循環活性污泥工藝提標改造在生活污水處理中的應用

摘" 要：桂林是世界著名的風景游覽城市和歷史文化名城。所以桂林市的城市性質定為國際性風景旅游城市，國家級歷史文化名城，中國山水城市。隨著生態環保標準越來越嚴格、民眾對生活環境要求的提高，桂林市某污水處理廠將原一期設計的循環活性污泥工藝進行提標改造，而改造后的排放標準由GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準提升至一級A標準，從而進一步有效減少污染物的排放。

關鍵詞：提標改造;高效沉淀池;纖維束濾池;化學除磷;聚合氯化鋁

中圖分類號：X799.3" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0173-04

Abstract： Guilin is a world-famous scenic city and a famous historical and cultural city. Therefore， the urban nature of Guilin is defined as an international scenic tourist city， a national historical and cultural city， and a Chinese landscape city. With the increasingly stringent ecological and environmental protection and the improvement of people's living environment， a sewage treatment plant in Guilin conducted upgrading and renovation to the CASS process designed in the" originalfirst phase， and the discharge standard after the upgrading and renovation was raised from the first-class B standard of GB 18918-2002 \"Urban Sewage Treatment Plant Pollutant Discharge Standard\" to the first-class A standard， so as to further effectively reduce the emission of pollutants.

Keywords： upgrading and renovation; high efficiency sedimentation tank; fiber bundle filter; chemical phosphorus removal; PAC

桂林市的主要城市職能包括：進行自然生態保育、優秀山水景觀保護的職能;觀光、度假、休療養、生態與文化創意、會議會展、旅游活動體驗和新型旅游產業等旅游類的職能;歷史文化保護的職能等。如今隨著公眾環境意識的增加，國內對污水處理廠的排放標準日益嚴格，為更好地保護桂林市優秀的自然資源與景觀環境，滿足桂林市社會經濟可持續發展的需要，因此桂林市某污水處理廠需要對原有的循環活性污泥（CASS）處理工藝進行提標改造，新增加污水深度處理工藝，以實現出水穩定達到新標準的目標。

1" 原CASS工藝水質分析

該污水處理廠原一期主體工藝為CASS工藝，無沉淀池，CASS池出水通過自流式經過紫外消毒進入巴氏計量槽后直接排入附近河道。其原有主要生產構筑物包括：進水泵房、細格柵及沉砂池、CASS生物池、配電間、鼓風機房、污泥濃縮池、脫水機房、污泥深度處理池、板框壓榨車間、紫外線消毒渠和巴氏計量槽等。該污水處理廠提標前已正式運行近10年，進出水水質也已趨于穩定，出水穩定達標。圖1為原一期CASS工藝處理流程圖。

通過原一期CASS工藝出水水質分析，該污水廠一期日均出水水質滿足一級B標準，而以一級A標準來衡量，出水CODcr、SS和TN已穩定達標，氨氮達標率89%，TP達標率24.7%，BOD5達標率75%。

因此，從以上分析可以得出結論，該污水廠出水能夠達到一級B標準，但距離一級A標準差距較大，主要超標項為BOD5和TP兩項指標。運行過程中應注意控制曝氣量和運行參數，強化生物處理效果，TP需要投藥沉淀后加以去除。因此，提標改造需增加深度處理單元，輔以化學除磷，可以使出水達到一級A標準。

污水處理廠三級深度處理的重點是進一步去除常規二級生化處理中難以達標的BOD、SS和TP，從而同時進一步去除有機物。所以本次改造深度處理重點處理對象為以下幾項。

1.1" 懸浮物（SS）

污水處理廠出水中SS含量的高低，對于BOD5和TP的出水指標有決定性影響。因此SS的去除程度是保證出水能否全面達標的關鍵因素。生化二級處理出水中殘留的懸浮物中BOD5的含量占50%～80%，為了提高出水水質標準，必須進一步去除這些懸浮顆粒物。目前通常是采用混凝、沉淀加過濾工藝來去除二級生化處理出水中的SS，該工藝不僅可以去除水中懸浮狀的細微顆粒雜質，還可以去除水中大分子的膠體物質。

1.2" 磷（P）

活性污泥法中若進水碳氮磷配比平衡且穩定，則經過強化二級處理生物脫氮除磷后可做到出水總磷（TP）達一級A標準，但實際上進水不可能完全滿足相當的平衡條件。因此污水處理廠出水總磷要降至0.5 mg/L以下，就目前較為可行的技術需化學輔助除磷。

1.3" 有機物

二級生化處理出水中的有機物主要分為溶解性有機物和懸浮性有機物。可生物降解的溶解性有機物在生化處理過程中基本上可以去除，殘存的溶解性有機物則多為難降解的有機物，這部分難降解有機物通過混凝沉淀工藝可部分去除。而懸浮性有機物則通過SS的去除得以去除。

2" 深度處理工藝及主要構筑物設備

在污水廠提標改造中首先應強化二級生化處理的處理效率，再利用深度處理工藝來進一步降低出水SS，進而進一步去除COD、BOD5、TP等污染物。為保證加藥除磷效果達到一級A標準，降低投藥量，節省運行費用，且考慮除磷沉淀對生物的影響，不建議在生物池前端加藥劑。而由于廠內原有紫外消毒系統無法滿足提標之后的工藝要求，需設計一套新的消毒系統，因此最終確定深度處理工藝為：提升泵房+高效沉淀池+纖維束濾池+紫外線消毒系統，輔以化學除磷，出水采用巴氏計量槽計量。

1）提升泵房。按2.5萬m3/d規模設計。功能為提升污水至濾池。設計參數為最大流量Qmax=1 531 m3/h;平均流量Q=1 042 m3/h。設備為3臺潛水泵，2用1備，單臺流量Q=625 m3/h，揚程H=7.5 m，功率N=22 kW;1臺潛水泵流量Q=200 m3/h，揚程H=7.5 m，功率N=5.5 kW。運行方式為水泵的開、停，根據集水井內水位計自動控制。

2）高效沉淀池。按2.5萬m3/d規模設計，2座，單座規模1.25萬m3/d。功能為在進水中投加聚合氯化鋁（PAC），利用折板絮凝池使水中膠體脫穩，形成絮體，利用斜板沉淀池沉淀去除，可以進一步降低BOD5、CODcr、SS等指標。設計參數為最大流量Qmax=1 531 m3/h;平均流量Q=1 042 m3/h;混凝時間為21 min;沉淀池上升流速為0.56 mm/s。設備為4臺污泥螺桿泵（2臺回流2臺排泥，每座池的排泥和回流泵互為備用），流量Q=30 m3/h，揚程H=20 m，功率N=5.5 kW;2臺細格柵，寬度0.9 m，功率N≤1.5 kW，格柵間隙b=3 mm;2套水平無軸螺旋輸送機，直徑Ф220，長L=4 m，流量Q=3 m3/h，功率N=1.1kW;2臺混合攪拌機，攪拌直徑Ф=1.2 m，功率N=4.0 kW，轉速n=60 rpm;2臺絮凝攪拌機攪拌直徑Ф=1.4 m，高度H=4.5 m，功率N=3.0 kW，轉速n=48 rpm;2臺中心傳動刮泥機，直徑Ф=9.0 m，功率N=0.55 kW，外線速度約3 m/min;斜管孔徑dn=60 mm，長L=1 000 mm，傾角60°，面積108 m2。運行方式為24 h連續運行。

3）纖維束濾池。按2.5萬m3/d規模設計，變化系數為1.47。功能為進一步去除沉淀池出水中未能去除的顆粒、膠體物質、懸浮固體、總磷和濁度等，可以進一步降低BOD5、CODcr、氨氮等指標。設計參數為平均處理水量1 042 m3/h;最大流量1 531 m3/h;平均設計濾速8.68 m/h;峰值設計濾速12.76 m/h;過濾水頭2.0 m;總過濾面積120 m2;單格過濾面積20 m2;格數為6格;單格尺寸4.0 m×5.0 m;濾層高度1 500 mm（反沖洗高度）;濾料數量162 m3;反沖洗水強度8 L/m2·s;反沖洗風強度60 L/m2·s;反沖洗時間15～30 min;反沖洗方式為水沖洗（2 min）—汽水沖洗（15～20 min）—水沖洗（2 min）。設備為纖維束濾元模組，模組尺寸1.0 m×0.5 m，性能要求每塊纖維束濾元模組由上下濾板和若干束纖維濾元構成，濾元制造商在出廠前已將纖維束濾元安裝在濾板上構成濾元模組。固定不流失，易清洗不積泥（采用特殊插接件將濾元上下兩端分別固定上下濾板上確保濾元不脫落）。單束易懸掛，壓縮量可控制可調節，變孔隙深層過濾;纖維密度調節裝置，規格長×寬=4.0 m×5.0 m，性能要求纖維密度調節裝置用于調節和控制纖維壓實密度，以適應不同的水質和水量要求。纖維密度調節裝置依靠水力自動調整纖維密度滿足運行需要，不需要任何外力作用調節;布氣布水系統，規格長×寬=4.0 m×5.0 m，性能要求布氣布水裝置均采用布水布氣支母管配水配氣系統，母管采用Q235-B型，支管采用UPVC材質。布水和布氣系統的獨立可實現脈動清洗及強制清洗方式，易于濾料清洗，濾料不積泥。布水布氣系統均勻分布在下濾板的下方，在進行反沖洗過程中，反沖氣和反沖水均勻分布在下濾板的下方，在氣、水的共同作用下，濾料層放松，呈舒展狀態，水和氣同時對濾料進行擦洗，布氣布水系統的優良布置保證每一束濾料都能得到徹底清洗。獨特的反沖洗氣水獨立系統可實現水脈動/氣脈動及強制清洗方式，有效保證纖維濾料清洗徹底，不積泥;運行控制為原水經高效沉淀池（根據需要投加混凝劑PAC）混合并絮凝反應后，進入深層床纖維束濾池過濾。濾池以恒水位方式運行，運行周期達到設定值后即進行反沖洗，反沖洗分為水沖—氣水沖（水脈動）—水沖洗3階段，各階段工作時間可以根據現場調試情況和進出水質進行調整。在自動運行狀態下，濾池根據設定的運行周期（一般為12～24 h）控制反沖洗，達到設定值即進行反沖洗，每次只能反沖洗1格濾池，依次輪流逐格反沖洗。每格濾池配套有濾池進水閥門、清水出口閥門（調節型）、反沖洗進水閥門、反沖洗排水閥門、反沖洗空氣入口閥門和初濾水排放閥門6個氣動閥門，以及反沖洗風機排空閥、出口閥、反沖洗水泵出口閥。閥門具有本地/遠程、全開、全關3種信號;反沖洗風機和反沖洗水泵有本地/遠程、運行、停止和故障3種信號，這些信號自動通過上位監控計算機上相應設備的不同顏色顯示。單格濾池配備超聲波液位計，通過液位計控制濾池出水氣動閥門開度，纖維濾池的液位和出水氣動調節閥門的開度構成閉環，以實現纖維濾池的恒液位過濾;強制反沖洗由操作員根據現場需要，通過PLC柜上觸摸屏或濾池就地操作箱上的“強洗按鈕”對PLC發出某臺濾池需要反沖洗的命令，PLC接受命令后，對該臺濾池立即建立“請求沖洗”標志進入反沖洗全過程，當2格或2格以上的濾池同時需要反沖洗時，按照“先到先洗”的原則進行反沖洗。反沖洗泵房內設沖洗水泵2臺，1用1備，單臺流量Q=580 m3/h，揚程H=8 m，功率N=30 kW;安裝鼓風機3臺，2用1備，單臺風量Q=40 m3/min，壓力P=0.06 MPa，功率N=75 kW。

4）紫外線消毒系統。按2.5萬m3/d規模設計紫外線消毒渠，設計1條渠道。功能為殺滅出廠污水中可能含有的細菌和病毒。設計參數為平均流量25 000 m3/d，變化系數1.47，峰值流量1 531 m3/h，TSS為10 mg/L，平均固體顆粒尺寸小于30 microns，紫外透光率波長253.7 nm≥65%，進水糞大腸菌群小于1 000 000個/L;出水要求為設備正常運行時，經過紫外線消毒系統消毒后的污水，糞大腸菌群數不超過1 000個/L，糞大腸菌群指標能夠滿足GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A排放標準。系統配置為完整配套的紫外消毒系統，包括紫外燈模塊組（紫外燈管、石英套管、電子鎮流器等112套）、模塊支架、紫外線強度監測系統、水位傳感器、系統控制中心、控制柜和自動清洗系統等，可以完成所有正常運行、監測及控制等功能。

5）化學除磷設計。功能為化學除磷所需化學藥劑（PAC）的投加設施。設計參數為最大投加量200L/h;設備為2個儲藥罐，單個容積10 m3;隔膜式計量泵3臺，2用1備。單臺額定流量Q=27 L/h，額定壓力為1 MPa，電機功率N=0.37 kW;耐腐蝕輸藥泵1臺，流量Q=12.5 m3/h，揚程H=25 m，功率N=3 kW。投加點位于高效沉淀池的混合攪拌池內。

6）排水池。作為濾池反沖洗水的緩沖池，用于降低濾池反沖洗水對進水泵房的沖擊負荷。設計排水池1座，內分2格。安裝潛水泵4臺（2用2備），單臺流量Q=52 m/h，揚程H=9.5 m，功率N=5.9 kW;水下攪拌器2臺，定時攪拌，避免污泥沉積，攪拌器為不銹鋼材質，直徑Ф260，功率N=1.5 kW。

3" 深度處理工藝維護注意事項

1）高效沉淀池傾斜管沉淀區由于活性污泥黏附性，使用較長時間后斜管上會附著大量活性污泥，直接影響出水水質，尤其是出水總磷。因此需定期輪流將2座高效沉淀池放空，并用高壓水槍對斜管進行沖洗，將污泥回流至進水泵房或排至污泥池。

2）本次改造中高效沉淀池配有一套聚丙烯酰胺（PAM）投藥系統，但PAM使用后會造成后續纖維濾池濾膜堵塞，因此建議不使用PAM的投加。并且高效沉淀池PAC投加管路需定期疏通清洗，因為PAC藥劑中含有少量雜質，使用時間較長后會出現底部管路沉積堵塞，直接影響化學除磷效率。

3）纖維束濾池使用過久還需采購化學清洗劑對濾膜進行化學藥劑浸泡及沖洗，徹底清除濾膜上附著的微生物及青苔，避免長期使用造成自然堵塞。

4）纖維束濾池反沖洗水泵及鼓風機做好日常巡視巡查，定期潤滑保養及檢修，及時更換易損耗配件。

5）紫外消毒系統自動清洗裝置的空壓機需對氣缸定期排氣排水即潤滑保養。

4" 高效沉淀池PAC的投加量計算

4.1" 實驗方案

為了保證出水總磷穩定達標并更為精準地投加PAC藥量，在深度處理工藝調試期間對現有采購的PAC進行化學除磷反應實驗，以便計算出PAC投加量。

化學反應式：Al3++PO43-=AlPO4去除1 mol的P，對應需要1 mol的Al，質量比為P∶Al=31∶27，去除1 mg/L的P需0.871 mg/L的Al。

水樣選擇：為考慮水質對PAC除磷的影響及實際會產生的水質TP質量濃度，將選擇的水樣分為3個質量濃度間區2.0～1.5 mg/L、1.5～1.0 mg/L、1.0～0.5 mg/L，3個間區內各取一瓶1 L水樣做實驗。

PAC投加量：首先將原PAC稀釋1 000倍，鋁的稀釋質量濃度約為63.48 mg/L，理論上去除1 L×1 mg/L的TP需要13.72 mL的PAC稀釋液。

4.2" 實驗步驟

1）準備好3個區間的水樣。

2）稀釋PAC。

3）按照表1數據對應投加PAC稀釋液并攪拌1 min，之后靜止30 min取過濾液檢測TP，最后將檢測結果填入表1。

4.3" 實驗結果分析

通過實驗數據可看出當生化池出水總磷穩定達到一級B標準即TPlt;1.0 mg/L時，根據最大流量Qmax=1 531 m3/h及平均流量Q=1 042 m3/h，可計算PAC投加量控制在41.68～76.55 L/h之間。

5" 結論

目前在進水水質穩定情況下，污水通過原主體CASS工藝進行二級生化處理后再經過三級深度處理，出水能穩定達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。只是由于構筑物的增加，在日常巡視及構筑物維護時注意避免構筑物池內形成反應死角，造成階段性二次污染，從而影響出水水質。而提標改造中新增加的設備較多，且設備的完好率也將直接影響著整體工藝的正常運行。所以在構筑物及設備的維護保養及檢修方面需要做出更多的努力。

參考文獻：

[1] 傅曉磊.泉州臺商投資區惠南污水處理廠提標改造措施分析[J].低碳世界，2016（7）：81-82.

[2] 朱小琴.反硝化濾池在污水提標升級項目中的應用[J].當代化工研究，2022（17）：103-105.

[3] 陳自達，淺談城鎮污水處理廠一級A（類四類水）提標改造思路[J].中國建筑金屬結構，2022（10）：17-19.

[4] 陳曉安，桂麗娟.城市污水處理廠提標改造工程實例[J].工業用水與廢水，2011，42（2）：82-83.

[5] 孟領坤，蘇彩霞.城市生活污水處理工藝的優化[J].科技視界，2019（34）：253-254.