淮河流域某无深度处理污水厂的一级A达标改造

王建西

(中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300381)

淮河曾经是中国流域污染的一个缩影。20世纪90年代，淮河流域的工业和生活污染每年向淮河排放的COD超过100×104t，导致淮河水质严重恶化。经过二十多年坚持不懈的治理，治理策略从初期的排污源头总量控制到目前的河流断面控制，淮河水质得以明显改善。

1 项目概况

淮河流域中游某污水处理厂的设计处理能力为10×104m3/d，2007年开始满负荷运行。工艺单元包括粗格栅、提升泵站、细格栅、旋流沉砂池、配水井、选择厌氧池和卡鲁塞尔2000型氧化沟、辐流式二沉池、污泥回流泵房、脱水机房等。设计进水水质见表1，设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准。

2012年开始对该污水处理厂进行提标改造工作[1]，经过对2008年1月至2012年4月实测进、出水的水质分析，提标前实际进、出水水质见表1。

表1 污水处理厂提标前进出水水质Tab.1 Water quality of influent and effluent before upgrading the wastewater treatment plant mg·L-1

确定污水处理厂提标改造工程设计进水水质见表2，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 1l8918—2002)一级A标准。

表2 提标工程设计进出水水质Tab.2 Design quality of influent and effluent of the upgrading project mg·L-1

提标工程改造的工艺单元包括：

(1)将2座厌氧选择池改造为ARP/SSH池，配套新建1座鼓风机房；SSH池为间歇曝气，厌氧、好氧交替运行。

(2)2座氧化沟，每座原有4台表曝机、4台推进器。4台表曝机改为2+2轮值运行，每座氧化沟增加6台推进器。

(3)原有2座污泥回流泵池，每座有2台回流污泥泵，Q=1 740 m3/h，H=6 m，N=30 kW，1台变频，1台恒速。将恒速泵更换为变频泵，Q=400～800 m3/h，H=3 m，N=15 kW。

(4)在原脱水机房空置用地上新增加药装置，由业主自行采购安装。

① PAC制备投加装置。采用一体化成套设备，投加点设在氧化沟出水口，视出水SS和TP投加。

② 醋酸钠制备投加装置。采用一体化成套设备，投加点设在氧化沟缺氧区进水口，视进水TN投加。碳源采用醋酸钠，投加量为1.23 t/d。

(5)新建紫外线消毒渠1座。

2 提标改造技术分析

2.1 ARP/SSH池

提标工程将2座厌氧选择池改造为ARP/SSH池，配套新建1座鼓风机房；ARP/SSH池为间歇曝气，厌氧、好氧交替运行。

好氧运行的实质是将回流污泥曝气再生，一方面为污水提供内碳源；另一方面增强自养硝化菌的活性[2]，提高污水的总氮去除率。二沉池底部的活性污泥在浓缩期间处于缺氧状态。理论分析认为，活性污泥在二沉池底部停留时间较长，其活性会受到拟制，回流进入生物池后需要一段时间恢复才能正常发挥作用。但活性污泥曝气再生会使以碳源为基质的异养菌快速衰减，异养菌细胞溶解会释放出一定量的碳源和氨氮；以氨氮为基质的自养硝化菌则会大量增殖并保持高活性，回流到生物池后立即发挥降解作用，从而提高总氮去除率。

厌氧运行时，效果与原设计相同，聚磷菌在厌氧状态下释磷，在后续好氧环境中超量聚磷，完成磷的生物去除。

ARP/SSH池适合低碳氮比污水的处理，若碳氮比富裕则该工艺不具优势。该项目实际进水NH3-N和TN指标高于设计进水，而BOD5较低。根据《室外排水设计规范》(GB 50014—2006)的要求，要想获得理想的脱氮效果，污水处理厂进水的BOD5/TN宜大于4 ∶1，而实际进水中BOD5/TN仅为1.45。

根据化验结果，ARP/SSH池提供的内碳源约在10～60 mg/L，根据出水水质计算TN去除率为87.44%。按碳氮比4倍计算，BOD5应为206.36 mg/L。虽然ARP/SSH池提供的内碳源并不足以支持全程硝化反硝化脱氮,但内碳源的挖掘有助于深度除磷脱氮效果明显。根据相关研究，污水处理系统中也明显存在着其它脱氮形式，如短程硝化反硝化脱氮、厌氧氨氧化脱氮[3]、内源反硝化脱氮[4]等对总氮去除的贡献。

2.2 氧化沟

该项目有2座卡鲁塞尔2000型氧化沟，尺寸为105 m×55.25 m×5.5 m，其中有效水深为5.0 m，设计水力停留时间12 h 。

污染物去除率与生物池容和活性污泥浓度成正比。由于进水CODCr、BOD5远小于设计值，大约只有设计值的一半，造成氧化沟容积富裕较多，具备池容优势，能够保证提标后的生化反应进行彻底。

每座氧化沟有4台表曝机和4台推进器。由于进水CODCr、BOD5浓度较低，运行2台表曝机即可满足需要。因此将4台表曝机改为2+2轮值运行，客观上造成表曝机之间水流长度成倍增加，原设计的完全好氧状态变为好氧+缺氧状态运行，利于脱氮。造成的推力不足由每座新增加的6台推进器补充。

2.3 二沉池

二沉池所具备的以下三方面的优势，使其具有很好的水力稳定性。

首先是较低的表面负荷率。4座直径为50 m中进周出二沉池的设计平均表面负荷率为0.53 m3/(m2·h)，与常用的表面负荷率1.0 m3/(m2·h)相比，抗冲击负荷能力更强。

其次，二沉池设计出水堰采用60°三角堰，在堰口数相同的情况下，抗冲击负荷能力是常用的90°三角堰的1.75倍。

第三，采用ARP/SSH工艺后污泥回流比从100%降为50%，二沉池抗冲击负荷能力提高2倍。

氧化沟生化反应彻底保证了污泥具备良好的沉降性能，二沉池具有很好的水力稳定性，两者共同作用，取得了良好的沉淀效果。

3 提标改造运行效果

提标改造前后的水质对比见表3。

表3 提标改造前后出水水质Tab.3 Water quality before and after upgrading mg·L-1

其中提标后的水质数据来源于安徽省重点排污单位自行检测及监督性检测信息公开网站2020年一季度自行检测汇总表，表中为平均值。根据调查，污水处理厂运行中从未投加碳源，除磷剂PAC偶尔投加。出水采用次氯酸钠与紫外联合消毒形式，以投加次氯酸钠消毒为主。

该污水处理厂2020年一季度总处理污水量为9 313 044 m3，平均为102 341 m3/d，据此计算提标后的污染物减排量见表4。

表4 提标后的污染物减排量Tab.4 Emission reduction of pollutants after upgrading

该污水处理厂2018年全年处理污水量为39 899 802 m3，全年电耗为10 198 460 kW·h。2018年平均吨水电耗为0.255 6 kW·h，与提标前2012年的0.260 8 kW·h和2013年的0.263 2 kW·h相比，略有降低，见表5。

表5 2018年污水处理量和电能消耗量Tab.5 Wastewater treatment capacity and electricity consumption in 2018

4 结论

① 该项目提标完成后，出水BOD5、CODCr达到地表III类水质要求，TP优于地表IV类，NH3-N优于V类。出水水质大幅提升的同时，吨水电耗并未相应提高，反而比提标前略有降低。

② 该污水厂在低碳氮比水质、无外加碳源、无深度处理构筑物的情况下能够实现一级A全面达标，是ARP/SSH工艺、氧化沟、二沉池发挥各自优势共同作用的结果。我国有相当一部分污水处理厂进水氮、磷浓度较高，而有机物浓度较低。该项目的提标改造，也为类似项目在新建或改造过程中工艺优化、提质增效提供了借鉴。