地埋式小型生活污水处理站改造实例

余承烈， 吴旭红， 李豪， 李新红， 韩温堂， 刘晨斌

（1.运城市浩汉环保科技有限公司， 山西 运城 044000；2.山西阳光焦化集团股份有限公司， 山西 河津 043300）

1 工程概况

某集团公司生活区有19 栋职工住宅楼（其中11 栋住宅单元楼， 8 栋集体宿舍楼）， 3 栋办公楼，1 座小型游泳馆， 2 座职工餐厅， 1 座公共浴室。常驻人口约2 200 人。

在紧邻游泳馆旁边， 有1 座占地156 m2的地埋式污水处理站， 2015 年建成。 污水处理站原设计处理水量为360 m3／d， 采用O／A／O-沉淀-石英砂过滤-二氧化氯消毒工艺， 整体结构为钢筋混凝土地埋式， 上面覆土厚0.8 m， 可以种花草， 设计最大有效水深为4.5 m。 但该污水处理站自建成以来， 一直没有正常投运， 调试都没有完成； 并且当时设计的排放标准是GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准， 已不能满足目前的环保要求， 亟需提标改造至一级A 标准。 通过现场实地踏勘， 提出了针对性的改造措施。 本文介绍了该工程的改造情况及效果， 以期为同类工程提供参考。

2 设计水量水质

该公司实测生活污水排水量在350 ～390 m3／d之间， 其中游泳池排污属于间歇排水。 因此， 设计水量定为360 m3／d。 根据实测水质确定设计进水主要指标， 经处理后， 出水水质达到GB 18918—2002 一级A 标准， 设计进出水水质见表1。

表1 设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 原工艺存在问题及改造措施

3.1 原工艺存在问题

（1） 进水管高度有误。 污水排水管入口比格栅井进口低， 污水排水管在进格栅井前标高为-2.30 m， 格栅井进口管标高为-1.60 m， 排水管有一段带压运行， 大部分污水在进格栅井前越过截留溢流堰接入污水处理站清水池外排管中， 直接外排。

（2） 调节池容积偏小， 调节量不够， 有一部分污水通过格栅井溢流口外排。 现场调研发现， 游泳馆和公共浴室均是短时间集中排水， 原设计调节池有效容积为60 m3， HRT 为3.6 h， 明显偏小。

（3） 缺氧池和两级接触氧化池悬挂立体填料，检修困难； 接触氧化池池底安装了微孔曝气头， 进一步增加了检修难度。

（4） 有效水深太浅， 影响充氧效率。 本污水处理站设计有效水深为4.5 m， 由于各池进水口设计失误， 受清水池出口标高影响， 重力流条件下， 调节池实际有效水深只有2.9 m。 根据文献［1］， 氧气转移率和水深比的关系为KLa2／KLa1＝β（h1／h2）1／3， 经过计算， 氧气转移率下降为原来的77%。

（5） 沉淀池设计不满足规范要求。 沉淀池的HRT 为3.5 h， 表 面水力 负 荷为0.71 m3／（m2·h），小于《规范》［2］规定的1.5 ～2.5 m3／（m2·h）， 且沉淀池是按照竖流沉淀池设计的， 而有效水深却只有2.5 m， 高径比不满足设计规范要求。

3.2 改造方案

针对原工艺存在问题， 结合现有构筑物实际情况， 提出了以下改造措施：

（1） 增加1 座截流井。 针对排水管道入口比调节池进口低， 污水处理站进水管长期溢流的问题，在原清水池排水管上设计1 座截留井， 截流井底标高为-4.20 m， DN 400 mm 铸铁管， 重力流到格栅井， 格栅井和集水井合建［3］， 在集水井（标高-7.80 m）安装潜污泵， 一次提升到调节池， 既解决了进水管低于调节池入口标高的问题， 又通过提升增大了调节池的有效水深。

（2） 扩大调节池体积， 并增加二次提升。 将原调节池、 一级接触氧化池、 缺氧池池底联通， 合成新的调节池， 增大调节池体积， 增加调节时间， 在新调节池设计二次提升潜污泵。 新调节池可以发挥水解酸化的作用， 同时设计了预曝气装置［3］（间歇曝气）。 根据经验， 小型生活污水处理站调节池的HRT ≥12 h， 有利于稳定运行。

（3） 新建新型接触氧化池和高效沉淀池。 原污水处理站是混凝土整体现浇施工， 顶盖是现浇钢筋混凝土， 缺氧池和两级接触氧化池悬挂立体填料，人孔较小， 检修不方便； 且原污水处理站紧邻游泳馆， 卫生条件差， 甲方要求移位建设。 改造方案是： 在距离原址约35 m 的地面上新建接触氧化池和高效沉淀池， 结构设计为2 座设施一体化布置。

改造后的处理工艺流程如图1 所示。

图1 改造后的处理工艺流程Fig. 1 Flow of modified treatmetn process

4 主要处理构筑物及设计参数

工程改造后， 各主要处理构筑物及其设计参数见表2。

表2 改造工艺主要处理构筑物及设计参数Tab. 2 Main structures and design parameters of modified process

5 工艺设计特点

（1） 优化进水条件。 新设计截流井， 彻底解决进水管雍水溢流的问题； 设计二次提升， 虽然增加了污水提升能耗， 但是增加了地埋式调节池的有效容积， 同时在新调节池设计了预曝气， 把原有的设施全部利用起来， 运行方便且灵活。

（2） 调整处理设施功能， 优化整体工艺。 将原调节池、 一级接触氧化池、 缺氧池池底联通， 合成调节池。 增大调节池体积， 增加调节时间， 根据经验， 小型生活污水处理站的调节池HRT ≥12 h，有利于稳定运行。 改造后调节池预曝气［3］， 既可防止杂物沉淀， 又能去除一部分COD； 同时， 调节池预曝气以后， 可以接受二沉池的硝化液回流， 也可以接受好氧池的混合液回流， 对去除总氮有效果。 运行控制灵活方便， 污水站整体采用PLC 总控制， 间歇曝气， 通过调试固定曝气时间。

（3） 采用新型工艺。 选择专利技术， 设计新型接触氧化池［4］， 新型接触氧化池结构如图2。 污水进入中心筒， 通过中心筒深入到接触氧化池底部，转向上流， 上流的过程中通过填料层， 填料层厚度为2 m， 填料上长满微生物。 曝气采用射流曝气，射流曝气管通过套管伸到填料层下， 检修射流曝气器时， 直接从套管中抽出来在池顶操作， 方便易行。 射流曝气的气水比为3 ∶1， 溶解氧质量浓度控制为2.5～3.5 mg／L， 单个射流曝气器的进气量为15～20 m3／h， 共设计2 个射流曝气器， 射流曝气器循环水泵功率为3.0 kW。 新型接触氧化池填料为多面空心球， 直径为30 ～ 50 mm， 孔隙率为95%。 运行实践表明， 填料不堵塞， 射流泵安装在接触氧化池旁半地下通行沟里， 噪音小， 防冻， 检修方便。 工程交付3 a 多， 一直稳定运行。

图2 新型接触氧化池结构Fig. 2 Structure of new catalytic oxidation tank

高效沉淀池采用新型结构［5］， 其结构类似于接触氧化池， 结构示意如图3 所示。 设计有一层填料， 填料用不锈钢筛网固定在上部， 填料的材质为PP， 直径为30 ～ 50 mm， 填料在筛网之间可以活动， 不易堵塞。 沉淀池底部排泥的时候， 流量很大， 几乎是进水量的10 倍， 靠大流量短时间的向下流动， 冲刷填料。 该高效沉淀池已经运行3 a，没有出现填料堵塞现象。

图3 高效沉淀池结构Fig. 3 Structure of high efficient sedimentation tank

同时， 这种新型结构的沉淀池在填料下方会形成一层高浓度污泥悬浮层， 相当于一个悬浮状态的污泥过滤层， 混凝作用很明显［6-7］。

（4） 后置缺氧池。 把原来的二级接触氧化池改造为后置缺氧池， 在池中布置旋流曝气器， 保持溶解氧质量浓度在0.2 ～0.5 mg／L 之间， 完成缺氧反应。 可以在高效沉淀池出水处投加碳源， 提高反硝化效率， 降低TN 浓度。

（5） 原罗茨风机、 砂滤器保留。 利用原罗茨风机负担所有地下水池的曝气风量， 间歇运行， 每小时曝气20 min， 合计每天运行时间为8 h， 可以防止池内有沉积， 同时又可以起到氧化作用。 改造以后， 虽然增加了二次提升和射流曝气泵， 但是罗茨风机优化后每天仅运行8 h， 整体系统每天少耗电12 kW·h。

6 运行结果

提标改造完成后， 2019 年6 月4 日～7 月20日的出水主要指标统计分析结果如表3、 图4 所示。

表3 实测进出水主要指标Tab. 3 Actual measured influent and effluent water characteristics

图4 实测进出水COD 变化Fig. 4 Changes of COD concentrations in influent and effluent water

7 结语

（1） 地埋式一体化布置的污水处理站设计时，要充分发挥调节池的调节作用， 水深尽量设计在5 m 以上， 有利于保证后续处理设施的有效水深。 顶部盖板设计时， 要考虑检修方便， 人孔、 检修孔要预留大一些。 悬挂填料的池子盖板可以设计成活动的， 方便更换填料。 曝气头设计成可提升的旋流曝气头， 穿过填料层时， 可设塑料套管， 方便曝气头上下提升， 更换、 检修都很方便。

（2） 接触氧化池在处理低浓度污水时性能更优越， 可以不要污泥回流， 微生物在填料上菌相丰富， 可以同时去除NH3-N、 TN、 TP。 填料上挂满活性污泥， 剩余污泥量很少， 减轻了污泥处理负担。 射流曝气器方便检修， 适应水深达8 m 以上，充氧效率接近微孔曝气器。 射流曝气器以水泵为动力， 噪音小， 水泵检修方便， 该曝气方式有一定的适用性。

（3） 高效沉淀池结构特殊， 设计合理， 占地少， 表面负荷高， 去除率高， 与接触氧化池联用，无需污泥回流， 方便管理， 填料选择科学， 不易堵塞。

（4） 改造后各主要处理构筑物运行过程中产生的剩余污泥量少， 减轻了污泥处理负担。