某污水厂提标改造工程工艺方案及设计要点

2021-04-26白生云

山西建筑 2021年9期

白生云

(太原市市政工程设计研究院，山西太原 030002)

改造前污水处理厂采用改良A2/O+接触过滤工艺，一期工程于2010年7月正式投产运行，污水厂排放标准执行GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准，出水最终进入汾河。根据山西省水污染治理工作领导小组办公室于2017年9月4日发文件：晋水防办发[2017]25号关于印发《山西省水污染防治工作方案实施情况考核规定》(修订稿)的通知要求：现有城镇污水处理设施，要因地制宜进行改造，2017年年底前达到一级A排放标准或再生利旧要求。2020年年底前，城镇污水处理设施外排污水化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)三项指标应达到地表水环境质量Ⅴ类标准。为此，实施了提标改造工程。

1 进出水水质及规模确定

污水厂设计进、出水水质及规模是污水处理厂设计基础数据。进水水质指标浓度频率分布曲线基本符合正态分布规律,可以依据统计学原理进行分析[1]，本项目采用90%的保证率确定进水水质。通过对近两年的全年及采暖期进水水质数据的统计分析，综合确定进水水质，出水水质则依据相关政策要求确定，具体水质统计数据及对比表见表1。依据2016年总体规划评估报告中现状建设规模及人口数据，采用城市单位人口综合用水量指标法预测污水量[2]，将污水厂处理规模由现状4.0万m3/d调整为3.0万m3/d。

表1 水质分析数据及对比表 mg/L

2 改造工艺方案的确定

根据改造前出水水质数据及运行情况，可知存在TN不能稳定达标，深度处理单元运行故障多等主要问题。通过对现状生物池改造、增加混凝沉淀构筑物、增强化学除磷能力以及更换运行不正常的设备实现水质稳定达标。

2.1 生物处理工艺的确定

污水处理工艺的选择应充分考虑技术的可行性，经济的合理性，对污水水质水量的适应性，运行的稳定性等多种因素，经综合考量后确定。通过比较常用于污水厂提标改造工程的Bardenpho工艺、多段AO工艺、MBBR工艺及MBR工艺等生物处理工艺，认为Bardenpho工艺具有脱氮效果好，出水不经过滤，TN可以达到3 mg/L～5 mg/L，第二缺氧池可利用微生物内源代谢物质和慢速降解底物进行反硝化，节省碳源等优点[3]。结合本工程具体情况，本次提标改造参照五阶段Bardenpho工艺进行改造，将原生物池由改良A2/O改造为六段脱氮除磷工艺，即保留原前置反硝化区、厌氧池及缺氧池，将原好氧池划分为第一好氧池、第二缺氧池及第二好氧池。

2.2 深度处理工艺的优化

接触过滤工艺简单，过滤周期长，运行费用低，适用于夏季二级出水水质较好时的深度处理，但总体去除效率不如微絮凝过滤及混凝沉淀过滤工艺，尤其是冬季出水不能稳定达标。为了获得较为优质的出水且系统有较强的缓冲能力，污水深度处理工艺采用混凝+沉淀+过滤工艺方案。针对现状污水厂内采用接触过滤缺少絮凝沉淀单元，增加絮凝沉淀单元。由于用地受限，选用高效反应沉淀池。

2.3 除磷工艺的改进

根据药剂投加点和混凝剂特点的分析及当地污水处理厂运行经验，结合污水处理进出水水质及污水处理工艺选择情况，采用同步沉析与后置沉析相结合的除磷工艺[4]，同步沉析采用聚合硫酸铁(PFS)混凝剂投加至生物池出水端将TP降至1.0 mg/L，后置沉析投加选用混凝剂PAC与助凝剂PAM，投加至深度处理混合池及絮凝池，进一步将TP处理达标。

3 工艺设计

工艺设计部分介绍重点改造部分，包括现状生物池改造、新增高效沉淀池及新增综合加药间的功能原理、设计参数及主要设备选型。

3.1 现状生物池改造

利旧现状生物池，将原来改良A2/O工艺改造为前置反硝化区、厌氧区、缺氧区Ⅰ、好氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ和好氧区Ⅱ，其中前置反硝化区用于去除回流污泥中富含的硝酸盐，以降低或消除硝酸盐对厌氧区释放磷的影响；厌氧区的主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；缺氧区Ⅰ利旧污水中原有的碳源进行反硝化脱氮；好氧区Ⅰ用于去除原水中的BOD、除磷及硝化；缺氧区Ⅱ通过投加外碳源进行反硝化脱氮，将总氮处理至达标水质；好氧区Ⅱ主要用于处理缺氧区Ⅱ反硝化剩余的有机物。

1)主要设计参数。设计水温10 ℃，好氧区设计污泥龄10.7 d，污泥总产率系数1.0 kgVSS/kgBOD5，污泥外回流比100%，混合液内回流比150%，污泥浓度4 000 mg/L，污泥负荷0.09 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，脱氮速率0.032 kgNO3-N/(kgMLSS·d)。总水力停留时间26.02 h，其中前置反硝化区水力停留时间3.13 h，厌氧区水力停留时间2.4 h，缺氧区 Ⅰ 水力停留时间7.29 h，好氧区 Ⅰ 水力停留时间8.00 h，缺氧区 Ⅱ 水力停留时间4.18 h，好氧区 Ⅱ 水力停留时间1.00 h。

2)主要设备参数。前置反硝化区：潜水推进器，6套，电机功率N=4.3 kW(利旧)；厌氧区：潜水推进器，6套，电机功率N=4.3 kW(利旧)；缺氧区Ⅰ：潜水推进器，6套，电机功率N=4.3 kW(利旧)；好氧区Ⅰ：管式曝气器，规格φ65，L=1 000 mm，1 664根(新增)；内回流穿墙泵，4台，流量Q=950 m3/h，扬程H=1.0 m，功率N=7.5 kW；缺氧区Ⅱ：管式曝气器，规格φ65，L=1 000 mm，560根(新增)；潜水推进器，6套，D=1 800，电机功率N=3 kW(变频控制)；好氧区 Ⅱ：管式曝气器，规格φ65，L=1 000 mm，240根(新增)。

3.2 新建高效反应沉淀池

由反应、预沉、浓缩及斜管沉淀等反应单元组成，在此构筑物中从低速反应区到斜管沉淀区矾花能保持完整，并且产生的矾花质均密度高，在斜管沉淀高密度矾花得到很好的沉淀。

1)主要设计参数。

混合室：2座，有效容积37.5 m3(单格)，速度梯度450 s-1；絮凝反应区：2格，有效容积：162.5 m3(单格)，反应时间10 min，直径2.7 m；沉淀区：2格，表面负荷12 m3/(m2·h)，沉淀池入口流速0.013 5 m/s，污泥回流比2%，污泥浓缩时间8 h。

2)主要设备参数。

絮凝搅拌器，2台(变频)，电机功率7.5 kW；絮凝反应筒，2套，直径2 700 mm；快速搅拌机，2台，功率11 W；中心传动污泥浓缩机，2台功率，直径11 m，N=1.5 kW；螺杆泵，6台(污泥循环2台，污泥排放2台，各备用1台，均采用变频)，最大流量40 m3/h，扬程20 m，功率7.5 kW；斜管长度1 m，斜管倾角60°，斜管内径φ=80 mm。

3.3 新建综合加药间

将乙酸钠投加系统、聚合氯化铝投加系统及聚丙烯酰胺投加系统，新建一座综合加药间。聚合硫酸铁投加系统利旧现状加药间内设备。综合加药间是污水处理厂的一个重要处理单元，本次改造工程中，根据工艺要求，需向污水中投加碳源、混凝剂及助凝剂等：由于污水进水碳氮比较低，需要投加外碳源来满足生物脱氮的需求，提高总氮去除率；由于二级生物处理对磷的去除效果有限，因此必须辅以化学除磷，在生物池末端需投加混凝剂聚合硫酸铁(除磷剂)，使药剂与水中的磷酸盐反应形成较大的絮体，便于从水中分离；深度处理段需向高效反应沉淀池提供所需的混凝剂聚合氯化铝及助凝剂聚丙烯酰胺(阴离子型)。

3.3.1乙酸钠投加系统

乙酸钠作为生物脱氮所需的外碳源。

1)主要设计参数。

设计投量140 mg/L；每日设计投量(无水乙酸钠纯度按99%计)：4 270 kg/d；原料液浓度：33%；投加点：生物池缺氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ。

2)主要设备参数。

乙酸钠储罐，2座，直径3 350，高4 m(水深3.65 m，超高0.35 m)，总容积35.2 m3(有效容积32.2 m3)；乙酸钠进料泵(磁力泵)，1台，流量Q=15 m3/h，扬程H=20 m，功率N=2.2 kW；乙酸钠投加泵(隔膜式计量泵)，2台(1用1备)，单台流量Q=200 L/h～1 000 L/h，单台扬程H=40 m，单台功率N=0.75 kW；在线稀释装置，1套，将药液稀释至10%。

3.3.2聚合氯化铝(PAC)投加系统

1)主要设计参数。

混凝剂设计投量：20 mg/L；混凝剂每日设计投量(Al2O3含量以29%计)：600 kg/d；配置浓度：10%；每日配置次数：2次；投加点：高效沉淀池混合池。

2)主要设备参数。

PAC溶解箱：1座，直径1 200，高度1.5 m(其中超高0.35 m)V=1.5 m3，N=0.75 kW；PAC溶液箱：2座，容积V=1.7 m3，N=0.75 kW；PAC投加泵(隔膜式计量泵)：2台(1用1备)，单台流量Q=100 L/h～500 L/h，单台扬程H=40 m，单台功率N=0.75 kW。

3.3.3聚丙烯酰胺(PAM)投加系统

投加的絮凝剂选择阴离子型。

1)主要设计参数。

絮凝剂设计投量：1 mg/L；絮凝剂每日设计投量(纯度以90%计)：33.3 kg/d；配置浓度：0.3%；稀释浓度：0.1%；每日配置次数：1次；投加点：高效沉淀池内絮凝区。

2)主要设备参数。

一体化PAM加药装置：1台，投药能力2 kg/h～10 kg/h，功率N=5 kW；PAM投加泵(隔膜式计量泵)2台(1用1备)，单台流量200 L/h～1 000 L/h，扬程H=40 m，功率=0.75 kW；在线稀释装置1台，输入药液浓度0.3%，输出药液浓度0.1%。