二十埠河流域河道排口高效脱氮除磷污水应急处理系统应用研究

中持水务股份有限公司安徽分公司 张远国，张国强，吴昌敏，李菊芳，雷燕

城市黑臭水体不仅给群众带来了极差的感官体验，也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题，国务院颁布的《水污染防治行动计划》[1]提出“到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除”的控制性目标。城市黑臭水体整治已成为改善城市人居环境工作的重要内容，入河排污口污水应急处理是黑臭水体治理中控源截污的重要措施。在管网改造和海绵城市建设暂时没有到位的情况下，对污水排口、雨污合流排口和雨水排口进行处理且稳定达标显得尤为重要[2]。以合肥市瑶海区二十埠河流域某排污口污水应急处理工程为例，为解决河道污水直排口问题和缓解污水管网高水位运行问题，根据河口水量、水质特点及存在的问题，设计“AO（自循环）多效澄清”处理系统，对入河污水进行治理后排放，可减轻城市黑臭水体治理负担，改善河道水环境质量。

一、项目概况

二十埠河为合肥市南淝河支流，又名龙塘河，是合肥市东部的一条重要季节性河流，发源于长丰县三十头乡的南部，流域面积136km2，全长27.0km。每年经二十埠河排入湖区的大量污水淤泥对水源地造成直接危害，源水氨氮含量严重超标，富营养化严重，蓝藻大量滋生，水质恶化，危及城市供水安全。沿河存在较多排口，通过现场勘测调查，二十埠河流域某排污口存在雨污混接、排口隐蔽、水质水量不稳定等问题，该河道排口污水主要污染源来自未彻底截污的污水、施工废水和初期雨水等。现阶段雨污分流正本清源效果显现缓慢，老城区和新城区污水处理能力均存在差异，雨季溢流污染调蓄能力严重不足，雨季混流污水处理能力欠缺等导致排口水污染严重，直接影响二十埠河乃至巢湖的水环境安全。

二、工程方案设计

（一）进水水量水质

经过对河口排水水质采样检测，水质参数表如表1。污水应急处理系统设计处理规模：5000m3/d，总变化系数1.3。河口排水经收集处理后排入二十埠河，作为河道生态补水。

表1 河口排水水质

（二）工艺选择

该河口排水水量不稳定，若直接接管进污水厂，可能超出污水厂处理能力，而且排水COD、NH3-N等污染物超标，C/N较低，水质不满足污水处理厂进水标准；出水水质主要考核指标为COD、NH3-N、TP，出水NH3-N要求达到2mg/L以下，要求较高；排口周围可用空地面积较小。此时亟需一套高效脱氮除磷、占地面积小、运营操作简单、投资及运营成本低的污水处理工艺。结合目前国内使用的污水处理技术和案例，可用的工艺有MBR工艺、A2O+BAF、自循环式生物反应处理新技术。MBR虽然出水水质好，但是对设备的控制要求太高，而且设备的数量较多，投资和运行成本较高，在膜发生污堵的时候，存在直排风险。A2O+BAF虽然对氨氮、有机质及总磷去除效果较好，但是工艺流程较复杂，能耗成本较高。而自循环式生物反应处理新技术采用自循环生物模块与成熟的活性污泥法结合，具有创新性，同时不需要大量加药，设备简单，建设周期短，便于管理，运转可靠性好，抗冲击负荷强，经营成本及建设投入均较低，适用于该河口应急工程。考虑自循环好氧池出水含有较高浓度硝酸盐，不利于厌氧释磷，后续增加ClaWon多效加载澄清池，利用混凝沉淀强化除磷，同时可保障出水SS达标。考虑后期对出水总氮的要求，在自循环好氧前设置缺氧池。

综上，净水站选择“一体化提升泵站+缺氧池+自循环好氧池+ClaWon多效加载澄清池+巴氏计量槽”的工艺。

（三）工艺描述

入河排水经一体化泵站提升泵送至格栅井，除去水中大的杂质后自流进入配水系统平均分配至缺氧池，缺氧池设置潜水搅拌机，通过回流混合液将污水中较难降解有机物分子转化成容易降解的小分子有机物，有效提高系统的脱氮效率。缺氧池再自流至自循环好氧池，自循环好氧池通过导流装置的设置，将生化污水处理技术中的生化反应区和污泥沉淀区整合，并在底部设置污泥斗。污水由底部反应器底部进入，经环流运动与反应器内活性污泥充分混合，之后在两侧沉淀区进行泥水分离，最终上清液由沉淀区上部溢流排出，污泥自动沉降至反应区，剩余污泥由经污泥斗定期排出。反应区下部设有微孔曝气器，由罗茨风机供气用于提供溶解氧及反应器内液体循环流动的动力，快速有效地去除水中的COD、氨氮等。经沉淀区固液分离后上清液自流至多效加载澄清系统，投加系统通过投加介质和混凝剂（PAC和PAM），使悬浮物在较短时间内（约6-9min）形成以介质为载体的“微絮团”。经过混凝之后的水再自流进入高效澄清器进行固液分离净化，高效澄清器通过快速沉降（约为15min），总磷得到很好的去除，出水达标排放。工艺流程图如图1。

图1 污水处理工艺流程

由自循环好氧池产生的剩余污泥及高效澄清器分离出的污泥，排入污泥浓缩池，经叠螺机脱水后的泥饼暂存，定期外运处置。污泥浓缩池上清液自流至废水池，经泵提升至生化系统循环再处理。

（四）工艺特点

（1）自循环好氧池是利用利浦罐与自循环生化模块相结合对池体结构进行改造，实现了工艺主体模块化，具有建设周期短、建设成本低、运营维护简单、可灵活拆装等优点，适合河口类应急处理工程。

（2）ClaWon多效加载澄清技术通过添加比重为4.8～5.1的磁粉，使得絮体的比重大大提高，从而在澄清池中可以实现高效固液分离，能够有效去除TP及SS等污染物；

（3）自循环好氧池集生化反应与沉淀于一体，在好氧曝气完成污染物降解的同时，利用曝气提供的气升动力，完成污泥回流，不需要污泥回流泵，减少前期购置费及运营成本。

（五）主要构筑物及设计参数

如表2。

表2 净水站各构筑物参数

三、运行效果

（一）处理效果

进水水质中的C/N=2.32-6.89，属于低碳氮比[3]，驯化初期为2019年11月份，污水处理系统污泥驯化及系统调试的气水比=18:1，总回流比=200%～400%，MLSS=3000～6000mg/L，出水显淡黄色。工程实景如图2所示，高效脱氮除磷污水应急处理系统从2020年1月到2020年10月运行约10个月，出水稳定达标，由于6-8月属于合肥地区梅雨季节，进水水质较低，虽然随着水量的波动进水COD、NH3-N、TP都有较大的波动，但是出水COD、NH3-N、TP都分别低于40mg/L、2mg/L、0.3mg/L，均满足《地表水环境质量标准GB3838-2002）》Ⅴ类水标准。处理效果见图3，对COD去除率最高达到95%，对氨氮去除率均在98%以上，总磷去除率达到96%以上，说明该系统运行稳定，抗冲击负荷能力强，适用于河口应急污水处理项目（见图2，图3）。

图2 高效脱氮除磷污水应急处理系统工程实景

图3 高效脱氮除磷污水应急处理系统1-10月COD、氨氮、TP去除效果

（二）技术经济分析

高效脱氮除磷污水应急处理系统主体采用“AO（自循环）+多效澄清”工艺，建设总投资约960万元，施工工期60天。根据进水水质波动不同情况，直接运行成本为：0.71元/m3，其中人员成本0.171元/m3；能耗成本0.089元/m3；药剂包括除磷剂、碳酸钠、磁粉、PAM阴离子、PAM阳离子等，成本0.113元/m3；1-10月份平均产泥量0.2066kg/m3，折算污泥处置成本0.229元/m3；日常监测0.1元/m3；日常维护0.008元/m3。处理出水稳定，抗冲击负荷能力强，系统手自一体化运行，操作人员主要完成配药及定期巡检即可。压滤后泥饼作为五联单蚯蚓养殖原料实现资源化循环发展。

四、结论

根据目前国家政策，按照《长江经济带沿江取水口、排污口和应急水源布局规划》要求，需开展地级以上城市384个入河排污口的整治工作，河道排口污水应急处理具有较大的需求空间。本案例针对入河排污口的水质特点，采用“AO（自循环）+多效澄清”高效脱氮除磷污水应急处理系统，具有占地面积小、建设成本较低、启动快、运行稳定、抗冲击负荷能力强、管理方便等优点，且出水水质满足《地表水环境质量标准GB3838-2002）》Ⅴ类水标准中CODcr≤40mg/l，NH3-N≤2(3)mg/l，TP≤0.3mg/l，pH:6-9，具有推广应用价值。