生活污水处理厂提标改造工程研究——以柘荣县生活污水处理厂为例

郑 华

（福建省华厦能源设计研究院有限公司，福州 350001）

2015年4月，国务院发布《水污染防治行动计划》，要求加快城镇污水处理设施建设与改造，要求大多已建生活污水处理厂出水水质由一级B 标准提升到一级A 标准[1]。而大多数生活污水处理厂现有处理工艺不能达到一级A 标准，城市生活污水处理厂提标改造迫在眉睫。

1 工程概况

1.1 原有设计资料

柘荣县生活污水处理厂位于城郊乡前山村管福寺南侧，原有处理规模为10 000 m3/d，污泥处理采用带式脱水机干化。原设计进水水质指标有化学需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、悬浮物（SS）和氨氮（NH3-N）。原设计进水水质为：CODCr≤180 mg/L，BOD5≤80 mg/L，SS ≤100 mg/L，NH3-N ≤22 mg/L。原出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级B 标准。生活污水处理厂原有的处理工艺流程如图1所示。

图1 原有处理工艺流程

污水先经粗格栅去除较大漂浮物，再由进水泵房内的提升泵提升到细格栅池，由细格栅去除细小漂浮物与部分悬浮物。细格栅处理后的污水进入旋流沉砂池，去除砂粒等无机物。旋流沉砂池出水经电磁流量计计量后自流入接触氧化池，在鼓风机的供氧与搅拌作用下，微生物有效降解污水中的有机物质及氨氮等污染物。生化出水进入二沉池进行泥水分离，上清液自流入人工湿地进一步降解有机物、氮、磷等污染物，出水最终经紫外线消毒后达标排放。二沉池内的污泥部分回流至生化系统，剩余污泥由污泥泵排入储泥池。

1.2 存在的问题

进水的有机物浓度较低，使得生化池内的活性污泥量增长有限，生化池内污泥沉降比（SV）仅能维持在5%左右。活性污泥量增长有限，特别在冬季运行时，N、P 治理指标存在矛盾，如果要控制P 指标达标排放，就需要排放一定量的污泥，生化池内的污泥浓度就会下降，使得N 指标超标；如果要控制N 指标达标排放，就需要保证生化池内有足够的污泥量，减少排泥量，这样又会使得P 指标超标。这是目前污水处理存在的最突出问题，也是本次升级改造需要重点解决的问题。

2 解决方案

本次设计根据原有水质情况、污水处理厂运行情况及存在的问题，以尽量保留和利用原有设施，再新增部分处理设施为原则，使出水达到排放标准。主体的改造内容如下：新增缺氧池1 座，新增高密度沉淀池1 座，优化生化池填料，升级改造紫外线消毒设备，解决原有系统其他存在的问题。改造后的工艺路线为粗格栅+进水泵房+细格栅+旋流沉砂池+缺氧池+固定化微生物-曝气生物滤池（I-BAF）+二沉池+高密度沉淀池+人工湿地+紫外线消毒。提标改造后，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。

3 改造方案

污水处理主体工艺流程如图2所示。

图2 改造后工艺流程

3.1 生化池改造

本次提标改造考虑在生化池内增设高效载体，新增生物载体高度为2 m，填料总容积约为500 m3，载体支架面积为530 m2，提高系统内微生物含量。这样无须扩建生化池，该工艺对有机物、氨氮的治理效果好，可保证这两个指标达标排放。若扩建一座好氧池，不仅要考虑用地要求，还要增设一套生化处理设备、管网与自控系统，造成工期长，费用高。而增设高效载体可以减少生化系统的硝化液回流量，硝化液回流泵可以利用原有的4 台排泥泵（2 用2 备），只需更改管路，即可满足硝化液回流的工艺要求。改造后生化池全部采用移动床膜生物反应器（MBBR），其在国外发展较早，目前在多个国家得到应用[2]。2008年，MBBR 首次在无锡市污水处理厂成功运用并良好运行[3]，之后开始在国内逐步推广。MBBR 是向反应器中投加悬浮载体作为微生物生长的场所，被称为“流动的生物膜”[4]。生化系统可增配1 套碳源补充设备和1 套碱液补充设备，用于处理冬季低温运行时碳源与碱不足的问题。

3.2 新增缺氧池

新建缺氧池1 座，主要用于强化生化系统的脱氮能力。原污水处理厂可用土地有限，目前可利用土地为生化池前端的空地，平面尺寸为18 m×10 m，有效水深为4.5 m（超高为0.5 m），池高为5.0 m，有效容积为810 m3，水力停留时间为2 h。因水力停留时间较短，考虑在缺氧池内增设填料区，增强缺氧池的脱氮能力，填料高度为2.5 m，填料容积为450 m3，填料支架面积为360 m2。为提高泥水混合效果，本次改造新建的缺氧池采用空气搅拌，气源利用现有鼓风机。厂内现有鼓风机3 台，原设计为2 用1 备，而根据污水处理厂日常运行情况，现有风机仅用了1 台，故风量完全满足改造后整个污水处理厂的运行要求。

3.3 新增高密度沉淀池

新建高密度沉淀池1 座，主要采用物化方式去除系统中的磷，保证磷的达标排放。高密度沉淀池由3 个模块组成，分别是集成式絮凝区、沉淀区及污泥浓缩区[5]。高密度沉淀池反应区长为5 m，宽为4.8 m，沉淀区长为10 m，宽为8 m，表面负荷为10 m3/（m2·h）。主要设备有提升泵、排泥泵、回流泵、加药机、刮泥机和搅拌机。提升泵流量为300 m3/h，扬程为8 m，共有3 台，电机功率为15 kW；排泥泵流量为100 m3/h，扬程为7 m，共有1 台，电机功率为3.7 kW；回流泵流量为100 m3/h，扬程为7 m，共有2 台，电机功率为3.7 kW；加药机规格为1 000 L，共有2 台，电机功率为2.2 kW；刮泥机型号为D7000，共有1 台，电机功率为1.1 kW；搅拌机型号为D1500，共有1 台，电机功率为0.75 kW。

考虑工艺流程布置、高程限制及管道布置要求，现有污水处理厂生化池前端可利用土地有限，仅能新建一座缺氧池，故本次改造新增高密度沉淀池，将脱氮、除磷分开。生物脱氮除磷是最经济的方式，但在保证脱氮效率的前提下，磷的去除效率有限，最终无法保证磷达标排放。将脱氮、除磷分开，可保证生化池内污泥浓度足够，提高氨氮治理效果。污水处理厂进水有机物浓度过低，这才是决定本工程不宜采用生物脱氮除磷的关键。若不将脱氮、除磷分开，则生物脱氮除磷的矛盾会始终存在。

3.4 消毒设备改造

更换紫外线消毒设备1 套，保证出水微生物指标达标。原有紫外线消毒设备仅满足出水水质一级B 标准的要求，相比提标改造前，提标改造后紫外线消毒设备的要求与配置均不同，无法对原有设备进行改造，故需要更换一套消毒设备，紫外线消毒设备型号为UVC-320W-8/2-2，流量为420 m3/h，功率为12 kW。

4 结语

经工程投资分析，本次提标改造总投资为553.74 万元，提标改造后，该生活污水处理厂的出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准。该生活污水处理厂实施提标改造，进一步改善了周边河流的水环境质量，进一步削减了污染物排放量，进一步促进了社会经济和环境保护的协调发展，其间接效益远远大于直接效益，有助于社会经济的可持续发展。