馬鞍山王家山污水處理廠工藝優化改造淺析與探討

卜 松，蔣亞龍，周戎星 ，曾鈺強

（1.安徽新華學院土木與環境工程學院，安徽合肥230088；2.國水（馬鞍山）污水處理有限公司，安徽馬鞍山 243099）

王家山污水處理廠設計處理能力為6.0×104m3/d，原設計進水水質為BOD5=150mg/L、COD=300mg/L、SS=200mg/L、NH3-N=30mg/L、TN=45mg/L、TP=4mg/L。經過處理后，設計出水水質達到了一級B標準， 即 BOD5=20mg/L、COD=60mg/L、SS=20mg/L、NH3-N=8(15)mg/L、TN=20mg/L、TP=1mg/L。

1 水質分析及問題研究

1.1 水質分析

王家山污水處理廠采用厭氧池和氧化溝主體工藝，現工藝流程見圖1所示。

圖1王家山污水處理廠工藝流程圖

自2007年投入運營開始，該廠的總體運營效果受到肯定，重要的處理構筑物以及設施符合相關規定，取得了較大的經濟效益和社會效益，不過系統存在一定不足，影響后續污水處理的系統穩定性。筆者對2016年1-12月份污水處理廠實際進、出水質進行整理分析見表1所示。

表1 實際進、出水質

1.2 問題解析

根據進、出水質分析，二級處理出水水質比較穩定，這其中CODcr可以達到該標準的一級A標準，BOD5可以穩定達到二級標準但是還需進一步處理，NH3-N、SS和TP出水均值與設計一級A標準的要求有一定的差距，因此在二級生化處理的基礎上增加深度處理工藝是必要的。污水處理廠深度處理的重點是BOD5、SS和TP，同時進一步提高有機物的去除率。污水廠二級處理出水總磷平均在0.9mg/L左右，要降低至0.5mg/L以下，目前較可行的技術依靠化學除磷工藝。

2 提標改造處理水質

根據 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A排放標準，即出水水質要滿足：BOD5=10mg/L、COD=50mg/L、SS=10mg/L、NH3-N=5(8)mg/L、TN=15mg/L、TP=0.5mg/L、糞大腸菌群≤1000個/L。

3 改造方案分析與論證

3.1 各污染物去除手段

就當下的情況來看，污水處理后出水水質超標的主要污染物是氮（氨氮、總氮）、懸浮物、總磷、有機物（BOD5、COD），其中BOD5略超過一級A標準。其他的污染物質超出一級A標準較多。對于懸浮物、總磷等，可借助相應的物理方法清除，而此次工作的關鍵是處理氨氮與總氮（硝酸鹽氮），對于此類污染物的處理而言，通常借助生化處理系統進行解決。

3.2 生化處理即氧化溝改造方法

本案污水處理廠在污水處理過程中，出現了比較明顯的溶解氧分層，以及好氧區域較少等問題。假如只是簡單的不斷提升轉刷功率以及設置導流板，那么對于下層的溶解氧濃度，改善效果依然不明顯，另外這還會帶來工廠的額外工作量，加大工作任務和經濟成本投入。普通意義的氧化溝系統，不同溝對應的溶解氧水平存在明顯區別，比如外溝的這一數據是0～0.5mg/L，中溝溶解氧為 0.5～1.5mg/L，內溝 2～2.5mg/L。內溝之所以參數較大，這是為了讓充分的溶解氧進如二沉池，提升活性污泥的相關表現。不難發現，當下該處理廠內溝的溶解氧有待提升，污泥活性不足，對于氨氮等污染物質的清除工作效果并不理想，這就需要適當的提升內溝溶解氧，更深入的改善出水的情況，為后面的深度處理降低負荷。

基于以上分析，經過文獻調研和實驗[1～3]，提出改善措施:①內溝部分調整為底部小口徑的曝氣，利用提升該區域的溶解氧濃度，改善總體工作的硝化效果;②結合設計情況，添加相應的回流系統，讓內溝的消化液完成轉移，回流至外溝，從而借助外溝的特殊環境，提升污染物的處理表現;③對于出水SS超標，二級出水完成后開展相應的進一步深度處理，完善深度處理工藝系統。

3.3 深度處理工藝的選定

進廠污水內部的污染物質十分豐富，成分復雜，而且在處理后會對應不同的用途，因此在深度處理工藝方面表現為顯著的差別。在深度處理工藝選定中，僅僅依靠某一方面的處理工藝無法達到最后的目標要求，因此需要不同方式合作處理，在具體的運用上需要結合水質的標準以及經濟因素等綜合處理。基本的深度處理單元見表2。

表2 深度處理單元方案比較

方案三僅在方案二的基礎上增加了沉淀這一處理單元。混凝的作用是通過膠體雙電層壓縮吸附、電中和吸附架橋以及沉析物網捕等一系列反應形成絮凝體，而沉淀是指在重力作用下混凝形成的絮凝體從水中分離的過程，從而去除包含在絮凝體中的懸浮物、磷和氮等污染物質。方案二的微絮凝、過濾工藝相對方案三的絮凝、沉淀、過濾的運行維護工作量較小，占地省，投資相對較低，投藥量略小。同時本工程采用的二級處理工藝為成熟而穩定的氧化溝工藝，耐沖擊負荷能力較好，出水水質穩定性好，故無需進行沉淀，本次深度處理設計推薦采用方案二即二沉池出水+微絮凝過濾+消毒工藝。在中水回用工程中高效的 “過濾”作為二級處理后的深度處理應用較廣泛，活性砂過濾設備在該領域的運用十分廣泛，其具備的性能強大，處理效果較為滿意，效率高，大大簡化了工藝流程和占地面積，運行及維護費用低，因此選擇采用活性砂過濾器為本次深度處理的最終工藝。

3.4 消毒工藝的選擇

根據我國 《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A標準，糞大腸菌群不得超過1000個/L。常用的消毒方法有加氯法、氧化法和紫外線消毒法等。各種消毒技術的比較見表3。

表3 各種消毒技術的比較

紫外消毒方法跟氯化法消毒相比，前者具備的殺毒作用更為明顯，能夠在最短的時間內清除水源中的相關大腸桿菌，進而提高水質、并且不會出現額外的副產物，對附近的環境造成的負面影響比較小。考慮到此次設計的目標以及實際的情況，采取紫外消毒方法代替之前的方法。

3.5 化學除磷方案

通過強化生物除磷工藝，污水中的一部分磷可被生物體吸收，并隨剩余污泥排放。本項目中，設計步驟中進水水質參數TP為4.0mg/L，經過相關工藝流程后，TP通常降低到1.0mg/L附近，因為本項目出水TP需要控制在0.5mg/L之內，所以要添加相應的輔助性化學除磷方式提高出水水質。化學除磷方法中，主要用到的藥劑有三價鐵鹽、鋁鹽等[4]。固液分離可單獨進行，也可與初沉污泥和二沉污泥的排出相結合[5]。根據工藝流程中化學藥劑的投加點區別，這一化學方式中能夠劃分成前置沉淀、同步沉淀和后置沉淀等三類方法。由于二級處理沒有設初沉池，因此可用于本工程化學除磷工藝只有同步沉淀及后置沉淀兩種。可以考慮同步投加除磷，在生物池與二沉池之間投藥。同時因為本改造項目要求建立混合反應和過濾設施，所以優先考慮運用后置沉淀方法，準備規模為6萬噸/天。

鋁鹽作用原理是與磷酸根直接生成磷酸鋁沉淀，但鋁鹽投加后水中的鋁含量會大幅度增加，造成出水鋁含量超標。鐵鹽的作用與鋁鹽類似，鐵鹽會發生水解聚合反應吸附水中的磷，用量較少，礬花較大，不受水溫和季節影響，兩者比較，本工程的除磷劑擬采用聚合氯化鋁。

綜上所述，本工程化學除磷采用后置沉淀的投藥方式，藥劑采用聚合氯化鋁。聚合氯化鋁還同時作為混凝劑使用。

4 改造工藝流程

馬鞍山市王家山污水處理廠全面升級改造工藝流程如圖2所示。

圖2 改造工藝流程圖

5 結語

王家山污水處理廠升級改造方案設計進水水質與原設計相同，設計出水水質要求滿足一級A標準。通過已建工程核算，得出必須提高氧化溝的充氧能力，增加氧化溝缺氧段以提高脫氮能力；通過方案比較，提標改造工程擬采用“現有氧化溝簡單改造+微絮凝過濾+消毒”工藝，都能夠有效保障出水的水質情況符合一級A標準，整體工程具有積極意義，社會效益跟經濟效益巨大。