污水处理厂类IV类提标工程设计实例

赵娴

一、概述

某污水处理厂建成规模15万m3/d。目前污水处理采用A2O生物池+连续活性砂滤池工艺，剩余污泥采用机械浓缩脱水后外运至堆肥场进行处理。目前出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918）一级A标准。

随着国家环保政策不断加强，环保监督越来越严格以及地方对环境越来越重视，城市黑臭水体整治工程以及全国范围内污水提标改造工程日益增多。

提标工艺流程如下：现状二沉池出水→细格栅间→高效沉淀池→反硝化深床滤池→接触消毒池→达标出水。

二、设计进出水水质

根据现状污水厂运行情况，可稳定达到一级A标准，故提标工程进水水质为一级A标注：BOD5≤10，CODcr≤50，SS≤10，NH3-N≤5（8），TN≤15，TP≤0.5。

设计提标出水水质为类IV类标准：BOD5≤10，CODcr≤30，SS≤10，NH3-N≤1.5，TN≤10，TP≤0.3。

三、提标工艺的选择

根据出水水质的要求，工程对COD、TN、TP、NH3-N均有去除要求，对于总氮的去除，在二级处理强化阶段通常由于碳源的限制，无法100%稳定达标，因此决定了深度处理阶段需要反硝化脱氮工艺单元的存在，对于TP的去除要求决定了深度处理阶段需要混凝沉淀工艺单元的存在，对于NH3-N去除的要求，决定了深度处理阶段需要曝气单元的存在。但由于现状NH3-N出水已达到类IV类，故深度处理曝气单元为预留，采用加强二级生物处理的方式确保NH3-N出水稳定。

推荐工艺流程为：二级生物处理改造优化运行+混凝沉淀工艺单元+反硝化脱氮工艺单元。

四、工艺单元构筑物的选择

1.混凝沉淀工艺单元方案选择

高效沉淀池及磁混凝澄清池工艺是依托污泥混凝、循环、斜管分离及浓缩等多种理论，通过合理的水力和结构设计，开发出的集泥水分离与污泥浓缩功能于一体的新一代沉淀工艺。该工艺特殊的反应区和澄清区设计，尤其适用于中水回用和各类废水高标准排放领域。

（1）高效沉淀池

高效沉淀池在混合反应区内，靠搅拌器的提升混合作用完成泥渣、药剂、原水的快速凝聚反应，然后经叶轮提升至反应区进行慢速絮凝反应，以结成较大的絮凝体。整个反应区可获得大量高密度均质的矾花，这种高密度的矾花使得污泥在沉淀区的沉降速度较快，而不影响出水水质。

优点：

①絮凝体循环使用提高了絮凝剂的使用效果，节约10%至30%的药剂；

②斜管的布置提升了沉淀效果，具有较高的沉淀速度，可达20m/h～40m/h；

③排放的污泥浓度高：可达30～550g/L。一体化污泥浓缩避免了后续的浓缩工艺，产生的污泥可以直接进行脱水处理；

④耐冲击负荷：对进水波动不敏感。

（2）磁混凝澄清池

磁混凝澄清是高效沉淀池的改进型，是以磁粉为加载载体的磁混凝澄清技术，是当前最先进的沉淀分离技术。主要体现在沉淀效率高、出水水质稳定优异、占地面积小、抗冲击能力强等。但磁混凝澄清池造价高，后期运行维护费用高。

综合比较来看，普通高效沉淀池除磷效果显著，运行稳定，投资最省，因此，混凝沉淀工艺单元推荐采用普通高效沉淀池。

2.反硝化脱氮工艺单元选择

目前常用的反硝化工艺主要有反硝化生物滤池和反硝化深床滤池两种：

（1）反硝化生物滤池

反硝化生物滤池，是“生物膜法”污水处理技术的一种，其最大的特点是集生物氧化和截留悬浮物于一体，同时起到生物处理和物理处理的作用，节省了后续二次沉淀池，有机物容积负荷高，水力负荷大、水力停留时间短，占地、基建投资少，出水水质好。但对进水水质要求高，滤料易堵塞，水头损失大，能耗高，药剂投加量多，费用较高。

（2）反硝化深床滤池

反硝化深床滤池采用粗石英砂滤料，在滤池运行过程中存在着过滤和反硝化两种功能。

反硝化过程中，有机物作为电子供体提供能量并得到氧化降解，利用硝酸盐中的氮做电子受体，使得硝态氮还原成氮气，其反应式如下：

污水厂的深度处理反硝化滤池，滤池进水的碳源（BOD）已经比较低，为保障反硝化生物菌群的正常生物活性，需要适当的碳源（如甲醇）。滤池作为污水厂污水深度处理的保障性工艺，如果碳源投加过量，则引起污水厂出水BOD超标，反硝化滤池采用“进水流量信号+进水溶解氧浓度信号+进水硝基氮浓度信号+出水硝基氮浓度信号”的碳源投加机制，能精确的控制碳源投加量，能做到经济节能稳定的运行。

综合比较来看，反硝化深床滤池结合了反硝化滤池和砂滤池的优点，出水TN和SS具有同步去除效果，运行稳定可靠，反应器启动快速等优点，出水水质能够满足本次SS及TN的要求。

且反硝化深床滤池具有较好的运行灵活性，可根据TN在二级处理阶段能否达标，决定是否投加碳源，运行反硝化或过滤模式。

故提标工程推荐采用反硝化深床滤池。

五、构筑物设计

1.细格栅间

新建1座，规模为15万m3/d。与高效沉淀池合建，以节省用地。

序号 项目名称 设计参数1设计流量（m3/s） 2.26 2 设计过栅流速（m/s） 0.90 3栅条间隙（mm） 5.0 4栅前水深（m） 4.0 5格栅宽度（m） 2000mm 6 循环齿耙清污机格栅台数 2 7水头损失（m） 0.30 8 总平面尺寸（长×宽） 15X5.4m

2.高效沉淀池

新增加4座，规模为15万m3/d。

序号 性能参数名称 规格 单位1设计流量 150000 m3/d 2设计处理线 4 条3 单处理线处理流量 1562.5 m3/h 4 机械搅拌池停留时间 1.64 min 5 机械搅拌池有效容积 42.77 m3 6 中间反应池停留时间 2.08 min 7 中间反应池有效容积 54.33 m3 8 快速混合反应池停留时间 8.17 min 9 快速混合反应池有效容积 212.5 m3推流区有效容积 139 m3推流区停留时间 5.34 min 10 斜管区有效沉淀面积 149.3 m2 11 斜管区平均表面负荷 10.47 m/h 12 斜管区最大表面负荷 13.61 m/h

3.反硝化深床滤池

共建设一座，分为12格，总规模为15.0万m3/d。

序号 参数 单位 数值1 总格数 格 12 2 总过滤面积 m2 1317.6 3 有效滤料总体积 m3 2411.208 4 硝态氮容积负荷 KgNO3-N/（m3.d） 0.40 5 单池过滤面积 m2 109.8 6池长 m 22.5 7池宽 m 4.88 8池高 m 5.80 9 滤料厚度 mm 1830（不含承托层）10 滤料规格 mm 1.7～3.35石英砂11 单池滤料体积 m3 200.934 12 平均时正常滤速 m/h 4.74 13 平均时强制滤速 m/h 5.17 14 最大时正常滤速 m/h 6.16 15 最大时强制滤速 m/h 6.721 16 水反冲洗强度 m3/m2·h 15 17 气反冲洗强度 m3/m2·h 90 18 水头损失 m ≤2.44 19 液位控制 恒液位控制20 反冲洗周期 h 24～48 21 反冲洗水量 ≤3%

六、结论

污水处理厂提标改造采用细格栅+高效沉淀池+反硝化深床滤池工艺，具有运行效果好，管理简单，工程投资省的优点。出水水质达到类IV类排放标准。