某市三座污水處理廠升級改造后出水水質效果分析

陳 顥

（南京市市政設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000）

0 概述

某市城區共有A 座、B 座和C 座三座污水處理廠，三座污水廠于2010 年全部完成了升級改造工程，運行至今，出水水質都穩定達到了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A 標準。該文以三座污水廠升級改造后的運行數據為基礎，分析其進出水水質的變化、升級改造的措施及運行情況。

A 座污水廠服務范圍45km2，排水體制為雨污分流制，廠外配套污水管網較為健全，進水主要以生活污水為主，基本不含工業廢水。2008 年升級改造工程后，污水處理工藝為“預處理+新型三溝式氧化溝+機械絮凝斜管沉淀池+V型濾池+紫外消毒”工藝，當前紫外消毒已閑置，改用次氯酸鈉消毒。一、二期工程污泥處理采用“重力濃縮+帶式壓濾脫水”工藝，三期工程污泥處理采用“重力濃縮+離心脫水”工藝，污泥脫水后含水率≤80%后外運。污泥處置原位送至市生活垃圾衛生填埋場進行衛生填埋處置，現已改為焚燒處置。

B 座污水處理廠的污水收集范圍約15.8km2，包括生活及工業廢水，采用雨污分流制。污水處理采用“粗格柵及進水泵房+細格柵及旋流沉砂池+UCT 生化池+二沉池+機械混凝斜管沉淀池+V 型濾池”處理工藝，出水采用紫外線輔助次氯酸鈉接觸消毒。剩余污泥由污泥回流泵房及斜管沉淀池排出，經勻質池后進入脫水機房，經濃縮脫水一體機脫水后含水率≤80%后外運。污泥最終送至市生活垃圾衛生填埋場進行衛生填埋處置。

C 座污水處理廠主要收集范圍服務范圍約13.7km2，包括生活及工業廢水；一期污水處理采用“預處理+新型三溝式氧化溝+混凝沉淀池+V 型濾池+次氯酸鈉消毒”工藝。二期采用“預處理+倒置AAO 生化沉淀池+混凝沉淀池+濾布濾池+次氯酸鈉消毒”工藝。現狀污泥處理采用“重力濃縮+帶式脫水”工藝，污泥脫水后含水率≤80%后外運。污泥最終送至市生活垃圾衛生填埋場進行衛生填埋處置。

1 進水水質

A 座污水廠升級改造工程建設規模9.0 萬m3/d，B 座污水廠升級改造工程建設規模3.0 萬m3/d，C 座污水廠升級改造工程建設規模6.0 萬m3/d。三座污水處理廠運行總體比較穩定，進水水質記錄分析見表1 和表2。

表1 進水水質分析

從表1 可以看出，A 座污水處理廠廠外實際進水與原設計進水水質相比，COD、SS、BOD 和NH3-N 濃度顯著降低，TP 濃度適當降低。廠外實際進水水質與以生活污水為主的城鎮污水處理廠水質存在明顯差異。

B 座污水處理廠廠外實際進水與原設計進水水質相比，COD 和SS 濃度顯著降低，NH3-N、TP 濃度基本相當。廠外實際進水水質與以生活污水為主的城鎮污水處理廠水質存在一定差異。

C 座污水處理廠廠外實際進水與原設計進水水質相比，BOD 和SS 濃度顯著降低，COD、NH3-N、TP 濃度適當降低。廠外實際進水水質與以生活污水為主的城鎮污水處理廠水質存在一定差異。

由表2 中實際進水水質數據分析可知，A 座污水處理廠B/C 比值為0.36，B 座污水處理廠B/C 比值為0.38，C 座污水處理廠B/C 比值為0.32。

表2 各污水廠進水水質平均值比較

A 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.41，B 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.40，C 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.36。

一般而言，工業廢水具有相對較高的有機物濃度及較低的B/C 比值，生活污水較工業廢水具有更高的SS/COD 比值；由上述數據分析可知，C 座污水處理廠的B/C 比值和SS/COD比值最低，因此，C 座污水處理廠進水中工業廢水的比例相對A 座和B 座污水處理廠的比例更高。

2 升級后出水水質效果分析

由于提升污水處理工藝流程中脫氮除磷的能力，進一步滿足水環境保護的需求是某市三座污水處理廠升級改造的主要工程目標；因此，有必要對三座污水處理廠升級改造后脫氮除磷的實際效果進行重點分析。

2.1 升級改造前、后污水處理工藝

A 座污水處理廠現有三溝式氧化溝工藝具有較強的除磷脫氮能力，目前出水水質除TP 和SS 濃度指標外，其他已經穩定達到改造要求的出水水質指標，因此該廠原預處理及生化處理段無須改造，在后續增加深度處理段，深度處理段采用“機械混凝沉淀池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，在機械絮凝沉淀池內投加藥劑，進行化學除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質穩定達標排放。1）粗格柵及進水泵房。共設置8 臺潛污泵。粗格柵4 套，柵隙20mm；中格柵4 套，柵隙10mm。2） 細格柵及平流沉砂池。一期細格柵2 套，柵隙10mm；二期格柵2 套，柵隙5mm；旋流沉砂池2 格，每池停留時間43s。三期格柵2 套，柵隙5mm；旋流沉砂池2 套，直徑2.8m。3） 改進型三溝式氧化溝。一期運行周期8h，每天運行三個周期。二期水力停留時間23.8h，泥齡19.3d，單個運行周期8h，每天運行3 個周期。三期水力停留時間21.6h，泥齡21d，每個運行周期8h，每天運行3 個周期。4）中間提升泵房。4 臺軸流泵，Q=1500m3/h，H=8m，N=55kW。5） 機械絮凝斜管沉淀池。混合時間2min，絮凝時間12min，沉淀時間21min，清水區上升流速0.8mm/s。6）V 型濾池。1 座10 格，單格面積60.5m2，設計濾速6.5m/h，石英砂濾料，有效粒徑d10=0.9mm～1.1mm，濾料厚度1.15m，礫石粒徑2mm～4mm，厚度50mm。7） 消毒。在濾池出水總管上投加次氯酸鈉消毒工藝。8）濃縮池.直徑9m，有效水深3m，停留時間15h。9）勻質池。直徑為9m，有效水深3m。10）污泥脫水機房。一期設有3 臺帶式壓濾機，其中2 臺帶寬1m，1 臺帶寬2m。二期設有3 臺帶式壓濾機，帶寬2m。三期臥式螺旋卸料沉降離心機，2 臺，轉鼓直徑600mm，轉鼓長度2160mm，處理量15m3/h～35m3/h，功率N=75kW。

B 座污水處理廠現有UCT 工藝具有較強的除磷脫氮能力，通過適當調整其運行參數，利用現有構筑物及設備的設計余量，能使出水水質指標除TP 和SS 指標外，均達到提標改造要求的出水水質要求，無須對原廠預處理及生化處理段進行改造；后續增加的深度處理段處理采用“機械混凝沉淀池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，在機械絮凝沉淀池內投加藥劑，進行化學除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質穩定達標。1）粗格柵。柵隙20mm，數量2 套。柵前水深0.9m。中格柵柵隙10mm。數量2 套。柵前水深0.7m。2）進水泵房。潛污泵4 臺，小泵Q=442m3/h，H=13m，N=22kW；大泵Q=922m3/h，H=13m，N=44kW。3）細格柵及沉砂池。柵隙5mm，數量2 套。柵前水深1.2m。旋流式沉砂池表面負荷150m3/m2·h，最大停留時間30s。4）UCT生化池。水力停留時間8.2h，泥齡12d，污泥產率1.12kgDS/kgBOD5，有效水深5.5m。5）二次沉淀池。輻流沉淀池，2座，表面負荷0.97m3/m2·h，有效水深3m，沉淀時間3h。6）污泥泵房。回流污泥量1438m3/h，剩余污泥量27.6m3/h。7）鼓風機房。總供氣量100m3/min；4 臺羅茨風機。8）接觸池。接觸時間30min，有效水深2.5m。9）中水回用系統。配置兩臺立式離心泵，Q=50m3/h，H=69m，N=18.5kW，一用一備。

C 座污水處理廠現有改進型三溝式氧化溝工藝具有較強的除磷脫氮能力，該廠原預處理及生化處理段無須改造，后續增加深度處理段工藝大跌提標改造的技術要求。由于現狀C 座污水廠廠區內空間有限，因此，混凝沉淀池選用占地較小的高效混凝沉淀池，為保證出水水質穩定達標，提標改造工藝采用“高效混凝沉淀池+V 型濾池（一期）/混凝沉淀池+濾布濾池（二期）”，在高效混凝沉淀池內投加藥劑，進行化學除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質的穩定達標。1）粗格柵及進水泵房。潛污泵，2 臺小泵，2 臺大泵，1 用1 備。小泵Q=831m3/h，H=12m，N=45kW；大泵Q=1675m3/h，H=12m，N=95kW。2）細格柵及旋流沉砂池。一、二期格柵除污機4 臺，柵隙3mm，配套砂水分離器。3）新型三溝式氧化溝。污泥負荷0.11kgBOD5/（kgMLSS·d），水力停留時間21h。4）中間提升泵房。潛污泵，2 臺小泵，2 臺大泵。5）回用水泵房。3 臺離心泵，2 用1 備。6）混凝沉淀池（一期）。混凝時間1.5min，絮凝時間11.52min，沉淀區負荷4.32m3/ m2·h。7）V 型濾池（一期）。共分5 格，單格面積52m2，設計濾速4.8m/h。石英砂濾料，采用氣水反沖洗，沖洗時間12min。8）混凝沉淀池（二期）。混凝時間1.53min，絮凝時間10.37min，負荷1.26m3/ m2·h。9）濾布濾池及接觸消毒池（二期）。濾速8.1m/h，消毒池停留時間2.18h。10）鼓風機房（二期）。3 臺離心鼓風機，單臺Q=85m3/min，P=72kPa，N=160kW。11）濃縮池。停留時間8h，直徑Φ14m，有效水深4.7m。12）勻質池。停留時間4h，直徑Φ9m，有效水深4.0m。13）污泥脫水機房。一期2 臺帶式壓濾機，單臺處理能力21m3/h，二期4 臺帶式壓濾機，單臺處理能力15m3/h。

2.2 污水處理廠工序能力指數分析

為了綜合評價三座污水處理廠提標改造工程的實施效果和表征出水水質的穩定性，該文引入產品質量控制中的工序能力指數（CP） 概念。工序能力指數是衡量工序對產品質量標準或技術要求滿足程度的指標，說明產品合格保證率的高低[1]。由工序能力指數值可直接得到工藝成品率，因此就能定量表明該工序滿足工藝規范要求的能力。污水處理廠的實際運行出水水質的穩定性屬于單側上限標準評價，工序能力指數數值的高低可以衡量污水水質處理效果的好壞；其計算公式[2]如下。

式中：TU—污染物排放標準數值。X—出水水質平均數值。S—出水水質標準差數值。

由表3 中實際出水COD 運行數據分析可知，B 座和C座污水處理廠升級改造后對COD 的處理效果相近但要明顯好于A 座污水處理廠；由于UCT 強化了厭氧池的功能，改進型三溝氧化溝增加前置厭氧選擇器，進一步提高了處理水的可生化性，進一步加強COD 的處理效果。

表3 COD 工序能力指數分析結果

由表4 中實際出水BOD5運行數據可以看出，B 座污水處理廠升級改造后對BOD 的處理效果明顯好于A 座和C 座污水處理廠；由于UCT 工藝中二沉池回流液是先到缺氧池，再由缺氧池回流至厭氧池，避免硝酸鹽回流至厭氧池，同時將可溶性的BOD5送至厭氧池，為厭氧池內有機物的水解提供最優的生化反應環境。

表4 BOD5 工序能力指數分析結果

由表5 中實際出水SS 運行數據可以看出，C 座污水處理廠升級改造后對SS 的處理效果明顯比A 座和B 座污水處理廠要好；由于A 座和B 座污水廠深度處理工藝是采用“機械混凝絮凝池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，而C 座污水處理廠深度處理工藝是采用“高效混凝沉淀池+V 型濾池（一期）/混凝沉淀池+濾布濾池（二期）”工藝，因此C 座污水處理廠對SS 的處理效果相對A 座和B 座污水處理廠更好。

表5 SS 工序能力指數分析結果

從表6 中實際出水NH3-N 運行數據可以看出，B 座和C 座污水處理廠升級改造后對NH3-N 的處理效果相近，但要明顯比A 座污水處理廠好；由于B 座和C 座污水處理廠UCT 特殊的回流方式和改進型三溝式氧化溝增加的前至厭氧選擇器，最大程度地利用污水中易生物降解的有機碳源，采用這樣的設計在冬季較低的水溫條件下，仍能保證較高的對氨氮的去除效果。

表6 NH3-N 工序能力指數分析結果

從表7 中實際出水TP 運行數據可以看出，A 座和C 座污水處理廠升級改造后對TP 的處理效果相近，但明顯比B座污水處理廠要好；由于三溝式氧化溝具有較好的脫氮除磷效果；另外，A 座污水處理廠深度處理段增加了一體化除磷設施，進一步提高了化學除磷的效果；C 座污水處理廠生化段采用的改進型三溝式氧化溝，前反硝化與厭氧池結合在一起，對生物除磷反應更加有益；持續低濃度的硝酸鹽有助于對磷有富集作用的微生物菌群的選擇性生長和積累；從而，使活性污泥中的這些微生物菌群在沒有足夠COD 的曝氣區中，也能更加有效地進行生物除磷；同時，后續深度處理段通過投加化學藥劑進行進一步除磷，使對磷的去除效果更加顯著，去除效率更高。

表7 TP 工序能力指數分析結果

3 結論

某市三座污水處理廠的升級改造工程是生態環境治理的大背景下勢在必行的舉措，提標改造工程實施后三座污水處理廠運行穩定，出水水質均穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A 標準；通過對比三座污水處理廠升級改造后的出水水質運行數據，進一步分析了三座污水處理廠各自污水處理工藝的優缺點，為下一步指導優化后期的實際運行工況有一定的啟示作用；另外，該文的研究對太湖流域和周邊其他地區的城鎮類似污水處理廠的升級改造工作有一定的指導和參考價值；積累了提標改造工程成功實施的經驗。