城镇污水处理厂准Ⅳ类提标改造工艺探讨

2020-06-03李舒扬

四川建材 2020年5期

李舒扬

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司,四川成都 610081)

1 提标改造的必要性

随着《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)的实施,全国不少地区针对城镇污水处理厂出水出台了地方标准。地方标准中主要污染物排放要求与《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)相比都所提高,各水质指标排放限制值(除TN外)与《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅳ类水一致或相近。随着地方标准的实施,大量已建污水处理厂面临提标改造的需要(见表1)。

表1 部分地方标准主要污染物排放限值

2 城镇污水处理厂准Ⅳ类提标改造的重难点

新的准Ⅳ类出水标准与一级A标准对比可知,化学需氧量(CODCr)由50 mg/L提高到30 mg/L或者40 mg/L；五日生化需氧量(BOD5)由10 mg/L提高到6 mg/L,也有部分地区未对BOD5提高要求；悬浮物(SS)由10 mg/L提高到5 mg/L,部分地区并未对悬浮物提高要求；氨氮(NH3-N)由5(8)mg/L提高到1.5(3)mg/L；总氮(TN)由15 mg/L提高到10 mg/L；总磷(TP)由0.5 mg/L提高到0.3 mg/L。

CODCr的去除率与进水的可生化性密切相关。污水生化性较好,即易生物降解和可生物降解的污染物的比例较高,常规的二级处理就可保证出水CODCr值即可控制在较低的水平。当进水中工业废水占比较大时,污水生化性较差,其中不可生物降解的CODCr含量较高,常规生化处理难以保证出水稳定达标,则可采用适当的预处理,提高污水的可生化性,同时建议对进水水质进行成分分析,以确定不可生物降解污染物的含量,若接近甚至高于出水限制值,则需要增设高级氧化处理单元。BOD5去除方面,可以通过降低生化池的污泥负荷,保证足够的充氧量,使活性污泥充分吸附代谢,达到强化二级处理的效果,提高BOD5的去除效率。

出水SS不仅关系到指标本身,出水中的BOD5、CODcr、TP等指标也与之相关。欲提高悬浮物的去除率,可在深度处理阶段设置沉淀和过滤单元,膜处理工艺也能将出水SS控制在较低水平。

氨氮(NH3-N)去除率取决于生化池中硝化反应的程度,硝化反应越彻底则去除程度越高。为生化池提供充足的氧气,使其完全硝化,能保证出水氨氮达标。

新标准要求出水总氮达到10 mg/L,仅依靠二级生化处理恐难达到,须增加后续深度处理单元。同时应强化二级处理,减轻后续单元负荷,提高出水达标保证率。

总磷出水可通过强化二级生化除磷辅以化学除磷的方式加以保证。

3 城镇污水处理厂准Ⅳ类提标改造工艺选择

3.1 针对二级处理单元的改造

3.1.1 二级处理单元工艺改造策略

二级处理是污水处理厂的核心,污水中绝大部分的污染物在二级处理阶段被去除。提标改造应充分挖掘二级处理的处理能力,将污染物在二级处理单元得到最大程度的去除。提高二级处理处理效能的工艺改造策略如下：①新建池体,扩大生化池容积；②选用新型工艺(如MBR或MBBR),提高生化池内污泥浓度,降低污泥负荷；③调整生化池各区容积,明确划分厌氧区、缺氧区和好氧区,合理分配容积,保证各区处理效能；必要时在常规AAO后增设一级缺氧+好氧,强化脱氮除磷效果。

3.1.2 二级处理单元工艺改造实例

安徽省马鞍山市某污水处理厂原设计出水标准为《城镇污水处理厂污染物排放指标》(GB 18918—2002)一级B标(以下简称一级B标)；为适应准Ⅳ类的出水标准,需要强化BOD5、CODcr、NH3-N的去除效果,故新增曝气生物滤池,延长了二级处理的总停留时间,保证出水水质[1]。

长沙市第二污水处理厂由于现出水执行一级B标,现有生化池停留时间仅为4.0 h,加之厂区用地限制,无法新建构筑物,故将现有氧化沟改造成厌氧池+缺氧池,现有二沉池调整为好氧池+MBR膜池。MBR工艺污泥浓度达8 000～10 000 mg/L,相同污泥负荷的条件下可节省部分池容；同时该工艺无需设置二沉池,节省池容空间可作生化池使用,很好地解决了提标需求和用地的矛盾[2]。

浙江省宁波市某污水处理厂一期采用传统活性污泥工艺和二期采用AAO工艺,出水执行污水处理厂二级标准。因本次改造出水水质大幅提高,选择拆除一期构筑物,新建二级处理单元选用AAO生化池+MBR膜池工艺；二期AAO生化池折减处理水量后,总停留时间达16.1 h,强化了对各污染物的去除效果[3]。上海市郊某污水处理厂提标改造中,将现状生化池改造为多段AAO,在原好氧段末端改造为“后置缺氧+好氧段”,改造后厌氧区、缺氧1区、好氧1区、好氧过渡区、缺氧2区、好氧2区的停留时间分别为1.4、2.9、6.9、0.8、0.8、0.6 h。改造后好氧1区的停留时间略显不足,并投加填料来强化处理效果[4]。

上海市青浦污水处理厂在提标改造工程中,采用MBR工艺代替传统二沉池及深度处理单元,大大节约了占地,并保证出水有效稳定达标[5]。

出于实际用地及工期的情况,四川省资阳市城市生活污水处理厂将原氧化沟改造为AAO生化池,同时二沉池改为MBR膜池,改造后厌氧区、缺氧区和好氧区(包括膜池)的停留时间分别为2.4、5.8、9.1 h(其中膜池为2.0 h)[6]。

北方某污水处理厂在无扩建用地的情况下,需提高处理水量,并将出水水质标准由一级A标提高至准Ⅳ类标准。改造工程中,将原AAO-MBBR升级为Bardenpho-MBBR复合工艺,维持原厌、缺氧区不变,扩大现有MBBR区容积,将原MBBR区后的好氧区分隔为后置缺氧区和后置好氧区,并在MBBR区与后置缺氧区之间设调节区。MLSS为3 500 mg/L,总回流比为200%～300%,MBBR最大填充率采用67%。二级生化出水COD为37.22 mg/L,NH3-N为0.54 mg/L,TN为8.04 mg/L,处理效果良好[7]。

为提高COD和BOD5的去除率,四川省宜宾市南溪区罗龙工业园区集中污水处理厂将原CASS池改造为AAO-MBR池,将池内分为厌氧区、缺氧区、好氧区及膜池,污泥浓度和停留时间分别为：2.5 g/L、4.6 h；5.0 g/L、5.8 h；7.5 g/L、12.1 h；10 g/L、3.4 h；改造后生化池内污泥浓度大幅提高,强化了生化处理效果。鼓风曝气量在改造后有所提升,气水比为6.9∶1,以提高NH3-N去除率；同时在好氧池末端增设一段后置缺氧区并提高反硝化回流比,增强脱氮效果[8]。

上海市郊某污水处理厂将现状氧化沟改造为Bardenpho工艺,总停留时间18.1 h,厌氧区、缺氧1区、好氧1区、缺氧2区、好氧2区分别为1.6、6.4、6.4、2.6、1.0 h[9]。

3.2 针对深度处理单元的改造

3.2.1 深度处理单元的工艺选择策略

准Ⅳ类出水标准要求总氮低于10 mg/L,总磷低于0.3 mg/L,仅仅依靠二级处理单元难以保证出水稳定达标,故须设置深度处理单元。除磷主要选择混凝沉淀工艺,脱氮一般选择有反硝化功能的过滤单元；也可选择超滤膜处理工艺作为深度处理工艺。

3.2.2 深度处理单元工艺选择实例

宋浩亮等[1]在强化二级处理的基础上,深度处理单元选用反硝化深床滤池作,通过在滤池进水渠投加碳源及PAC,达到反硝化脱氮及化学除磷效果,同时利用滤料的截留作用去除水中悬浮物,使出水达到准Ⅳ类标准。

浙江省宁波市某处理厂在AAO生化池后,增设高效沉淀池+反硝化深床滤池,通过投加除磷药剂和碳源进一步脱氮除磷,对COD和SS也有一定程度的去除效果[3]。

上海某污水处理厂选用超滤膜作为深度处理工艺,膜平均孔径为0.02μm,可将水中悬浮物和胶体颗粒完全去除。此种超滤膜不同于MBR,无需曝气吹扫和离线清洗[4]。

巢湖流域某污水处理厂选用“混凝沉淀池+斜板沉淀池+反硝化深床滤池”作为深度处理工艺,出水稳定达到地表水准Ⅳ类标准,其中总氮稳定在5 mg/L以下[10]。

合肥市某大型污水处理厂三期工程深度处理单元采用“混凝反应斜板沉淀池+反硝化深床滤池”,可保证污水厂出水TN低于5 mg/L、TP低于0.3 mg/L、SS低于10 mg/L且运行稳定；北方某污水处理厂的二级处理出水中除COD外其余指标皆稳定达出水标准,深度处理单元采用“高效沉淀池+滤布滤池”工艺[7]；为保证出水的SS、TP、TN稳定达标,上海市郊某污水处理厂改造工程的深度处理单元选择混凝沉淀+深床滤池的工艺流程[9]。