北方某長流程污水處理廠處理工藝設計探討

摘 要：【目的】以北方某畜牧業城市的新建污水處理廠為例，探討長流程污水處理工藝。【方法】分析進水指標、特征污染物，采用“水解酸化+生物池+混凝沉淀+反硝化深床濾池+超濾膜”核心工藝，合理布置、節約用地。【結果】經該污水處理工藝處理后，出水穩定達到一級A標準。【結論】研究結論可為類似地域和生活污水特質的處理項目提供實踐指導和理論參考。

關鍵詞：污水處理；特征污染物；長流程；畜牧業

中圖分類號：X703" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）09-0114-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.024

Discussion on the Design of Treatment Process for a Long-Process Wastewater Treatment Plant in Northern China

LIU Fan JI Haixia

（Beijing General Municipal Engineering Design amp; Research Institute， Beijing 100082，China）

Abstract： [Purposes] Taking a newly built sewage treatment plant in a northern animal husbandry city as an example， this paper discusses the long-process sewage treatment process.[Methods] The influent indicators and characteristic pollutants were analyzed， and the core process of \"hydrolysis acidification+biological tank+coagulation sedimentation+denitrification deep bed filter + ultrafiltration membrane\" was adopted to reasonably arrange and save land use.[Findings] After the treatment of the process， the effluent stably met the first-class A standard.[Conclusions] The purpose is to provide practical guidance and theoretical support for similar regional and domestic sewage treatment projects.

Keywords： sewage treatment; characteristic pollutants; long-process; animal husbandry

0 引言

我國地域遼闊，基于生活、環境、飲食等差異，各地市政污水中的污染物指標及含量有所不同，對生活污水處理工藝選取有較大影響［1-2］。一般而言，我國南方年降水量較大，污水處理廠處理水質受降水影響較大，雨季污染物受到稀釋濃度降低，污水處理工藝流程較常規，生物處理停留時間較短。我國北方地區較干旱，污染物濃度較高，冬季寒冷，不利于微生物新陳代謝，污水處理工藝會出現長流程工藝，生物處理停留時間較長［3］。

北方某畜牧業城市新建污水處理廠，因受當地產業結構和飲食習慣影響，當地污水中污染物濃度遠高于其他城市污水。除常規污染物外，還包含油脂、動物血液、碎肉、骨渣、毛及糞便等特殊物質，導致進水水質復雜。同時，進水化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、水質中的懸浮物（suspended substance，SS）、總氮含量較高。針對上述問題，通過對進水指標及特征污染物進行分析，進而確認處理工藝。圍繞主要有機污染物削減路線選擇的同時，也考慮到系統對SS去除和脫氮除磷的需求。

本研究以該污水處理廠為例，對比分析了預處理、生化處理、深度處理工藝、污染物去除方法及設計方案，可為其他類似污水處理項目提供參考。

1 工程概況

北方某生活污水處理廠，于2023年建成投產。粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池，以及附屬用房土建規模為4萬m3/d，設備規模為2萬m3/d，其余建、構筑物設備及土建規模均為2萬m3/d，占地面積為4.7 hm2。出水執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。工藝采用以“水解酸化+生物池+混凝沉淀+反硝化深床濾池+超濾膜”作為核心工藝的工藝流程，污泥處理采用板框脫水工藝。設計進出水水質見表1。

本工程處理進水以生活污水為主，同時含有企業排放污水。調研發現，當地污水管網的管控不完善，隨工業企業不斷增加，污水處理廠進水各項污水指標嚴重超過原設計標準。當地產業結構主要為奶制品制造企業、生物制肽業、畜牧業與屠宰業等。進水COD、SS、總氮濃度高、處理難度大，過高污染物濃度直接影響生物脫氮除磷效率，流程上增加預處理單元削減一部分有機物及SS。同時，為保證處理后水質達標，生化段后增設深度處理單元對出水COD、TN、NH3-N進行把關。在圍繞有機物處理選擇工藝路線的同時，結合系統脫氮除磷需求，綜合考慮投資、運行、維護等方面因素，確定合理的工藝流程。

2 工程設計

2.1 工藝流程及廠平面布置

本工程工藝流程較長，各構筑物單元需集約布置，減少水力轉折，節約廠區費用。廠區平面布置如圖1所示。按照功能進行分區，包括生產管理區、水處理生產區，共有建（構）筑物15座。平面布置上將水廠生產管理區與生產區通過綠化景觀帶有效分隔。

生產區包括污水處理系統和污泥處理系統兩部分。污水處理系統包含粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉沙池、隔油池、膜格柵及提升水池、水解酸化池、生物池及污泥泵房、二沉池及集配水井、深度處理車間、超濾膜車間、再生水池及再生水泵房等。污泥處理系統主要包括污泥脫水系統。

廠區東北角為遠期預留用地，地塊完整，確保工程遠期建設對廠區運行影響降到最低。

2.2 預處理工藝選擇

本工程進水污染物濃度較高，COD、SS及TN等指標含量偏大，若不處理直接進入后續生物單元，將直接影響工藝的處理效果，導致出水不達標和設備堵塞。需進行預處理，降低后續生物處理的負荷，增加污水處理廠運行穩定性。

2.2.1 進水雜質及SS去除。分析該市現狀污水處理廠進水情況，進水雜質較多且雜質體量大，特殊物質主要為動物血液、碎渣、毛發、油脂等。通過設置格柵對污染物進行攔截。一共設置4級格柵，空隙間距為30 mm和10 mm兩級粗格柵、空隙間距3 mm細格柵、空隙間距1 mm精細格柵。

SS去除可通過設置沉砂池，在去除砂的同時降低SS含量。目前主流工藝沉砂池有旋流沉砂和曝氣沉砂兩種。研究表明，旋流沉砂池去除砂渣中，砂粒主要集中在0.15 mm以上，占比為96.02%。而曝氣沉砂池砂粒主要集中在0.096 mm以上，占比為99.16%［4］。因此，曝氣沉砂池對較小砂粒有更好的去除效果。同時，曝氣沉砂池曝氣過程中砂粒間會相互摩擦，可裹挾去除砂粒表面附著的油脂，有很好隔油效果，有利于后續對砂的處置，綜合后本次采用曝氣沉砂池為主要除砂工藝。

一般工程經驗認為，原水SS在400 mg/L以下時，可考慮不設置沉淀單元。本次進水SS含量847.24" mg/L，須設置沉淀單元。當地污水中動物油脂體量較大，隔油沉淀池可以去除污水中懸浮的動植物油及去掉大部分的SS。設計油脂去除率約為80%，懸浮物去除率約為30%。本次在流程上增加隔油沉淀池。

2.2.2 有機污染物去除。因進水中COD、總氮等指標較高，沉淀后直接進入生化處理會導致生物池的后續處理負荷變大，流程變長。故需設置有機物預處理單元。

污水預處理去除有機物的方法可以分為2大類：物理化學預處理和生物預處理［5-6］。考慮到傳統物理化學法藥劑成本較高，且易造成二次污染。水解酸化對難降解有機物的降解更具優勢。本工程進水COD含量852.2 mg/L，BOD5含量359.2 mg/L，B/C值約為0.42。經水解酸化后，出水中B/C值可進一步提高20%～50%，使后續好氧處理工藝的選擇范圍更為靈活。本次有機物預處理擬采用水解酸化處理工藝。

2.3 生化處理工藝選擇

生化處理主要負責去除有機物，同時兼具脫氮除磷。污水能否進行生化處理從以下指標進行分析。

2.3.1 BOD5/CODCr。BOD5/CODCr值是用可評價污水的可生化性的廣泛采用的一種最為簡易的方法，參考數據見表2。

本工程B/C值約為0.42，采用生物處理方法進行處理是較為經濟合理的方法。

2.3.2 BOD5/TN。BOD5/TN值可作為分析污水能否采用生物脫氮的指標之一。BOD5/TN＞3～5，在工程上即可認為污水碳源足夠，滿足硝化菌代謝需要。本工程進水BOD5濃度為359.2 mg/L，TN濃度為110.8 mg/L，BOD5/TN=3.24，碳源滿足條件，采用生物脫氮時，可保證反硝化的順利進行。

2.3.3 BOD5/TP。低分子易降解的有機物誘導磷釋放的能力較強，高分子難降解的有機物誘導磷釋放的能力較弱，所以較高的BOD5負荷可以取得較好的除磷效果。工程中認為進行生物除磷的低限是BOD5/TP=20。本工程BOD5濃度為359.2 mg/L，TP濃度為14.3 mg/L，BOD5/TP=25，適合采用生物除磷工藝。

工藝選擇上，傳統A2/O工藝，總氮理論極限去除率為80%（400%回流），本工程總氮去除率要求達到86.5%，傳統A2/O工藝無法實現。多段A2/O工藝是對傳統工藝的優化升級，具有更好的脫氮除磷能力。工藝前端保留傳統的A2/O段處理工藝，增加后置缺氧段，低濃度硝化液進入后置缺氧段時混合部分原水，增加碳源含量，使內源反硝化狀態加快，從而提高反硝化效率，得到無硝酸鹽出水。增加第二好氧段，可以去除后置缺氧段引入的氨氮。據研究，多段A2/O過工藝，氮去除率可達80%～85%或更高，因此本次設計采用多段A2/O工藝。

2.4 深度處理工藝選擇

經過生物處理后，污染物大幅下降，但距離出水達標仍有一定差距。預測本工程二級出水及達標出水污染物分析見表3。

二級出水受限于生化單元處理效率，出水TN、SS、TP不能達標，需要進一步去除。

混凝、絮凝沉淀工藝能除磷90%～95%，CODcr、BOD5和SS的去除率分別可達到60%、60%和85%，是有效的深度處理方法。對于超標的TN，二級出水后主要以NOX-N形式存在。采用反硝化深床濾池，可利用反硝化細菌將NOx-N轉換成N2，完成脫氮反應過程。故本次采用絮凝沉淀及反硝化深床濾池工藝作為深度處理工藝。同時為確保再生水水質安全，根據當地用水部門要求，工程增設超濾膜系統，在水質波動時進行把關。

通過以上分析，最終確定本項目工藝流程為“預處理+水解酸化池+多段A2/O生物池+二沉池+絮凝沉淀及反硝化深床濾池+超濾”如圖2所示。

2.5 主要設計參數

水解酸化池：采用升流式，停留時間8 h，上升流速為0.36 mm/s。

多段A2/O生物池：分為2個系列，有效水深7.2 m，總設計停留時間39.5 h，設計污泥濃度為2 500～4 000 mg/L，污泥回流比為50%～100%，混合液最大回流比為300%。

絮凝沉淀池：分為2個系列，絮凝時間15 min，沉淀區峰值表面負荷7.08 m3/（m2/h），上升流速1.97 mm/s。主要包括混凝反應池、絮凝反應池、斜板沉淀池。

反硝化深床濾池：分為4個系列，過濾面積為165 m2，平均流量濾速為5.08 m/h，峰值濾速為7.59 m/h。

2.6 工程投資及成本

本工程概算總投資為2.84億元，其中工程費投資約2.47億元，污水處理廠部分工程費1.95億元，管線部分工程費0.52億元。年單位處理成本為5.79元/m3，單位經營成本為4.12元/m3。

3 結論

對于畜牧業、屠宰業類生活污水，預處理階段應采用多級格柵，降低后續生化處理設備的負擔。深度處理階段，應針對SS、TP、TN設置處理單元。工程以“預處理+水解酸化池+多段A2/O生物池+二沉池+絮凝沉淀及反硝化深床濾池+超濾”為核心工藝，出水滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準。可為同類型其他污水處理廠設計路線選擇提供借鑒。

參考文獻：

［1］郭泓利，李鑫瑋，任欽毅，等.全國典型城市污水處理廠進水水質特征分析［J］.給水排水，2018，54（6）：12-15.

［2］李錦.城市污水處理廠運行對比分析［J］.皮革制作與環保科技，2022，3（19）：123-126.

［3］歸顯揚，陳崗.高排放標準污水處理廠設計：以某北方污水處理廠為例［J］.云南化工，2023，50（2）：127-130.

［4］張春艷，董濤，喬萬璽，等.旋流沉砂池和曝氣沉砂池除砂效果對比［J］.水處理技術，2014，40（2）：54-56.

［5］高紅英，張博.城市污水預處理方案改良設計［J］.科技與創新，2019，（23）：24-25，29.

［6］胡廣杰，王素蘭，魏銳，等.水解酸化工藝預處理混合型城市污水［J］.環境工程，2012，30（5）：17-20，27.