某污水处理厂提标至准Ⅳ类废水工艺设计

黄欣，卢扬，王语萌，杜浩强，梁锋

（北控水务集团有限公司，北京 100000）

2017 年1 月1 日开始实施的《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016），对尾水排入岷江、沱江的污水处理厂排放提出了严格的控制标准，本工程即属于岷江流域。成都市城乡水环境综合治理指挥部办公室“成水指函【2016】4 号文”要求：实施《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》，范围内的排污单位在2020 年前全部执行（新建排污单位立即执行）。因此，为了保护流域水环境，保证用户用水安全，更好地响应政府《关于加强污水处理厂建设及扩能提标改造的函》的需要，对污水处理厂进行提标改造势在必行[1]。

1 工程概况

成都市某污水处理厂位于双流县地理位置优越，交通便利，场地平整开阔，一期工程规模为2.5 万m3/d，占地面积为2.05ha，二期工程规模为2.5 万m3/d，占地面积1.35ha，总共3.4ha，出水执行国家一级A 标准后排入白河，污泥经过浓缩脱水后达到含水率低于80%后外运处置。

现有工程采用以A2O、百乐克工艺为主的二级处理工艺，具体工艺流程如下所示：

一期工艺：进水粗格栅（提升泵房）细格栅+曝气沉砂池百乐克生化池+二沉池高效沉淀池接触消毒池出水

二期工艺：进水粗格栅（提升泵房）细格栅+曝气沉砂池A2O 生化池+二沉池纤维转盘滤池接触消毒池出水污水处理厂出水水质按 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A 标准执行。

2 现状运行状况及分析

2.1 存在问题

从污水厂进出水水质检测结果可以看出，污水处理厂一二期工程运行基本正常，出水水质均达到原设计要求，处理规模基本满负荷。但存在一定的问题，主要问题为实际进水水质部分指标低于原设计水质。

2.2 问题分析

2.2.1 老城区雨污合流现象较为突出，导致在雨季污水进水水质偏低，由于老城区实现雨污分流困难很大，这样的状况还将持续较长的时间。

2.2.2 由于人民生活水平近年来获得极大的提高，因此，污水中的含N 污染物的含量大大提高[2]。

2.2.3 一、二期沉淀池均为竖流式沉淀池，配水不均，二沉池出水SS 偏高。

3 提标改造方案

3.1 提标改造思路分析

本项目提标改造重点需要去除的污染物为TN、SS、TP，其余污染物根据现有处理设施已基本可达《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）的相关排放标准[3]。

根据重点去除污染物分析，首先改造一二期生化池，增加隔墙，提升缺氧池容积，投加碳源，保证TN 去除，同时在好氧池增加MBBR 填料，提升水池容积负荷[4]；其次对预处理进行改造，从源头降低进水SS、砂石等污染物，分别在一二期增加一套预处理设施，加强废水预处理，同时可为生化区MBBR 工艺提供预处理保证。此外，在二沉池出水端，新建气浮深度处理工艺，保障深度除磷和尾水SS 去除。

最后利用现状中水处理设备间，增加活性炭投加装置一套，本项目出水要求较高，需满足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）相关要求，活性炭投加装置可作为出水达标的保障措施。

本项目改造工艺采用国内外成熟应用的工艺，技术成熟、有较强的抗冲击负荷能力、新建构筑物较少，改造期间原生化池停产一组，污水进入另一组生产。

3.2 设计水量、水质

本项目污水厂已达设计处理水量，无水量增长需求，故本次设计处理规模仍为5 万m3/d，设计进水水质按之前设计进水水质，出水水质需满足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）相关要求。设计进出水水质见表1。

表1 污水处理厂处理设计进、出水水质（单位：mg/L）

3.3 工艺流程

经过对处理工艺的探讨，本次提标改造工艺主要集中在预处理、生化池和深化处理阶段。首先添加预处理装置，并将生化池改造为A2O+MBBR 生化池，在此阶段污水中的COD、BOD5、TN 和NH3-N 将得到去除；其次将深化处理阶段更改为高密+气浮+盘滤的串联工艺，使SS 和TP 得到进一步去除。污水处理采用“A2O+MBBR+高效+气浮+盘滤”工艺[5]，污泥处理采用机械浓缩脱水工艺。工艺流程详见图1。

图1 污水处理厂提标改造工艺流程图

4 主要构筑物及设计参数

4.1 预处理系统

现状预处理为工艺为“粗格栅+提升泵房+细格栅+曝气沉砂池”，其中一二期各含一套“细格栅+曝气沉砂池”。粗格栅及提升泵房尺寸为：粗格栅L×B×H=6.5×6.7×8.95m；提升泵房L×B×H=6.8×11.2×11.2m，配有5 台提升泵，格栅机两台，格栅栅隙25mm。细格栅及曝气沉砂池尺寸为：一期细格栅6.1×3.0m，一期曝气沉砂池L×B×H=7.45×7.6×2.2m，二期细格栅L×B×H=7.80×3.0×1.6m，二期曝气沉砂池L×B×H=15.46×3.0×2.5m，合计配回转式细格栅4 台，格栅栅隙5mm，螺旋输送机2 台，砂水分离器2台，曝气沉砂池停留时间均只有2min。

本次改造对现状曝气沉砂池处理能力进行减量，采用一体化设备对预处理段进行扩容，总设计规模2 万m3/d，设备台数：2 台（一、二期各一台），单台设备过水能力1.2 万m3/d；水反冲洗强度：Q水冲=4m3/h；水头损失：△hmax=650mm；反冲洗水采用中水；工作气耗：0.2m3/min；工作压力：0.4～0.8MPa；控制方式：根据设备进水负荷由PLC 自动控制，同时设定自动和手动控制。

4.2 生化系统

4.2.1 一期生化池

新建一座隔墙，划出专门的缺氧反硝化区，进行反硝化脱氮；由于划分后原好氧区池容缩小，通过投加悬浮填料的方式，提高容积负荷[6]，实现原池改造提标改造而无需扩大池容[7]；将原悬链曝气更换为底曝，以提高曝气效率，同时在改造后的好氧区内，设置辅助流化曝气管。

处理规模：2.5 万m3/d；厌氧区HRT：1.69h，缺氧区HRT：4.63h，好氧区HRT：6.14h；曝气量：8331m3/h。配置内回流泵4 台(2 用2 备)，Q=289L/s，H=0.5m，N=5.5kW；潜水搅拌器12 台，N=4.0kW，φ=0.58m，n=475rpm，每台配手摇式起吊器；有效生物膜填料膜面积为902400m2，填充比为15%，规格：Φ25×10mm，材质：HDPE，生物膜有效比表面积按800m2/m3；底部辅助流化系统一套；进出水拦截筛网一套，曝气系统一套。

4.2.2 二期生化池

将原A2O 工艺好氧区第一廊道改为缺氧/好氧调节区；将原好氧区二、三、四廊道作为改造后的好氧区，投加悬浮填料，提高容积负荷；由于好氧区需采用拦截筛网分割成MBBR 填料区和非填料区，因此曝气系统重新布置[8]。

处理规模：2.5 万m3/d；厌氧区HRT：1.36h，缺氧/好氧调节 区HRT：2.38h，好氧 区HRT：5.95h；曝气量：7680m3/h。新增内回流泵1 台(与原有2台形成2用1备)，Q=289L/s，H=0.5m，N=5.5kW；潜水搅拌器5 台，N=4.0kW，φ=0.58m，n=475rpm，每台配手摇式起吊器；有效生物膜填料膜面积为949700m2，填充比为16%，规格：Φ25×10mm，材质：HDPE，生物膜有效比表面积800m2/m3；底部辅助流化系统一套；进出水拦截筛网一套；曝气系统一套。

4.2.3 碳源投加系统

设计规模5.0 万m3/d，实际投加量由具体水质确定，投加点为一、二期生化池缺氧段。土建尺寸：L×B×H=12.0×6.0×4.8m，框架结构，1座。配套乙酸钠进料泵1 台，Q=30m3/h，H=15m，N=6.0kW；立式储罐：考虑3.5 d 的储备量，设置2 座立式储罐，单座储罐容积15m3；乙酸钠加药计量泵3 台，2 用1 备，变频控制，Q=180L/h，H=4.5bar，N=0.15kW。

4.2.4 二沉池

原有2 座，一二期各一座，采用平流式沉淀池，本次提标改造沿用原处理设施，无需对二沉池进行改造。每座分两组，两组串联运行，一期单组尺寸L×B=61×13.8m，有效水深3.9m；二期单组尺寸L×B=61×13.8m，有效水深3.7m。平均表面负荷0.62m3/（m2·h）；峰值表面负荷0.80 m3/（m2·h），配套4 台桁架泵吸式吸泥机。

4.3 深度处理系统

4.3.1 气浮池

新建气浮池，并将中间提升泵房及絮凝池合建。在混合池中投加PAC 和PAM，其与水中以悬浮状态存在的各种细小杂质絮凝成可以通过气浮池去除的大颗粒，进一步去除污水中的SS 和TP，保证污水达标排放[9]。通过使加压溶气水与已经产生絮体的絮凝池出水混合均匀，在加压溶气水内微气泡的带动下，絮体上浮至表面，形成浮渣层，表面刮渣机和刮渣桨板将泥渣排出，一些密度较大的颗粒物则下沉至池底排出，气浮处理后的水由清水出口排入后续处理构筑物[10]。

设计规模5.0 万m3/d，Kz=1.38。PAC 和PAM 投加在絮凝池最前端的混合池内，当污水中存在难降解COD 导致出水COD 浓度不达标时，在混合池增投活性炭粉末；絮凝池及气浮池均分2 组建设，单组混合池尺寸为L×B×H=2.5×2.5×4.95m，混合时间为77.5s，单组絮凝池尺寸为L×B×H=4.8×10.0×4.9m，絮凝时间为9.8min，单组气浮池气浮区域尺寸为L×B×H=8.9×10.0×4.9m，停留时间为18.2min；表面负荷为16.15m3/(m2·h)；溶气水回流比：20%。气浮池尺寸为：L×B×H=27.0×22.3×7.0m。

配套潜水轴流泵3 台，2 用1 备，带套筒，Q=1440m3/h，H=1.6m，P=16kW；混合反应搅拌器2 套，φ=960mm，N=3kW，转速85r/min，水下部分为不锈钢；絮凝反应搅拌器4 套，φ=1850mm，N=2.2kW，转速16～31r/min，水下部分为不锈钢；电动葫芦1 套，G=2T，H=12m，P=3+0.4kW；回流泵3 台，2 用1 备，Q=220m3/h；H=65m，功率55kW；溶气器及释放器2 台，处理量：200m3/h；刮渣机2 套，功率3kW；气动控制系统1 套；电气控制柜及电缆一套。

4.3.2 活性炭投加系统

投加活性炭粉末，去除中难降解的COD，保证出水水质达标。

设计规模5万m3/d。土建尺寸L×B×H=9.3×4.2×6.6m，框架结构，1 座。主要设备有料仓1 套，直径φ1800mm，体积为1.5m3，壁厚≥5mm；真空吸料机1 套，2400L/h(最大值)；多螺旋给料机1 套，2.30kg/h；其他包括湿化槽、水射器、料位计、安全阀、空穴振打系统等。

5 工程设计特点

本项目设计主要改造范围为新增预处理设施，改造生化处理系统，增加深度处理系统（气浮池、活性炭投加系统）：

1）保证预处理效果，在不改变原有预处理系统的情况下，单独增加一体化预处理设施，为原预处理设施进行了减量处理，进而提高了项目进水预处理效果，也为后续MBBR 工艺良好运行提供了优良基础；

2）充分利用原有处理设施，在原有生化系统内增加隔墙，将原工艺改为运行稳定的A2O工艺，同时在原有生化池内投加MBBR 填料，充分挖掘生化系统潜力，既充分利用了原有处理设施，又保障了项目脱氮除磷效果；

3）新建气浮池，利用投加药剂及气浮作用，将生化处理中未完全处理完的SS 及TP 进行进一步去除，可以保证出水SS、TP 指标达《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）表1 标准；

4）新建活性炭投药系统，作为出水深度处理的保安工段，为进水水质有冲击、其余处理设施运行不畅等，导致的出水超标提供了保障处理措施，保证了在特殊情况下出水稳定达标的排放要求。

本项目设计可以为需要进行提标改造，且在改造期间，需要承担废水处理任务的老旧污水厂改造，提供可靠的参考经验；在充分利用原有处理设施、深度挖掘原有系统处理能力、稳定达到高标准处理要求及建立保安措施以应对突发情况等方面提供了具体的参考示例。

6 投资及运行成本

本项目提标改造一类费用约6949.56 万元。提标改造运行电耗0.18（kW·h）/t 水，电费0.14元/t 水；药剂费为：PAC 0.08 元/t 水，PAM 0.02元/t 水，碳源0.05 元/t 水，活性炭0.03 元/t 水，污泥处置费0.01 元/t 水，提标改造直接运行成本为0.33 元/t 水。

7 结语

本项目提标改造通过新增预处理设施，对生化系统进行重新规划，投加MBBR 填料，增加气浮深度处理系统。自运行以来，系统保持稳定，整体出水满足《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51/2311-2016）表1 标准要求，为老旧污水厂提标改造至准Ⅳ类水质提供了参考意义。