郑州市某小型污水处理厂黄河流域提标改造工艺探讨

刘红翠 刘伟

（1.河南联成水保科技有限公司，河南 郑州 450053；2.中原环保股份有限公司，河南 郑州 450046）

1 引言

随着我国经济由高速增长阶段逐步转向高质量发展阶段，黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略。河南省黄河流域的上下游省份，如陕西省、山东省均制定了黄河流域水污染物排放标准，并在修订过程中提高了污染物排放控制要求。在这个大背景下，为协同上下游、干支流、左右岸协同治理的需求，河南省发布了DB 41/2087—2021《河南省黄河流域水污染物排放标准》［1］。该标准主要出水控制指标为：COD≤40 mg/L；NH3-N≤3（5）mg/L（3.0 mg/L为4—10 月期间排放限值，5.0 mg/L 为1—3 月、11—12月期间排放限值）；TP≤0.4 mg/L；TN≤12 mg/L。

根据黄河流域标准要求，尾水排放至黄河一级支流的污水处理厂，自2022 年9 月1 日起出水水质必须执行黄河流域一级标准。郑州市某污水处理厂出水排放至枯河，枯河属于河南省黄河一级支流，因此，该污水处理厂需要提标改造，以满足出水水质达到新标准的要求。

2 提标改造前工艺流程及改造前后设计进出水水质对比

2.1 提标改造前污水污泥处理工艺流程

该污水处理厂建于2012 年，在提标改造前，出水水质一直执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准［2］。污水处理采用一级物理处理法、二级生物处理法加三级深度处理的工艺流程。一级处理段采用常规的粗、细格栅加旋流沉砂池；二级处理段采用改良型卡鲁赛尔氧化沟工艺，配套二沉池、回流剩余污泥泵房及鼓风机房；深度处理段采用反应沉淀池加纤维转盘滤池，辅加次氯酸钠消毒，出水达标排放。污泥处理采用带式浓缩脱水机脱水加污泥低温干化工艺，经低温干化后，含水率约30%的污泥运送至发电厂与煤进行掺烧，进行最终的处置。提标改造前该污水处理厂污水污泥处理工艺流程如图1 所示。

图1 提标改造前该污水厂污水污泥处理工艺流程

2.2 提标改造前后设计进出水水质对比

该污水厂运行10 余年来，出水水质一直稳定达到国家一级A 标准，运行工况稳定。原设计进水水质是根据2012 年的实地调研数据预估的，根据近几年的实际进水水质，发现进水NH3-N 与TP 均较设计值有很大偏差。因此，在提标改造工程设计中，将设计进水NH3-N 由35 mg/L 提高至40 mg/L，设计进水TP 由3 mg/L 提高至5 mg/L，该污水处理厂提标改造前后设计进出水水质对比见表1。

表1 某污水处理厂提标改造前后设计进出水水质对比mg/L

3 提标改造思路及工艺探讨

3.1 提标改造中重点处理指标的确定

重点污染物处理指标的确定，直接影响着后期提标改造工艺的确定，因此，分析、判断本次提标改造中重点处理指标非常重要。本次提标改造工程主要污染物为BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 和SS，SS 在提标前后水质指标不变，不是本次提标改造的重点。本文主要针对BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 这5 项指标进行逐一分析。

3.1.1 BOD5指标的判定

BOD5从之前一级A 标准的10 mg/L 限值提高到6 mg/L，按设计进水水质，要求的出水BOD5去除率＞96.5%。当按要求对污水进行硝化或者硝化及反硝化时，很多生物脱氮除磷工艺往往体现出碳源不足，这是因为自养型的亚硝酸菌具有很小的比生长速率，与去除碳源的异养型微生物相比要小一个数量级以上，需要硝化系统比单纯去除BOD5的系统具有更长的泥龄或更低的污泥负荷，在此条件下，BOD5的去除率将有大幅度的提高。再则，根据该污水处理厂10 多年来的生产运营数据，BOD5基本上都在6 mg/L 以下。因此，提标改造后，本项目若按稳定达标控制设计和运行，根据经验，出水能够达到BOD5不超过6 mg/L 的要求。因此，BOD5不是本工程的重点处理指标。

3.1.2 COD 指标的判定

本工程提标后，COD 从之前一级A 标准的50 mg/L 限值提高到40 mg/L。近几年该污水处理厂的实际进水中，进水水质的BOD5/COD 大约为0.48，污水的可生化性较好，根据COD 实际运行数据，现状出水COD 大部分在30 mg/L 左右，二级生物处理及深度处理基本可以稳定达标。因此，COD 也不是本工程的重点关注指标。

3.1.3 NH3-N 指标的判定

氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛存在于城市污水之中。本次提标后，出水NH3-N 从之前一级A 标准的5（8）mg/L 限值提高到黄河流域标准的3（5）mg/L，出水水质明显提高。根据该污水处理厂常年的运行经验，NH3-N 的去除主要靠硝化过程来完成，NH3-N 的硝化过程将成为控制生化处理好氧单元设计的主要因素，需要采用强化的硝化工艺才能满足本工程的要求。按照要求本项目NH3-N在4—10 月要低于3 mg/L，要求较高，特别是当曝气效率降低时，生物池溶解氧无法提升，NH3-N 会在短时间内难以达标。因此，NH3-N 是本次提标改造重点关注的指标之一。

3.1.4 TN 指标的判定

本次提标改造要求TN 从之前一级A 标准的15 mg/L 限值提高到黄河流域一级标准的12 mg/L。TN 的去除依赖于进水有机物浓度、可生化性和C/N比值，一般在碳源充足情况下，TN 去除率可达到80%，但还存在与TP 去除的协调问题，这通常是污水处理厂设计、运行中的难点。同时，如进水中存在较多的不可氨化的溶解性有机铵，对TN 的去除会带来极大的难度。

本项目出水按照TN＜12 mg/L 设计，在设计中应预留TN 进一步去除的空间；同时，根据该污水厂多年的运行经验，之前在国家一级A 标准下，在冬季，出水TN 经常维持在12～14 mg/L。综合考虑政策、环境、工艺、成本以及实际运行情况等多方面因素，对TN 的去除设计也是本工程处理的重点关注指标之一。

3.1.5 TP 指标的判定

本次提标改造要求TP 从之前一级A 标准的0.5 mg/L 限值提高到0.4 mg/L。在碳源充足时，同时脱氮除磷下TP 的生物去除率可达75%，达不到去除要求，故在充分考虑生物除磷的前提下，考虑化学除磷作为保障措施。在采用化学药剂处理工艺的条件下，TP 出水达标不存在工艺难点，只需重点考虑节省药剂费用。要满足出水磷浓度低于0.4 mg/L 的要求，因此，TP 为本工程重点关注指标之一。

结合该污水处理厂近年来实际的生产数据，并从原理上对BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 这5 项指标的去除情况进行逐一分析，判定NH3-N，TN，TP 为本次黄河流域提标改造工程中的重点关注指标。

3.2 提标改造工艺确定

结合该污水处理厂提标改造中需重点关注的污染物指标，确定提标改造的主要工艺思路：针对出水NH3-N 指标的提高，可进一步强化硝化效果，该污水厂的曝气头存在破损、老化甚至脱落现象，现有的离心鼓风机噪声较大，故障率高，维修频繁，最主要的是风量不够，因此，可考虑在本次提标中更换鼓风机和曝气头，并在好氧段多布置一些曝气装置；针对出水TN 指标的提高，从长远考虑需增强污泥的反硝化作用，具体思路是增大缺氧池的池容，增加反硝化反应的停留时间；针对TP 指标的提高，生物除磷已无过多的提升空间，可考虑加强化学除磷的方法，该污水厂现有的反应沉淀池已运行10 年，部分斜板已损坏，且无气冲洗装置，沉淀效果极差，可改造为高效沉淀池，更换斜板，增强絮凝沉淀效果；此外，针对该污水厂的其他问题，本次提标中一并考虑，最终确定提标改造的工艺［3-5］。

4 提标改造工程设计

本次提标改造工程从大的方面来看，分为新建工程和改造工程2 个部分，因此，对新建工程和改造工程具体设计内容分别予以说明。

4.1 新建工程

在二级处理段，新建2 座厌氧池、1 座变配电间；在三级处理段，新建V 型滤池、接触消毒池以及出水在线仪表间；新建生物除臭装置，收集粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池、脱水机房以及贮泥池的臭气。

新建厌氧池单池设计流量625 m3/h，单池有效池容937.5 m3，水力停留时间1.5 h，2 台低速潜水推流器，叶轮直径2.5 m，电机功率4.3 kW；新建V 型滤池考虑到一定的冲击负荷，设计最大流量为1 775 m3/h，滤池格数4 格，设置4 台反冲洗水泵（3用1 备），单台流量590 m3/h，扬程10 m，功率22 kW，3 台反冲洗风机（2 用1 备），单台流量1 755 m3/h，出口风压49 kPa，功率150 kW。

新建接触消毒池的主要作用是对尾水进行消毒，在出水口设置4 台中水泵（2 用2 备），均为变频，单台流量110 m3/h，扬程40 m，功率30 kW。

4.2 改造工程

本次提标的改造工程部分，在一级处理段，在进水泵房增加1 台变频潜污泵，将进水泵房中的1 台定频泵更换成1 个变频泵，变成2 定频、2 变频，潜污泵单台流量625 m3/h，扬程11 m，功率37 kW；格栅更换为内进流网板格栅，栅间距为5 mm；配套2台高压冲洗水泵及高排水螺旋压榨机，对现状旋流沉沙设备进行改造。在二级处理段，鼓风机房对现状3台鼓风机进行更换，将离心鼓风机更换为3 台更节能的磁悬浮鼓风机，单台风机供气量达到6 480 m3/h，风压75 kPa，功率150 kW；现状生物池将之前的厌氧池改造成缺氧池；增加内回流污泥泵，将好氧段的活性污泥回流至缺氧池；清除原有曝气头，更换成曝气管；对加氯加药系统进行改造，增加智能加药装置。在深度处理段，对现状反应沉淀池进行改造，改造成高效沉淀池；增加2 台中心传动刮吸泥机；将之前的转盘滤池改造成与高效沉淀池配套的排泥泵站；增加2 台潜污泵，单台流量15 m3/h，扬程10 m，功率1.1 kW。在中途提升泵房，增加1 台变频潜污泵，将其中的1 台定频泵更换成1 个变频泵，变成2定频、2 变频，潜污泵单台流量625 m3/h，扬程6 m，功率22 kW。在现状脱水机房，将原来的带式脱水机更换为带式浓缩脱水一体机，有效带宽1.5 m，处理能力300 kg/h（绝干），出泥含水率≤70%。

5 结语

（1）郑州市某小型污水处理厂在原有厂址基础上进行提标改造，出水水质标准从之前的GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准提高至DB 41/2087—2021《河南省黄河流域水污染物排放标准》一级标准，提标后，出水BOD5从之前的10 mg/L 提高至6 mg/L，出水COD 从之前的50 mg/L提高至40 mg/L，出水NH3-N 从之前的5（8）mg/L提高至3（5）mg/L，出水TP 从之前的0.5 mg/L 提高至0.4 mg/L，出水TN 从之前的15 mg/L 提高至12 mg/L。

（2）在主体工艺设计上，在二级处理段增加2 座厌氧池，将之前的厌氧池改造成缺氧池，以增大生物池池容，同时对鼓风机、曝气头进行更换，增加内回流污泥泵；在深度处理段，增加1 座V 型滤池，对反应沉淀池进行改造，增加接触消毒池。工艺设计合理，工程完工后，出水水质能够满足黄河流域一级标准出水水质要求。

（3）该工程在原有厂址基础上进行提标改造，不需要额外新增用地，后期可作为同等工艺的污水处理厂在原有厂址基础上进行提标改造的工艺参考。