城鎮污水處理廠準Ⅳ類提標改造工藝探討

李舒揚

(中國市政工程西南設計研究總院有限公司,四川 成都 610081)

1 提標改造的必要性

隨著《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)的實施,全國不少地區針對城鎮污水處理廠出水出臺了地方標準。地方標準中主要污染物排放要求與《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)相比都所提高,各水質指標排放限制值(除TN外)與《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)中Ⅳ類水一致或相近。隨著地方標準的實施,大量已建污水處理廠面臨提標改造的需要(見表1)。

表1 部分地方標準主要污染物排放限值

2 城鎮污水處理廠準Ⅳ類提標改造的重難點

新的準Ⅳ類出水標準與一級A標準對比可知,化學需氧量(CODCr)由50 mg/L提高到30 mg/L或者40 mg/L；五日生化需氧量(BOD5)由10 mg/L提高到6 mg/L,也有部分地區未對BOD5提高要求；懸浮物(SS)由10 mg/L提高到5 mg/L,部分地區并未對懸浮物提高要求；氨氮(NH3-N)由5(8)mg/L提高到1.5(3)mg/L；總氮(TN)由15 mg/L提高到10 mg/L；總磷(TP)由0.5 mg/L提高到0.3 mg/L。

CODCr的去除率與進水的可生化性密切相關。污水生化性較好,即易生物降解和可生物降解的污染物的比例較高,常規的二級處理就可保證出水CODCr值即可控制在較低的水平。當進水中工業廢水占比較大時,污水生化性較差,其中不可生物降解的CODCr含量較高,常規生化處理難以保證出水穩定達標,則可采用適當的預處理,提高污水的可生化性,同時建議對進水水質進行成分分析,以確定不可生物降解污染物的含量,若接近甚至高于出水限制值,則需要增設高級氧化處理單元。BOD5去除方面,可以通過降低生化池的污泥負荷,保證足夠的充氧量,使活性污泥充分吸附代謝,達到強化二級處理的效果,提高BOD5的去除效率。

出水SS不僅關系到指標本身,出水中的BOD5、CODcr、TP等指標也與之相關。欲提高懸浮物的去除率,可在深度處理階段設置沉淀和過濾單元,膜處理工藝也能將出水SS控制在較低水平。

氨氮(NH3-N)去除率取決于生化池中硝化反應的程度,硝化反應越徹底則去除程度越高。為生化池提供充足的氧氣,使其完全硝化,能保證出水氨氮達標。

新標準要求出水總氮達到10 mg/L,僅依靠二級生化處理恐難達到,須增加后續深度處理單元。同時應強化二級處理,減輕后續單元負荷,提高出水達標保證率。

總磷出水可通過強化二級生化除磷輔以化學除磷的方式加以保證。

3 城鎮污水處理廠準Ⅳ類提標改造工藝選擇

3.1 針對二級處理單元的改造

3.1.1 二級處理單元工藝改造策略

二級處理是污水處理廠的核心,污水中絕大部分的污染物在二級處理階段被去除。提標改造應充分挖掘二級處理的處理能力,將污染物在二級處理單元得到最大程度的去除。提高二級處理處理效能的工藝改造策略如下：①新建池體,擴大生化池容積；②選用新型工藝(如MBR或MBBR),提高生化池內污泥濃度,降低污泥負荷；③調整生化池各區容積,明確劃分厭氧區、缺氧區和好氧區,合理分配容積,保證各區處理效能；必要時在常規AAO后增設一級缺氧+好氧,強化脫氮除磷效果。

3.1.2 二級處理單元工藝改造實例

安徽省馬鞍山市某污水處理廠原設計出水標準為《城鎮污水處理廠污染物排放指標》(GB 18918—2002)一級B標(以下簡稱一級B標)；為適應準Ⅳ類的出水標準,需要強化BOD5、CODcr、NH3-N的去除效果,故新增曝氣生物濾池,延長了二級處理的總停留時間,保證出水水質[1]。

長沙市第二污水處理廠由于現出水執行一級B標,現有生化池停留時間僅為4.0 h,加之廠區用地限制,無法新建構筑物,故將現有氧化溝改造成厭氧池+缺氧池,現有二沉池調整為好氧池+MBR膜池。MBR工藝污泥濃度達8 000～10 000 mg/L,相同污泥負荷的條件下可節省部分池容；同時該工藝無需設置二沉池,節省池容空間可作生化池使用,很好地解決了提標需求和用地的矛盾[2]。

浙江省寧波市某污水處理廠一期采用傳統活性污泥工藝和二期采用AAO工藝,出水執行污水處理廠二級標準。因本次改造出水水質大幅提高,選擇拆除一期構筑物,新建二級處理單元選用AAO生化池+MBR膜池工藝；二期AAO生化池折減處理水量后,總停留時間達16.1 h,強化了對各污染物的去除效果[3]。上海市郊某污水處理廠提標改造中,將現狀生化池改造為多段AAO,在原好氧段末端改造為“后置缺氧+好氧段”,改造后厭氧區、缺氧1區、好氧1區、好氧過渡區、缺氧2區、好氧2區的停留時間分別為1.4、2.9、6.9、0.8、0.8、0.6 h。改造后好氧1區的停留時間略顯不足,并投加填料來強化處理效果[4]。

上海市青浦污水處理廠在提標改造工程中,采用MBR工藝代替傳統二沉池及深度處理單元,大大節約了占地,并保證出水有效穩定達標[5]。

出于實際用地及工期的情況,四川省資陽市城市生活污水處理廠將原氧化溝改造為AAO生化池,同時二沉池改為MBR膜池,改造后厭氧區、缺氧區和好氧區(包括膜池)的停留時間分別為2.4、5.8、9.1 h(其中膜池為2.0 h)[6]。

北方某污水處理廠在無擴建用地的情況下,需提高處理水量,并將出水水質標準由一級A標提高至準Ⅳ類標準。改造工程中,將原AAO-MBBR升級為Bardenpho-MBBR復合工藝,維持原厭、缺氧區不變,擴大現有MBBR區容積,將原MBBR區后的好氧區分隔為后置缺氧區和后置好氧區,并在MBBR區與后置缺氧區之間設調節區。MLSS為3 500 mg/L,總回流比為200%～300%,MBBR最大填充率采用67%。二級生化出水COD為37.22 mg/L,NH3-N為0.54 mg/L,TN為8.04 mg/L,處理效果良好[7]。

為提高COD和BOD5的去除率,四川省宜賓市南溪區羅龍工業園區集中污水處理廠將原CASS池改造為AAO-MBR池,將池內分為厭氧區、缺氧區、好氧區及膜池,污泥濃度和停留時間分別為：2.5 g/L、4.6 h；5.0 g/L、5.8 h；7.5 g/L、12.1 h；10 g/L、3.4 h；改造后生化池內污泥濃度大幅提高,強化了生化處理效果。鼓風曝氣量在改造后有所提升,氣水比為6.9∶1,以提高NH3-N去除率；同時在好氧池末端增設一段后置缺氧區并提高反硝化回流比,增強脫氮效果[8]。

上海市郊某污水處理廠將現狀氧化溝改造為Bardenpho工藝,總停留時間18.1 h,厭氧區、缺氧1區、好氧1區、缺氧2區、好氧2區分別為1.6、6.4、6.4、2.6、1.0 h[9]。

3.2 針對深度處理單元的改造

3.2.1 深度處理單元的工藝選擇策略

準Ⅳ類出水標準要求總氮低于10 mg/L,總磷低于0.3 mg/L,僅僅依靠二級處理單元難以保證出水穩定達標,故須設置深度處理單元。除磷主要選擇混凝沉淀工藝,脫氮一般選擇有反硝化功能的過濾單元；也可選擇超濾膜處理工藝作為深度處理工藝。

3.2.2 深度處理單元工藝選擇實例

宋浩亮等[1]在強化二級處理的基礎上,深度處理單元選用反硝化深床濾池作,通過在濾池進水渠投加碳源及PAC,達到反硝化脫氮及化學除磷效果,同時利用濾料的截留作用去除水中懸浮物,使出水達到準Ⅳ類標準。

浙江省寧波市某處理廠在AAO生化池后,增設高效沉淀池+反硝化深床濾池,通過投加除磷藥劑和碳源進一步脫氮除磷,對COD和SS也有一定程度的去除效果[3]。

上海某污水處理廠選用超濾膜作為深度處理工藝,膜平均孔徑為0.02μm,可將水中懸浮物和膠體顆粒完全去除。此種超濾膜不同于MBR,無需曝氣吹掃和離線清洗[4]。

巢湖流域某污水處理廠選用“混凝沉淀池+斜板沉淀池+反硝化深床濾池”作為深度處理工藝,出水穩定達到地表水準Ⅳ類標準,其中總氮穩定在5 mg/L以下[10]。

合肥市某大型污水處理廠三期工程深度處理單元采用“混凝反應斜板沉淀池+反硝化深床濾池”,可保證污水廠出水TN低于5 mg/L、TP低于0.3 mg/L、SS低于10 mg/L且運行穩定；北方某污水處理廠的二級處理出水中除COD外其余指標皆穩定達出水標準,深度處理單元采用“高效沉淀池+濾布濾池”工藝[7]；為保證出水的SS、TP、TN穩定達標,上海市郊某污水處理廠改造工程的深度處理單元選擇混凝沉淀+深床濾池的工藝流程[9]。

4 結 語

城鎮污水處理廠準Ⅳ類提標改造是一項復雜的工作,其中工藝選擇影響因素較多,需綜合考慮現有處理構筑物的運行情況、改造用地情況、改造過程中的生產保證等,應在充分的調查研究后,根據項目具體情況選擇適合且可行的提標改造工藝。

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