城镇污水处理厂一级A提标改造的关键因素及工艺选择

苏俊新

（芳源环保（惠安）有限公司，福建 泉州 362100）

为切实加大水污染的防治力度，国务院于2015年4月印发了《水污染防治行动计划》，明确提出了要加快现有城镇污水处理设施建设与改造步伐。为响应国家号召，积极应对水环境整治，福建省要求近岸海域汇水区的污水处理厂应尽快实施一级A标准，解决这些重点地区的污水综合治理、污水回用或城市景观用水需求等问题。这就要求污水处理厂在原一级B标准的基础上进行提标改造，通过增加深度处理工艺进一步降低氮磷等污染物质指标。

1 污水处理厂运行状况和提标的关键指标分析

某污水处理厂采用改良DE型氧化沟处理工艺，日处理能力7万t，现二级处理设计进水各指标：BOD5≤150 mg/L，CODCr≤300 mg/L，SS≤200 mg/L，TN≤40 mg/L，NH3-N≤30 mg/L，TP≤3.0 mg/L，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准[1]。

通过对该污水处理厂2017年的化验监测数据进行分析，笔者调取了对提标改造工程最具参考价值的6月份化验监测数据，具体情况如图1、图2所示。

根据污水处理厂的运行情况，结合化验监测数据，笔者认为其存在以下问题：一是污水处理系统运行效果良好，COD、BOD5、NH3-N等部分指标稳定低于一级A排放标准；二是在雨季时进水浓度偏低，会出现碳源不足情况，导致除磷脱氮效果不好；三是进水总磷浓度偏高，部分最大日均值接近5.0 mg/L，明显高于3.0 mg/L的设计进水浓度，增加除磷负担。

图1 6月份BOD、SS、TN、NH3-N进出水监测数据

图2 6月份TP进出水监测数据

对比《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的要求，结合该污水处理厂的运行状况，人们可以看出，在进水水质相对稳定和工艺运行正常时，出水SS、TP、TN稳定低于一级B标准，处理效果好时更是低于一级A标准。但是，城镇污水处理厂的进水水质水量是波动的，如受到排泥量、气候温差、季节性降水、进水浓度等环境条件的影响，实际运行参数只能控制在一定的变化范围内，某些时段的出水SS、TP、TN浓度会出现明显波动，因此如何保证出水SS、TP、TN稳定达到一级A标准是提标改造重点解决的问题。

2 一级A提标改造工艺的确定

一级A提标改造工程的进水是二级处理末端的二沉池出水，根据以上分析情况，重点处理目标为SS、TP和TN，结合国内一级A提标改造的常用工艺，该污水处理厂可选用混凝沉淀+精密过滤工艺，通过化学除磷和利用外加碳源保证出水TP、TN达标排放，高效后面又设置精密过滤器，进一步降低水中SS，确保出水SS稳定低于10 mg/L。

2.1 沉淀池的选择

2.1.1 平流沉淀池

平流沉淀池是目前国内大型水厂普遍采用的池型，构造简单、处理效果好、矾耗低，对水量和水质变化的适应能力强，运行管理简单方便。对大型工程而言，平流沉淀池的综合造价较斜管沉淀池低，其缺点是占地面积大，因此主要应用在大型污水厂（用地不紧张）。

2.1.2 斜管/板沉淀池

斜管/板沉淀池占地面积小，沉淀效率高；有成熟运行经验，斜管水力半径小，水力条件较好；但斜管/板沉淀池由于使用塑料管，耗用较多材料，存在老化问题，更换周期较短，带来管理困难，影响水质。

2.1.3 高效沉淀池

高效沉淀池是近年来从国外引进的池型，其工艺原理基本类同于机械搅拌沉淀池，属于内部泥渣循环型沉淀池。不同之处在于，其采用了机械混合、外部浓缩泥渣回流、进水投加混凝剂和高分子助凝剂、沉淀区上部设置斜管和下部设置污泥浓缩区以及排泥泵回流等工艺措施。其主要特点是运行负荷高，占地面积只有同规模平流沉淀池的25%～30%。其排泥浓度一般可超过3%，可直接进行脱水，而不需对排泥水进行浓缩[2]。

高效沉淀池工艺是将混合、絮凝、沉淀高度集成一体，由混合区、絮凝区、沉淀区和浓缩区及混渣回流系统和剩余泥渣排放系统组成，因其实际运行效果稳定可靠，能稳定去除SS和TP等指标，占地小，节省投资，比传统工艺有较大优势，陆续在工程中得到推广应用。因此，结合本项目实际情况，混凝沉淀单元推荐采用高效沉淀池。

2.2 过滤器的选择

过滤单元是深度处理的核心单元，目前国内应用于深度处理的过滤工艺主要有V形气水反冲洗滤池、D型滤池、活性砂滤池、滤布滤池及回转式精密过滤器。

回转式精密过滤器是一种去除悬浮固体的过滤装置，当进水SS小于20 mg/L时，出水SS可稳定低于一级A标准（10 mg/L）。回转式精密过滤器由设备主体模块、核心过滤模块、反冲洗系统、驱动系统、自控系统组成，滚筒上装有可方便拆卸的滤网。设备为连续过滤，设备内部设有自动启闭开关，当滚筒有水进入时，液位传感器将发出信号，启动减速驱动系统驱动滚筒转动，同时启动反冲洗泵。污水流入空心滚筒内，滚筒上为高强度不锈钢滤网。污水由滤网内侧向外侧流出，污水中的悬浮物被截留在滤网内侧。冲洗水通过位于滚筒顶部的喷头由滤网外侧向内侧对滤网进行冲洗，冲洗下来的细小颗粒物质由设备内部的反冲洗水收集槽收集，并通过排污管排出设备。当无水通过设备时，设备将自动停止。

与砂滤池、纤维滤布转盘过滤器比较，精密过滤器具有有以下优点。

（1）滤网由316 L不锈钢通过纤维化技术编织而成，再以点焊技术无缝焊接固定在不锈钢细筋上，不会附着微生物，不易堵塞，无需化学清洗，使用寿命长，出水质较稳定。

（2）滤网更换方便，每套设备由若干块独立的弧形分片组成，每一个分片都可以很方便地拆卸和装配；反冲洗消耗水量小，单台反洗水量在60 m3/d；构造简单，维护方便。

（3）工艺流程简单，设备少，占地面积小；水头损失小，约为0.45 m；运行能耗低，主驱动电机和反冲洗水泵电机功率小，单位水运行电耗约为0.005 kW·h/m3。

通过比较可知，回转式精密过滤器具有占地小、工艺简单、维护方便等特点，虽然其设备投资较高，但具有长期运行费用较低、使用寿命较长的优点。因此，本工程深度处理的过滤方式推荐回转式精密过滤器。

2.3 利用外加碳源提高反硝化效果

BOD5/TN是判断能否采用生物脱氮技术的主要指标，一般比值小于3.5则需要外加碳源[3]。对比图1、图2可知，本项目存在碳源不足情况，降水等原因会导致进水碳源严重不足，使得反硝化过程受阻，影响TN的达标排放。实践证明，投加碳源是污水处理厂解决这类问题的重要手段。本项目碳源投加点定于氧化沟缺氧区。

反硝化设计参数，是指反硝化的硝态氮浓度与进水BOD5浓度之比，表示为Kde（kgNO3--N/kgBOD5），由此可算出反硝化去除的硝态氮[NO3--N]=KdeSi[4]。理论上，反硝化1 kg硝态氮消耗2.86 kgBOD5，即：

污水处理厂需消耗外加碳源对应氮量的计算公式为：

式中，N为需消耗外加碳源对应氮量，mg/L；Ne计为根据设计的污水水质和设计的工艺参数计算出能达到的出水总氮，mg/L；Ns为二沉池出水总氮排放标准，mg/L；Kde为 0.35，kgNO3--N/kgBOD5；Ni设 计 进 水TN浓度，mg/L；Si为进水BOD5浓度，mg/L；Se为出水BOD5浓度，mg/L。

图3 提标改造工程工艺流程

研究表明，乙酸钠作为碳源时，其反硝化速率要远高于葡萄糖和白砂糖[5]。其主要原因在于，乙酸钠为低分子有机酸盐，容易被微生物利用。本工程外加碳源采用乙酸钠，提标工程中在二级处理段（氧化沟缺氧池）中增设外加碳源投加车间。碳源的投加量根据实际工况，结合上述计算方法进行核算。

因此，该污水处理厂提标改造主体工艺路线为二级处理+高效沉淀池+精密过滤器，全流程工艺如图3所示。二级处理出水在高效混合池与混凝投加装置投加的混凝剂均匀混合、快速反应后进入絮凝区进行絮凝反应，并投加助凝剂以加速絮凝体的生成，进入后续澄清区澄清，然后进入精密过滤车间进行过滤，在过滤车间中利用回转式高精密过滤器截留杂质，使出水达到一级A标准，过滤车间出水经消毒后排放。

3 结语

（1）通过对本污水处理厂的运行情况进行分析，可以看到出水COD、BOD5、NH3-N等指标在现状运行中可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。但实际运行中受排泥量、气候温差、季节性降水和进水浓度等因素影响，SS、TN和TP等指标不能稳定达标排放，所以在一级A提标改造中的关键影响因素是SS、TN和TP指标。

（2）本工艺路线采用的高效沉淀池+精密过滤器处理工艺，占地面积小、出水水质好、运行效果稳定可靠、水头损失小、工艺简单、维护方便，在国外应用较多，成功的实例很多，并且积累了成熟的运行管理经验。

（3）本污水处理厂一级A提标改造工程可采用二级出水+高效沉淀池+精密过滤器工艺路线，确保污水处理厂的出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A的排放标准要求，这是一种比较适合本污水处理厂提标改造工程的处理工艺。