運行流程如圖2所示。

圖2 污泥/污水處理流程

沉淀池負責去除污水中的TP和SS，對沉淀池、混凝池還有絮凝池進行合建，將混凝池及絮凝池設置在沉淀池的前方，分別向池內投加適量絮凝劑、混凝劑，縮短絮凝、混合工序所花費時間[3]。經過預處理的污水，將通過池底所安裝斜板進入沉淀池，然后，被送往集水槽并統一出水。

生物濾池則負責去除污水中的TN、NH4+-N。作為新型生物膜處理技術，生物濾池主要分為反硝化濾池、硝化濾池兩部分，其中，反硝化濾池位于后端，可保證流經濾床的污水中的硝酸鹽被快速轉換為N2，硝化濾池則位于前端，其核心功能在于確保硝化菌、NH4+-N充分接觸，利用硝化菌所具有的化學特性將NH4+-N轉換為硝酸鹽。

4.1.2 方案優勢

與以往提標方案相比，本方案具有以下優勢：（1）生物濾池的占地面積較小，建設成本低，可嚴格控制剩余污泥量，在對低污染水質進行科學處理的前提下，有效抵抗沖擊負荷。（2）生物濾池的啟動速度極快，可長期在低溫環境下運行，掛膜效果理想。（3）利用沉淀池、生物濾池對污水進行深度處理，在保證既有廠房正常運行的基礎上，將污水中TP、SS和TN等物質高效去除。

4.2 科學選址

為降低管理和操作難度，將改造成本維持在較低水平，設計人員決定將新廠建在既有廠房的北側。

4.3 確定水質

設計人員以該廠實際水質、設計水質（見表1）為依據，結合行業規定對進、出水品質進行了明確，見表2。

表1 該廠出水品質mg/L

表2 提標改造設計水質mg/L

4.4 選擇碳源

由于本項目要利用碳源達到反硝化脫氮的目的，使出水品質達到行業最新標準，在選擇碳源期間，應重點分析碳源的安全性和使用成本。設計人員決定使用成本相對較低的甲醇，考慮到甲醇與明火、熱源相遇后，有一定概率引起爆炸或燃燒事故，因此，應在廠內增設存儲、投加甲醇的設備，同時對報警裝置進行安裝，嚴格控制甲醇系統與既有建筑的距離，保證該系統能夠得到穩定且可靠的運行。

4.5 設計要點

4.5.1 生物濾池

前置濾池由14個面積為170 m2的單格組成，內部濾料直徑約為4 mm，由濾料堆積所形成濾料層的厚度能夠達到4 m，濾速穩定在3.8 m/h左右，最快可達到4.5 m/h[4]。后置濾池由8格組成，內部濾料直徑增加到4.5 mm，由其所堆成濾料層的厚度保持不變，仍為4 m，正常工況下，濾速能夠達到5 m/h，最快能夠達到8m/h左右。

4.5.2 消毒池

本方案指出，應利用紫外線設備消毒污水。作為物理消毒工藝的代表，紫外線消毒具有接觸時間短、安全系數高等優點。現場共安裝了4組紫外線燈，每組燈包括100根燈管，負責對沉淀池所輸送水進行消毒，并將經過消毒的尾水送往指定渠道。

4.5.3 污泥系統

考慮到高密池內濃縮水含有大量泥渣，直接排放會污染附近環境，設計人員決定引入污泥系統，利用離心脫水機處理濃縮水，將其分為濾液、泥餅兩部分，其中，濾液被運往排放系統，由排放系統驅使提升泵，確保濾液能夠順利回流，泥餅則統一外運并進行填埋。現場計劃安裝3臺處理量能夠達到約40 m3/h的離心脫水機，3臺機器互為備用，這樣設計的目的是保證始終有2臺脫水機處于正常運行狀態。

4.5.4 格柵間

該廠格柵間內共裝有4臺細格柵，格柵間隔為3 mm，可以有效過濾污水內頭發、纖維或其他雜質，控制沖洗濾池的頻率，使運行費用維持在較低水平。

4.5.5 沉淀池

現場計劃搭設8座沉淀池，每座沉淀池均有絮凝池、混凝池對應，其中，絮凝池平均容積可達250 m3，混凝池容積約為36 m3。高密池直徑均為12 m，配備斜管全長1 m，斜板所形成陰影的面積約為125 m2。

4.5.6 加藥系統

加藥間內設有投加系統，負責向絮凝池、混凝池投加藥劑，設計人員以該廠規模、日常運行情況為依據，將PAM濃度設定為1 mg/L、PAC濃度設定為1.2 kg/m3。除此之外，考慮到在低溫低碳源環境下處理污水，還要用到甲醇，為保證甲醇投加合理，設計人員對存儲甲醇、投加甲醇的系統進行了升級。其中，存儲系統包括2個儲罐，每個儲罐的容量均為90 m3，儲罐位于鋼筋混凝土池內，并配有檢測液位高度的儀器和集水井，確保工作人員能夠準確掌握儲罐狀態，避免出現甲醇大量泄漏的情況。投加系統由4臺投加量在660 L/h的計量泵組成，同時在加藥間內指定位置安裝報警器，對空氣中甲醇濃度進行實時監測，在甲醇濃度達到1.5%的第一時間發出預警，由專業人員前往現場對泄漏點進行維修，以免引起更嚴重的后果。

5 改造效果

現階段，本項目已順利竣工并投運，出水品質符合一級標準。投運至今，處理系統始終未曾出現重大故障，2021年全年，系統去除TN的效率始終維持在80%左右，TP去除率約為90%，NH4+-N去除率則達到了93%。另外，由于當地氣候較為干燥，各季節溫度變化明顯，水溫給CODCr去除率帶來了巨大影響，在溫度較高的夏季，污泥活性較為理想，去除CODCr的效果基本能夠達到預期，出水所含CODCr的濃度約為11 mg/L，而在溫度較低的冬季，隨著水溫降低，污泥活性有所減弱，CODCr濃度往往會增加到約20 mg/L。

綜上，本方案的優點主要體現在3個方面，首先是處理系統建設成本低、占地面積小，對外界環境具有極強的適應能力；其次是提標改造期間既有廠房可維持正常運行，最后是能夠應對當地冬季干燥且寒冷的天氣，將外界因素給出水品質造成的影響降至最低。未來，有關人員應以當地利用再生水的情況為依據，對處理再生水的技術進行升級，確保磷、氮和其他可能引起富營養化問題的有機物得到高效去除，使出水品質得到進一步的提高。

6 結論

本文總結了低溫低碳條件下污水處理廠提標方案，在研究過程中，明確該方案的創新價值，并對應用優勢進行展望。通過做好生物濾池、消毒池、細格柵部分的優化，并增設沉淀池，使污水處理廠的改造目標得以實現。以上技術方案的應用能夠最大程度提高出水質量，滿足目前低溫低碳源標準。