淮河流域某無深度處理污水廠的一級A達標改造

王建西

(中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381)

淮河曾經是中國流域污染的一個縮影。20世紀90年代，淮河流域的工業和生活污染每年向淮河排放的COD超過100×104t，導致淮河水質嚴重惡化。經過二十多年堅持不懈的治理，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，淮河水質得以明顯改善。

1 項目概況

淮河流域中游某污水處理廠的設計處理能力為10×104m3/d，2007年開始滿負荷運行。工藝單元包括粗格柵、提升泵站、細格柵、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、脫水機房等。設計進水水質見表1，設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。

2012年開始對該污水處理廠進行提標改造工作[1]，經過對2008年1月至2012年4月實測進、出水的水質分析，提標前實際進、出水水質見表1。

表1 污水處理廠提標前進出水水質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改造工程設計進水水質見表2，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 1l8918—2002)一級A標準。

表2 提標工程設計進出水水質Tab.2 Design quality of influent and effluent of the upgrading project mg·L-1

提標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座鼓風機房；SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運行。

(2)2座氧化溝，每座原有4臺表曝機、4臺推進器。4臺表曝機改為2+2輪值運行，每座氧化溝增加6臺推進器。

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

(4)在原脫水機房空置用地上新增加藥裝置，由業主自行采購安裝。

① PAC制備投加裝置。采用一體化成套設備，投加點設在氧化溝出水口，視出水SS和TP投加。

② 醋酸鈉制備投加裝置。采用一體化成套設備，投加點設在氧化溝缺氧區進水口，視進水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 提標改造技術分析

2.1 ARP/SSH池

提標工程將2座厭氧選擇池改造為ARP/SSH池，配套新建1座鼓風機房；ARP/SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運行。

好氧運行的實質是將回流污泥曝氣再生，一方面為污水提供內碳源；另一方面增強自養硝化菌的活性[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。理論分析認為，活性污泥在二沉池底部停留時間較長，其活性會受到擬制，回流進入生物池后需要一段時間恢復才能正常發揮作用。但活性污泥曝氣再生會使以碳源為基質的異養菌快速衰減，異養菌細胞溶解會釋放出一定量的碳源和氨氮；以氨氮為基質的自養硝化菌則會大量增殖并保持高活性，回流到生物池后立即發揮降解作用，從而提高總氮去除率。

厭氧運行時，效果與原設計相同，聚磷菌在厭氧狀態下釋磷，在后續好氧環境中超量聚磷，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勢。該項目實際進水NH3-N和TN指標高于設計進水，而BOD5較低。根據《室外排水設計規范》(GB 50014—2006)的要求，要想獲得理想的脫氮效果，污水處理廠進水的BOD5/TN宜大于4 ∶1，而實際進水中BOD5/TN僅為1.45。

根據化驗結果，ARP/SSH池提供的內碳源約在10～60 mg/L，根據出水水質計算TN去除率為87.44%。按碳氮比4倍計算，BOD5應為206.36 mg/L。雖然ARP/SSH池提供的內碳源并不足以支持全程硝化反硝化脫氮,但內碳源的挖掘有助于深度除磷脫氮效果明顯。根據相關研究，污水處理系統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]、內源反硝化脫氮[4]等對總氮去除的貢獻。

2.2 氧化溝

該項目有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，設計水力停留時間12 h 。

污染物去除率與生物池容和活性污泥濃度成正比。由于進水CODCr、BOD5遠小于設計值，大約只有設計值的一半，造成氧化溝容積富裕較多，具備池容優勢，能夠保證提標后的生化反應進行徹底。

每座氧化溝有4臺表曝機和4臺推進器。由于進水CODCr、BOD5濃度較低，運行2臺表曝機即可滿足需要。因此將4臺表曝機改為2+2輪值運行，客觀上造成表曝機之間水流長度成倍增加，原設計的完全好氧狀態變為好氧+缺氧狀態運行，利于脫氮。造成的推力不足由每座新增加的6臺推進器補充。

2.3 二沉池

二沉池所具備的以下三方面的優勢，使其具有很好的水力穩定性。

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

其次，二沉池設計出水堰采用60°三角堰，在堰口數相同的情況下，抗沖擊負荷能力是常用的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%，二沉池抗沖擊負荷能力提高2倍。

氧化溝生化反應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定性，兩者共同作用，取得了良好的沉淀效果。

3 提標改造運行效果

提標改造前后的水質對比見表3。

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

其中提標后的水質數據來源于安徽省重點排污單位自行檢測及監督性檢測信息公開網站2020年一季度自行檢測匯總表，表中為平均值。根據調查，污水處理廠運行中從未投加碳源，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，據此計算提標后的污染物減排量見表4。

表4 提標后的污染物減排量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 結論

① 該項目提標完成后，出水BOD5、CODCr達到地表III類水質要求，TP優于地表IV類，NH3-N優于V類。出水水質大幅提升的同時，噸水電耗并未相應提高，反而比提標前略有降低。

② 該污水廠在低碳氮比水質、無外加碳源、無深度處理構筑物的情況下能夠實現一級A全面達標，是ARP/SSH工藝、氧化溝、二沉池發揮各自優勢共同作用的結果。我國有相當一部分污水處理廠進水氮、磷濃度較高，而有機物濃度較低。該項目的提標改造，也為類似項目在新建或改造過程中工藝優化、提質增效提供了借鑒。