污水处理厂提标扩建工艺研究

金洛楠，沈德平，梅竹松，楼 丹

（杭州市城乡建设设计院股份有限公司，杭州 310004）

德清县某污水处理厂提标扩建工程设计规模为4 万m/d，现状规模为2 万m/d，采用一级处理+改良式序列间歇反应器（MSBR）+芬顿氧化+混凝沉淀过滤+二氧化氯消毒工艺，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准。按照浙江省城镇污水处理厂清洁排放要求，该污水处理厂出水水质需要执行《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018）。目前，该污水处理厂进水量接近满负荷，即将不能满足日益增长的污水处理需求。因此，有必要对该污水处理厂进行提标扩建。经设计，提标扩建可新增处理能力4 万m/d 的预处理设施、上流式污泥床-过滤器（UBF）水解酸化池、处理能力2 万m/d 的厌氧-缺氧-好氧（AO）/缺氧-好氧（AO）生化池、芬顿反应塔和纤维转盘滤池等。

1 污水处理厂运行现状

1.1 水质与水量

该污水处理厂2019年1—10月进水与出水水质如表1所示，11月现场新增的芬顿氧化工艺投运，2019年11月至2020年6月进水与出水水质如表2所示。2019年，全年平均水量为17 068 m/d，最大日处理水量为25 000 m/d，出水水质达到一级A 标准。主要监测指标有化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD）、总氮（TN）、氨氮（NH-N）、总磷（TP）和悬浮物（SS）。

表1 2019年1—10月进水与出水水质

表2 2019年11月至2020年6月进水与出水水质

1.2 处理工艺

该污水处理厂一级处理采用粗格栅及提升泵房+细格栅及旋流沉砂池+水解池+初沉池；二级处理采用MSBR 池；三级处理采用芬顿氧化+混凝沉淀+V形滤池+二氧化氯消毒。污泥脱水采用带式脱泥机，污泥含水率为80%。

2 提标扩建工程设计

2.1 设计水质与水量

本项目设计总规模为4 万m/d，其中，一期规模（现状规模）为2 万m/d（提标改造），二期规模为2 万m/d（扩建）。设计进水与出水水质如表3所示。

表3 设计进水与出水水质

2.2 技术难点及对策

该污水处理厂进水以工业废水为主，占比为60%，其主要来源于纺织印染、化工、金属加工和食品加工等行业。下面分析技术难点，并提出对策。

一是一期污水处理厂经历3 次建设，现状设施布置需要优化，同时二期新增建设用地12 121 m，形状不规则，用地紧张。因此，整体梳理一、二期构筑物，拆除部分一期设施，与二期合并重建。二是加药设施缺少统一规划，芬顿药剂库内储药罐布置拥挤，存在安全隐患。因此，有必要新建加药间。三是水质变化较大。随着工业园区的发展，工业废水占比增加，水质冲击负荷大，不可生化降解的COD存在不确定性。因此，增加调节池、反应初沉池以及芬顿氧化设施。四是2019年11月芬顿流化床投用后，出水仅氮氨不能满足要求，但进水TN及氨氮浓度呈上升趋势。此外，水解酸化池暂时作为反硝化池使用，改造后将其拆除。因此，MSBR 池增加缺氧池水力停留时间，主曝区增加移动床生物膜反应器（MBBR）填料，强化脱氮效果。

项目建设期间需要保证污水处理厂一期设施稳定运行。因此，将建设与运行有机结合，分步实施。首先，建设一级处理设施，实现进水切换；然后，拆除一期一级处理设施，建设二期二级处理设施及部分三级处理设施；最后，拆除现状加药间，建设二期三级处理设施。总体来看，提标扩建工艺流程如图1所示。

图1 提标扩建工艺流程

2.3 预处理

新建处理能力4 万m/d 的一级处理设施，包括粗格栅及提升泵房、细格栅及旋流沉砂池、调节池及反应初沉池、UBF 水解酸化池。调节池与反应初沉池上下叠建。调节池水力停留时间为7.4 h，反应池水力停留时间为25 min，平流沉淀池表面负荷为1.6 m/（m·h），设超越管。UBF 水解酸化池池深为8.4 m，总水力停留时间为11 h，上升流速为0.7 m/h，内设5 100 m弹性填料。

2.4 二级处理

改造一期处理能力2 万m/d 的MSBR 池，改造前，单座MSBR 池总水力停留时间为25.4 h，其中，缺氧池1 为1.5 h，厌氧池为2.1 h，主曝气池1 为3.0 h，缺氧池2 为1.5 h，主曝气池2 为7.6 h，间歇曝气池为9.7 h。将主曝气池1 改造为缺氧区，在现状主曝气池2 中设置MBBR 区，投加生物膜悬浮载体，投配率为20%，并配套曝气系统及进出水拦截系统，确保悬浮载体流化且不流失。改造后，从水力停留时间来看，预缺氧池为1.5 h，厌氧池为2.1 h，缺氧池为4.5 h，好氧池为7.6 h，间歇曝气池为9.7 h。

二期新建一座AO/AO 生化池（处理能力为2 万m/d）和平流二沉池的组合池。生化池BOD污泥负荷为0.09 kg BOD/（kg MLSS·d），从各区水力停留时间来看，厌氧池为1.5 h，缺氧池1 为5.0 h，好氧池1 为9.8 h，缺氧池2 为2.0 h，好氧池2 为1.0 h。生化池设溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、氨氮、硝态氮及pH在线监测仪表，通过控制鼓风机及电动菱形调节阀调整各区曝气量，实现节能。相较传统AO 工艺，AO/AO 工艺增加二级缺氧反应池和快速好氧反应池，因此具有更好的脱氮能力。本项目采用AO/AO 工艺，以应对进水TN 的增长。采用葡萄糖作为碳源，投加至缺氧池1 作为原水碳源不足的应急措施，投加至缺氧池2 保证出水TN 达标。

生化池出水利用重力进入平流二沉池，通过吸泥将污泥回流至厌氧池，剩余污泥通过重力排至污泥储池，出水堰采用指形堰。与常规二级处理的分建模式相比，AO/AO 生化池和平流二沉池组合池占地小，水头损失低，其不需要污泥回流泵井，能耗较低，在用地紧张的项目中较为适用。

2.5 三级处理

三级处理规模为2 万m/d，包括芬顿反应塔、混凝沉淀池、纤维转盘滤池及消毒接触池等。芬顿试剂是一种高效强氧化剂，能利用酸性条件下亚铁离子对双氧水的催化作用，产生羟基自由基，在短时间内有效去除水中的有机物。但是，其运行费用高，产泥量较大，在污水处理厂中应用较少。

增设芬顿反应塔2 座，直径为3.85 m，高度为12.9 m，配套硫酸、硫酸亚铁、双氧水药剂投加系统。芬顿反应塔出水进入中和池及脱气池，后至混凝沉淀池。中和池内投加液碱调节pH，脱气池水力停留时间为20 min，中和池及脱气池内可进行空气搅拌，斜管沉淀池表面负荷为2 m/（m·h）。

纤维转盘滤池设计滤速为4.0 m/（m·h），过滤网孔径不大于5 μm，平面过滤介质抗拉强度不小于600 N/cm，单盘有效浸没过滤面积不小于12.6 m。采用二氧化氯消毒，消毒接触池水力停留时间为35 min，池内设回用泵进行厂区污泥脱水和加药，设计回用率为16%。

2.6 污泥处理及除臭

新增处理规模4 万m/d 的污泥处理系统。采用高压隔膜板框机，绝干污泥量约为10 t/d。高压隔膜板框机有3 台，2 用1 备，型号为X20AZGFQDP400/1500-UK，功率为15 kW，配备1 套污泥储仓，容积为100 m。配套石灰和铁盐投加系统，从每吨绝干污泥来看，石灰（干药剂，粉末投加）投加量为150～200 kg，铁盐（浓度38%溶液）投加量为100～150 kg。

新增2 套处理规模3.5 万m/d 的除臭系统，采用生物除臭。其中，1#除臭系统对粗格栅及提升泵房、细格栅及旋流沉砂池、预处理综合池、UBF 水解酸化池、配水井进行臭气收集和处理。2#除臭系统对生化池及二沉池（二期）、一期MSBR 生化池、一期污泥浓缩池、二期污泥浓缩池、污泥储池、污泥脱水车间进行臭气收集和处理。

2.7 经济分析

本项目工程投资为23 441.73 万元，其中，工程费用为19 288.66 万元。运行成本为2.40 元/t，其中，芬顿氧化药剂成本为0.72 元/t。

3 结语

该污水处理厂总设计规模为4 万m/d，工业废水是其进水的主要来源。预处理采用上下叠建的调节池、反应初沉池以及UBF 水解酸化池，在减少工业废水水质、水量冲击的同时提高原水可生化性；二级处理采用AO/AO 池和平流二沉池组合池，在提高TN 去除率及运行灵活性的基础上，节约能耗，减少占地；三级处理采用芬顿氧化+混凝沉淀+纤维转盘滤池过滤，进一步去除COD、TP及SS。由于一期设施的拆除，为了保证水质稳定达标，增加一期MSBR 池的MBBR改造。该工艺对水质的适应性强，处理效果佳，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018）。