改良Bardenpho+氣浮+臭氧氧化工藝用于污水廠準Ⅳ類出水

文_李志超 馬姍姍 中國市政工程華北設計研究總院有限公司

河北省污水處理廠新建二期工程，占地7.73公頃，污水處理規模10×104m3/d，總變化系數Kz=1.5，再生水規模2×104m3/d，污泥處理規模240t/d（80%含水率），另有4萬m3雨水調蓄池1座。該工程為全地下式污水處理廠，設兩個地下箱體，主要接收排水分區內的市政污水及初期雨水。目前污水管網處于高水位運行，污水外溢現象時有發生。

1 現狀簡介

一期工程設計規模為8萬m3/d，于1995年投產運行，污水廠出水水質相當于目前執行的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的二級標準。工程采用工藝為帶有前置厭氧、缺氧段的具有生物除磷脫氮功能的A2/O活性污泥法，污泥處理采用重力濃縮后進行帶式脫水機脫水。

經過一級A提標及深度處理工程兩次改造后，出水水質標準提升至河北省《大清河流域水污染物排放標準》中的重點控制區排放限值，現狀實際進出水水質如表1和圖1所示。

表1 2019年12月～2020年11月實際進、出水水質(mg/L)

2 工藝方案

2.1 設計進、出水水質（表2）

表2 設計進、出水水質(mg/L)

2.2 水質分析

（1）污水的可生化性

該工程進水以生活污水為主，設計進水水質COD=500mg/L，BOD5=240mg/L， BOD5/COD=0.48，可生化性好。

（2）BOD5/TN

該指標是鑒別能否采用生物脫氮工藝的主要指標，進入生物池的BOD5/TN＞4，即可認為污水有足夠的碳源供反硝化菌使用。該工程設計進水水質BOD5=240mg/L，TN=65mg/L，BOD5/TN=3.7，碳源不足，設計中考慮外加碳源措施。

（3）BOD5/TP

該指標是鑒別能否采用生物除磷的主要指標，較高的BOD5負荷可以取得較好的除磷效果，進行生物除磷的低限是BOD5/TP=20[2]。該 工 程 BOD5=240mg/L，TP=8mg/L，BOD5/TP=30，采用生物除磷工藝可以獲得滿意的除磷效果。但常規的生物處理工藝出水TP要穩定低于0.3mg/L相當困難，因此在該工程設計中需采用生物法與化學法相結合以強化除磷效果。

2.3 設計工藝

①該工程污水處理工藝為：

一級處理：粗格柵+細格柵+曝氣沉砂池+初沉池（設超越）；二級處理：五段Bardenpho+平流式二沉池；深度處理：氣浮+臭氧氧化；消毒工藝：紫外消毒+次氯酸鈉進行補氯；除臭工藝：生物強化（全過程）除臭+生物輔助強化除臭。

②該工程再生水處理工藝為：氣浮后增加超濾工藝。

③該工程污泥處理工藝為：疊螺濃縮+超高壓板框脫水+低溫干化工藝。

3 工程設計

3.1 總體布置

該工程由于受用地限制，主體構筑物分兩個箱體布置。1#箱體主要包含調蓄池、預處理車間、初沉池、污泥處理車間、消防泵房、生物除臭濾池等子項，2#箱體主要包含生物池、二沉池、氣浮池、超濾車間、臭氧接觸池、紫外消毒渠、加藥間、鼓風機房、生物除臭濾池等子項，詳見圖2。

圖2 1#、2#箱體平面布置圖

3.2 主要工藝參數

①初沉池設1座2組，由于初沉池會去除部分BOD5，提高了外加碳源的消耗量，設計上采用水力停留時間較短的初沉池，設計表面負荷q=6.5m3/m3·hr，停留時間0.5h；并對生物池做超越初沉池時的校核，運行時可根據進水水質情況超越初沉池。

②生物池設1座2組，采用厭氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧五段式布置，第一級AA/O充分利用污水內碳源進行前置反硝化和生物除磷，第二級利用外加碳源進行強化深度反硝化，是目前反硝化最為徹底的污水脫氮工藝。有效水深8m，設計水溫13.5℃，泥齡13d，厭氧區、前缺氧區、前好氧區、后缺氧區、后好氧區在設計流量下的水力停留時間依次為：1.5、4.3、6.9、2.5、1.0h，混合液懸浮固體濃度MLSS=4000mg/L，氣水比為6。

③氣浮池設1座4格，混凝區水力停留時間3.0min，絮凝區水力停留時間5.1min，氣浮區上升流速26m/h，溶氣壓力水循環10%。出水SS 小于5mg/L，TP 小于0.3mg/L，極端情況下可小于0.001mg/L，在極端除磷的工況下具有優異表現。

④臭氧接觸池設1座2格，設計停留時間50min，最大臭氧投加量為13mg/L，采用液氧源制備臭氧。

⑤再生水采用浸沒式超濾工藝，設1座4組，共240支浸沒式超濾元件，膜系統平均通量為25LMH，膜瞬時通量（表觀）為37LMH。

⑥污泥處理采用疊螺濃縮+超高壓板框脫水+低溫干化工藝，污泥干固體量G=48000kgDS/d，污泥均質池接收初沉污泥、剩余污泥、化學污泥及一期重力濃縮污泥，混合后含水率98.8%。設串螺污泥濃縮機3臺，2用1備，Q=360m3/h；設超高壓板框壓濾機3套，單臺處理絕干量1.5t/次，工作時間16h；設低溫帶式干化機2臺，單臺6個脫水模塊。出泥含水率40%，外運進行焚燒處置。

⑦除臭工藝采用生物強化（全過程）除臭+生物除臭濾池組合，于生物池設40臺生物強化罐，1#箱體設3套40000m3/h生物除臭濾池，2#箱體設1套40000m3/h生物除臭濾池。

3.3 工藝設計重點

①選擇Bardenpho工藝和多級AO工藝進行了詳細設計，并用實測的進水水質進行真實的軟件仿真模擬，提出適合該工程的最佳工藝方案，詳見圖3。

圖3 兩種工藝外加碳源投加量對比圖

模擬結果顯示Bardenpho工藝外加碳源的投加量明顯低于多級AO工藝。

②項目設計過程中充分考慮重點處理單元的池型、設備配置和參數科學、合理，對箱體埋深、生物池有效水深的經濟性進行綜合分析。

采用BioWin 模擬軟件對污水處理廠的工藝流程構建數學模型，預測不同處理工藝條件下的出水水質，對復雜的污水處理系統進行動態分析，然后基于模擬結果優化工藝方案，實現污水處理主要單體設計參數的模擬驗證，詳見圖4。

圖4 進出水COD 模擬曲線

③水力高程設計合理、多方考慮運行安全：水力高程的設計按照現狀實際的進水標高及箱體內的控制標高為基礎，綜合比較了提升位置和高度，力求節省能耗，并實現箱體投資經濟。箱體內各單體的標高、池頂、事故和放空泵房的設置均結合水力高程，充分考慮事故、漏損和斷電等意外情況下的安全標高。

④多重舉措確保內外環境安全：地下式污水處理廠埋設深度較深，運行中需要將市政污水引入到地下進行處理，且操作管理均在封閉的空間，與地上式污水廠相比具有一定的危險性。該工程工藝安全設計如下：為防止污水量較大或污水處理廠出現大規模運行事故時出現溢水現象，對進水管理實施多重保障，管道進入箱體開放液面前設置液控偏心半球閥，閥門與后續標高聯動，當后續水位較高時，該閥自動關閉，當閥門斷電時自動關閉，且為防止后續水位過高時，閥門反應時間過長，改進閥門的聯動過程，閥門隨著后續水位的變化同時動作，確保不會溢水。此外，在箱體的進口及粗格柵前池的出口分別設置速閉閘，確保水位較高或斷電時自動關閉。采用三重保障確保不會水淹。

⑤流程分組科學合理，協調兼顧投資運行：主要流程分組為兩個系列：初沉池、生物池分2 組，氣浮池分為4 格，各水提升和泥提升泵房均按2 格設置。在具體工藝設計中通過閘門的設置保證靈活運行，每池及每個處理單元和提升單元均能做到既可單獨運行又能互相聯通，運行過程中可保證靈活的配置。其他建構筑物，包括預處理車間、鼓風機房、加藥加氯間、污泥處理車間等均配備了多組設備，便于運行調配和使用檢修。

4 結語

該工程新建二期污水處理規模10×104m3/d，采用五段Bardenpho 工藝+氣浮+臭氧氧化+紫外及次氯酸鈉聯合消毒，出水水質可達到《大清河流域水污染排放標準》（DB13/2795-2018）重點控制區排放限值；新建再生水處理規模2×104m3/d，采用超濾工藝。工程建成后可有效削減進入大清河水系的污染物負荷，有利于保障流域水環境質量，進一步保障下游白洋淀水系質量。

建議增加氣浮出水到超濾系統的切換，防止氣浮出水水質波動以及便于未來水質提標；2#箱體上部空間較為充足，可作為超濾系統預留位，用于增加再生水處理規模，提高水資源重復利用率。