重庆某乡镇污水厂提标改造工程设计探讨

杨槟榕 崔振业 刘 颖 向 楠 李 波

(1.三峡库区水环境演变与污染防治重庆市重点实验室，重庆三峡学院，重庆 404020； 2.重庆市万州区镇级污水处理有限公司，重庆 404100)

1 工程概况

随着重庆城镇人口不断增加，污水处理厂数量和处理量逐年增加，一些乡镇集中居民点也在逐步完善污水处理设施。重庆某乡镇污水厂设计污水处理能力6 000 m3/d，出水水质达GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准排放，最终受纳水体为长江。目前，该污水厂执行的排放标准已不能满足长江及三峡库区对水环境的需求，根据国务院2015年4月正式发布的《水污染防治行动计划》，针对敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施均应达到一级A排放标准。该乡镇污水厂位于三峡库区中心，为保护长江及三峡库区水环境，因此对该乡镇污水处理厂进行水质提标改造迫在眉睫。

2 污水处理厂现状概况及分析

2.1 污水厂基本情况

该污水厂采用的是A2/O处理工艺，设计处理量6 000 m3/d，出水水质达GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准。污泥处理采用带式浓缩压滤机进行脱水，脱水后污泥(含水率80%以下)外运至专业单位进行污泥处置。工艺流程图如图1所示。

该污水厂设计进出水水质情况见表1。

表1 污水厂原设计进出水水质情况表

2.2 污水厂现状运行情况

2.2.1 进水水质分析

通过对该污水厂2019年1月～2020年6月实际进水水质进行统计分析，各覆盖率对应污染指标浓度见表2。

表2 各覆盖率对应污染指标浓度一览表

污水处理厂设计进水水质保证率比例见表3。

表3 设计进水水质保证率比例

通过以上数据分析，该污水厂进水水质具有下列特点：

1)部分主要指标(COD，BOD5，SS，TN，NH3-N,TP)进水浓度经常超过工程设计值；

2)进水水质浓度波动幅度明显，不稳定，引起的冲击负荷较大；

3)BOD5,TN同步关系较差，造成碳氮比偏低。进水C/N平均约为4.43；

4)BOD5/COD比值较大部分大于0.53，说明该污水厂污水可生化性好。

2.2.2 出水水质分析

通过对该污水处理厂水质、水量进行分析，运行期间出水水质达标情况较好。其中COD，BOD，NH3-N基本达一级A标，部分指标(如TP，TN)需强化二级处理并增设深度处理单元，方可确保稳定达一级A标。特别是TN，在冬季(2018年12月～2019年3月)出水水质常面临超标风险，离一级A标还有较大差距。各覆盖率对应污染指标浓度见表4。

表4 各覆盖率对应出水水质浓度一览表

污水处理厂出水一级A标达标率见表5。

表5 一级A标达标率

2.3 污水处理工艺有效性评价

根据上述对该污水厂实际出水水质的分析，该厂出水能够稳定达到原设计排放标准(一级B标)。可以认为，该污水厂采用的污水处理工艺是合理、有效的。污水处理厂提标改造后出水水质要求一级A标准，因此，需按照一级A标准对该污水处理厂的设计参数进行复核，并对其污水处理工艺进行评价。

2.3.1 生物池参数复核

该污水处理厂设A2O生物池1座2格，设计流量Q=6 000 m3/d。根据现场实际测量情况，生物池有效水深：3.6 m，总停留时间：11.80 h。

按照新的设计出水水质标准，采用硝化、反硝化动力学计算公式，污泥浓度取4 g/L，水温15 ℃，可得出缺氧区所需停留时间2.28 h，好氧区所需停留时间为9.04 h。

从计算结果来看，缺氧区现状停留时间满足一级A标要求，后续可通过强化运行管理，冬季增加有机物投加量等方式使TN达标[1,2]；好氧区现状停留时间略低于一级A标要求，但从实际运行效果来看，氨氮处理效果良好，因此原设计生物池设计参数基本满足新的出水水质标准的处理要求。

2.3.2 二沉池参数复核

二沉池采用中心进水、周边出水，平均流量时表面负荷：0.60 m3/(m2·h)。设计采用负荷较低，在设计进水水质条件下，二沉池出水SS浓度值预计可达到一级B标准，并接近一级A标准。

2.3.3 鼓风机参数复核

该污水处理厂鼓风机房配有3台罗茨鼓风机，2大1小，2用1备运行。大鼓风机2台，单台风量为27.6 m3/min，压差0.49 bar，配套电机功率37 kW；小鼓风机1台，单台风量为15.97 m3/min，压差0.50 bar，配套电机功率22 kW。最不利总供气量为43.57 m3/min，平均流量气水比10.45∶1。

按照新的设计出水水质标准、设计规模6 000 m3/d进行供气量计算，得出最大需氧量为55.6 kgO2/h，最大供气量20.6 m3/min，气水比5.0∶1，可以看出原设计参数已经考虑了一级A标要求，满足新的出水水质标准的供气要求[3]。

3 提标工程工艺方案探讨

3.1 污水二级处理工艺方案探讨

根据对现状污水处理工艺的分析，原设计采用的工艺是合理、有效的，并具有一定的抗水质、水量冲击的能力，能够满足COD，BOD，TN，NH3-N等指标达到一级B标。

但是由于污水厂进水水质碳氮比偏低，且原设计内回流比为100%低于规范要求的200%，因此出水总氮难以稳定达到一级A标。因此本次提标改造工程建议增加内回流比，当进水碳氮比偏低时在生物池进水口补充有机物[4]。

3.2 污水深度处理工艺方案探讨

3.2.1 工艺目标

该污水厂提标改造主要去除的污染物包括COD，NH3-N，TN，SS和TP等指标。部分指标需进一步深化处理，主要包括：对TN，SS和TP等指标的进一步降低，以满足污水厂达一级A标排放的需求。

常规的处理工艺包括混凝沉淀、磁混凝、曝气生物滤池、反硝化滤池、活性炭吸附、臭氧氧化，以及膜技术等，视处理目的和要求的不同，可以为以上工艺的组合[5]。

3.2.2 改造方案

方案一：二级处理出水→高密度沉淀池。

高密度沉淀池工艺是一种高速一体式沉淀/浓缩池，处理效率较高，能较大程度的节省建设用地。它由絮凝反应区、推流区、沉淀区和浓缩区及污泥回流和剩余污泥排放系统组成，该工艺特点较适用于本工程水质波动幅度大、出水SS偏高的情况[6,7]。

方案二：二级处理出水→滤布滤池。

纤维转盘滤布滤池是一种去除悬浮固体的过滤装置。装置由数个转盘同置于一个转辊中组成，转盘上装有可方便拆卸的滤布。滤布的过滤孔径10 μm，可根据出水的要求选择不同的孔径。纤维转盘的运行状态包括：过滤、反冲洗、排泥状态。该设备缺点是电耗较高、对滤布清洗频率较高[8,9]。

3.3 提标方案比选

根据以上分析，考虑到该厂提标最大的难点在于SS和TP的去除，结合当前污水处理提标改造常用工艺，以上两种方案均可采用一体化设备，运行维护简便，高密池占地与投资稍大于滤布滤池，不同之处在于方案一采用的高密度澄清池是目前重庆市深度处理常用的工艺，对于TP，SS的处理效果良好。且由于除磷，需要投加除磷剂，滤布滤池容易堵塞，从维护的便利性考虑，本提标工程推荐采用方案一：二级处理出水加高密度沉淀池处理工艺。

4 提标工程工艺设计探讨

4.1 厂区平面布置

污水处理厂总平面设计中按照区域功能、进出水方向和处理工艺要求，充分利用厂区预留用地修建深度处理区新建构筑物。同时结合厂区地理位置、空间分布结构等因素进行布置，同时考虑便利性、经济性、合理性以及建筑造型、厂区绿化及与周围环境相协调等因素。

4.2 厂区高程布置

该污水处理厂已进行厂区平整，根据原设计各池体水面标高，并考虑各构筑物及联络管路水头损失，确定本工程新增构筑物水面标高。由于厂区二沉池与接触消毒池之间的水头不足以满足深度处理要求，因此考虑设置一座提升泵池，将二沉池出水提升至深度处理单元，处理后出水以重力流流至接触消毒池。

4.3 工艺流程布置

该污水厂提标改造工程设计规模为6 000 m3/d，二级处理工艺在增加药剂投加的基础上能有效去除有机物和氨氮，深度处理系统采用高密度沉淀池能有效保障出水TP，SS稳定达标排放。

5 结语

该乡镇污水处理厂设计规模为6 000 m3/d，提标改造工程在不改变总处理规模的情况下新增高密度沉淀池处理工艺进行深度处理，能够有效保障出水TP，SS稳定达标排放，其余因子通过增加药剂投加管道等技术措施使其均能稳定达GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准排放。