淮河流域某無(wú)深度處理污水廠的一級(jí)A達(dá)標(biāo)改造

王建西

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300381)

淮河曾經(jīng)是中國(guó)流域污染的一個(gè)縮影。20世紀(jì)90年代，淮河流域的工業(yè)和生活污染每年向淮河排放的COD超過(guò)100×104t，導(dǎo)致淮河水質(zhì)嚴(yán)重惡化。經(jīng)過(guò)二十多年堅(jiān)持不懈的治理，治理策略從初期的排污源頭總量控制到目前的河流斷面控制，淮河水質(zhì)得以明顯改善。

1 項(xiàng)目概況

淮河流域中游某污水處理廠的設(shè)計(jì)處理能力為10×104m3/d，2007年開始滿負(fù)荷運(yùn)行。工藝單元包括粗格柵、提升泵站、細(xì)格柵、旋流沉砂池、配水井、選擇厭氧池和卡魯塞爾2000型氧化溝、輻流式二沉池、污泥回流泵房、脫水機(jī)房等。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

2012年開始對(duì)該污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造工作[1]，經(jīng)過(guò)對(duì)2008年1月至2012年4月實(shí)測(cè)進(jìn)、出水的水質(zhì)分析，提標(biāo)前實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 污水處理廠提標(biāo)前進(jìn)出水水質(zhì)Tab.1 Water quality of influent and effluent before upgrading the wastewater treatment plant mg·L-1

確定污水處理廠提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表2，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 1l8918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表2 提標(biāo)工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.2 Design quality of influent and effluent of the upgrading project mg·L-1

提標(biāo)工程改造的工藝單元包括：

(1)將2座厭氧選擇池改造為ARP/SSH池，配套新建1座鼓風(fēng)機(jī)房；SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運(yùn)行。

(2)2座氧化溝，每座原有4臺(tái)表曝機(jī)、4臺(tái)推進(jìn)器。4臺(tái)表曝機(jī)改為2+2輪值運(yùn)行，每座氧化溝增加6臺(tái)推進(jìn)器。

(3)原有2座污泥回流泵池，每座有2臺(tái)回流污泥泵，Q=1 740 m3/h，H=6 m，N=30 kW，1臺(tái)變頻，1臺(tái)恒速。將恒速泵更換為變頻泵，Q=400～800 m3/h，H=3 m，N=15 kW。

(4)在原脫水機(jī)房空置用地上新增加藥裝置，由業(yè)主自行采購(gòu)安裝。

① PAC制備投加裝置。采用一體化成套設(shè)備，投加點(diǎn)設(shè)在氧化溝出水口，視出水SS和TP投加。

② 醋酸鈉制備投加裝置。采用一體化成套設(shè)備，投加點(diǎn)設(shè)在氧化溝缺氧區(qū)進(jìn)水口，視進(jìn)水TN投加。碳源采用醋酸鈉，投加量為1.23 t/d。

(5)新建紫外線消毒渠1座。

2 提標(biāo)改造技術(shù)分析

2.1 ARP/SSH池

提標(biāo)工程將2座厭氧選擇池改造為ARP/SSH池，配套新建1座鼓風(fēng)機(jī)房；ARP/SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運(yùn)行。

好氧運(yùn)行的實(shí)質(zhì)是將回流污泥曝氣再生，一方面為污水提供內(nèi)碳源；另一方面增強(qiáng)自養(yǎng)硝化菌的活性[2]，提高污水的總氮去除率。二沉池底部的活性污泥在濃縮期間處于缺氧狀態(tài)。理論分析認(rèn)為，活性污泥在二沉池底部停留時(shí)間較長(zhǎng)，其活性會(huì)受到擬制，回流進(jìn)入生物池后需要一段時(shí)間恢復(fù)才能正常發(fā)揮作用。但活性污泥曝氣再生會(huì)使以碳源為基質(zhì)的異養(yǎng)菌快速衰減，異養(yǎng)菌細(xì)胞溶解會(huì)釋放出一定量的碳源和氨氮；以氨氮為基質(zhì)的自養(yǎng)硝化菌則會(huì)大量增殖并保持高活性，回流到生物池后立即發(fā)揮降解作用，從而提高總氮去除率。

厭氧運(yùn)行時(shí)，效果與原設(shè)計(jì)相同，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋磷，在后續(xù)好氧環(huán)境中超量聚磷，完成磷的生物去除。

ARP/SSH池適合低碳氮比污水的處理，若碳氮比富裕則該工藝不具優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)水NH3-N和TN指標(biāo)高于設(shè)計(jì)進(jìn)水，而BOD5較低。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014—2006)的要求，要想獲得理想的脫氮效果，污水處理廠進(jìn)水的BOD5/TN宜大于4 ∶1，而實(shí)際進(jìn)水中BOD5/TN僅為1.45。

根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，ARP/SSH池提供的內(nèi)碳源約在10～60 mg/L，根據(jù)出水水質(zhì)計(jì)算TN去除率為87.44%。按碳氮比4倍計(jì)算，BOD5應(yīng)為206.36 mg/L。雖然ARP/SSH池提供的內(nèi)碳源并不足以支持全程硝化反硝化脫氮,但內(nèi)碳源的挖掘有助于深度除磷脫氮效果明顯。根據(jù)相關(guān)研究，污水處理系統(tǒng)中也明顯存在著其它脫氮形式，如短程硝化反硝化脫氮、厭氧氨氧化脫氮[3]、內(nèi)源反硝化脫氮[4]等對(duì)總氮去除的貢獻(xiàn)。

2.2 氧化溝

該項(xiàng)目有2座卡魯塞爾2000型氧化溝，尺寸為105 m×55.25 m×5.5 m，其中有效水深為5.0 m，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間12 h 。

污染物去除率與生物池容和活性污泥濃度成正比。由于進(jìn)水CODCr、BOD5遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，大約只有設(shè)計(jì)值的一半，造成氧化溝容積富裕較多，具備池容優(yōu)勢(shì)，能夠保證提標(biāo)后的生化反應(yīng)進(jìn)行徹底。

每座氧化溝有4臺(tái)表曝機(jī)和4臺(tái)推進(jìn)器。由于進(jìn)水CODCr、BOD5濃度較低，運(yùn)行2臺(tái)表曝機(jī)即可滿足需要。因此將4臺(tái)表曝機(jī)改為2+2輪值運(yùn)行，客觀上造成表曝機(jī)之間水流長(zhǎng)度成倍增加，原設(shè)計(jì)的完全好氧狀態(tài)變?yōu)楹醚?缺氧狀態(tài)運(yùn)行，利于脫氮。造成的推力不足由每座新增加的6臺(tái)推進(jìn)器補(bǔ)充。

2.3 二沉池

二沉池所具備的以下三方面的優(yōu)勢(shì)，使其具有很好的水力穩(wěn)定性。

首先是較低的表面負(fù)荷率。4座直徑為50 m中進(jìn)周出二沉池的設(shè)計(jì)平均表面負(fù)荷率為0.53 m3/(m2·h)，與常用的表面負(fù)荷率1.0 m3/(m2·h)相比，抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)。

其次，二沉池設(shè)計(jì)出水堰采用60°三角堰，在堰口數(shù)相同的情況下，抗沖擊負(fù)荷能力是常用的90°三角堰的1.75倍。

第三，采用ARP/SSH工藝后污泥回流比從100%降為50%，二沉池抗沖擊負(fù)荷能力提高2倍。

氧化溝生化反應(yīng)徹底保證了污泥具備良好的沉降性能，二沉池具有很好的水力穩(wěn)定性，兩者共同作用，取得了良好的沉淀效果。

3 提標(biāo)改造運(yùn)行效果

提標(biāo)改造前后的水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 提標(biāo)改造前后出水水質(zhì)Tab.3 Water quality before and after upgrading mg·L-1

其中提標(biāo)后的水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于安徽省重點(diǎn)排污單位自行檢測(cè)及監(jiān)督性檢測(cè)信息公開網(wǎng)站2020年一季度自行檢測(cè)匯總表，表中為平均值。根據(jù)調(diào)查，污水處理廠運(yùn)行中從未投加碳源，除磷劑PAC偶爾投加。出水采用次氯酸鈉與紫外聯(lián)合消毒形式，以投加次氯酸鈉消毒為主。

該污水處理廠2020年一季度總處理污水量為9 313 044 m3，平均為102 341 m3/d，據(jù)此計(jì)算提標(biāo)后的污染物減排量見(jiàn)表4。

表4 提標(biāo)后的污染物減排量Tab.4 Emission reduction of pollutants after upgrading

該污水處理廠2018年全年處理污水量為39 899 802 m3，全年電耗為10 198 460 kW·h。2018年平均噸水電耗為0.255 6 kW·h，與提標(biāo)前2012年的0.260 8 kW·h和2013年的0.263 2 kW·h相比，略有降低，見(jiàn)表5。

表5 2018年污水處理量和電能消耗量Tab.5 Wastewater treatment capacity and electricity consumption in 2018

4 結(jié)論

① 該項(xiàng)目提標(biāo)完成后，出水BOD5、CODCr達(dá)到地表III類水質(zhì)要求，TP優(yōu)于地表IV類，NH3-N優(yōu)于V類。出水水質(zhì)大幅提升的同時(shí)，噸水電耗并未相應(yīng)提高，反而比提標(biāo)前略有降低。

② 該污水廠在低碳氮比水質(zhì)、無(wú)外加碳源、無(wú)深度處理構(gòu)筑物的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)一級(jí)A全面達(dá)標(biāo)，是ARP/SSH工藝、氧化溝、二沉池發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)共同作用的結(jié)果。我國(guó)有相當(dāng)一部分污水處理廠進(jìn)水氮、磷濃度較高，而有機(jī)物濃度較低。該項(xiàng)目的提標(biāo)改造，也為類似項(xiàng)目在新建或改造過(guò)程中工藝優(yōu)化、提質(zhì)增效提供了借鑒。