曝氣生物濾池工藝用于污水廠準(zhǔn)Ⅳ類出水提標(biāo)

張昌明

（溫嶺市水務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江 臺州 317500）

1 工程概況

溫嶺市觀岙污水處理廠位于溫嶺市城南鎮(zhèn)三宅村，是目前溫嶺市中心城區(qū)污水處理系統(tǒng)配套的規(guī)模最大的一座污水處理廠，服務(wù)范圍總面積約為21.92 km2。污水廠歷經(jīng)多次改擴(kuò)建，歷年工程見表1。目前形成了14 萬m3/d 的處理規(guī)模，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)，最終排入隘頑灣海域。

表1 觀岙污水廠歷年工程簡介表

2 工程現(xiàn)狀及存在問題

溫嶺市觀岙污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)模已達(dá)14 萬m3/d，主體采用A/A/O+高密度沉淀池+高效纖維濾池工藝，設(shè)計出水水質(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A 標(biāo)準(zhǔn)。本次提標(biāo)維持規(guī)模不變，出水水質(zhì)執(zhí)行臺州市地表準(zhǔn)IV 類標(biāo)準(zhǔn)（其中TN 按照10 mg/L 考慮），建成后的污水處理設(shè)施能充分結(jié)合廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀工藝，較好提升區(qū)域水環(huán)境。

實際出水水質(zhì)見表2。可知，現(xiàn)狀出水和原設(shè)計的一級A 標(biāo)準(zhǔn)相比，基本達(dá)標(biāo)，并趨于穩(wěn)定。但若以準(zhǔn)地表IV 類標(biāo)準(zhǔn)衡量，CODCr、SS、NH3-N 的去除效果較好，可以接近到該標(biāo)準(zhǔn)的出水要求，而TN 和TP出水保障率較低，需要進(jìn)一步保障去除效果。

表2 實際出水水質(zhì)分析表

綜上所述，目前觀岙污水處理廠出水TN、TP 離穩(wěn)定達(dá)標(biāo)差距較大。相對其他污染物，總磷可通過化學(xué)強(qiáng)化去除，TN 的達(dá)標(biāo)難度更大、技術(shù)更復(fù)雜，因此本次提標(biāo)工程實現(xiàn)出水水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)地表水IV 類標(biāo)準(zhǔn)的主要矛盾是脫氮能力的強(qiáng)化，工藝應(yīng)選擇兼顧TP的改善。同時由于用地嚴(yán)格受限，本項目提標(biāo)改造可選工藝余地較少，廠內(nèi)還要維持正常運行生產(chǎn)，對工藝設(shè)計提出了不小的挑戰(zhàn)。

3 提標(biāo)改造工程設(shè)計

3.1 設(shè)計方案

依照各地對準(zhǔn)地表水IV 類水質(zhì)的把握程度的不同，以及各污水廠進(jìn)水水質(zhì)的差別和出水回用用途的差異，國內(nèi)目前以準(zhǔn)地表水IV 類為設(shè)計出水水質(zhì)的污水處理廠選擇了多樣化的處理工藝。總的來說，北方城市以北京為代表，由于其進(jìn)水水質(zhì)較濃，而出水水質(zhì)多對SS 進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定（1～5 mg/L），故各污水處理廠和提標(biāo)工程均采用了膜過濾（包含超濾膜工藝和MBR 工藝）加臭氧脫色的工藝路線。而南方城市普遍采用改良的生物反應(yīng)器加常規(guī)的混凝沉淀過濾作為主要工藝路線。

鑒于本工程出水NH3-N 已達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮觀岙污水廠現(xiàn)狀以及建設(shè)運營成本，推薦采用目前適合南方城市使用的生物濾池（反硝化）/MBBR加混凝沉淀加過濾工藝。

3.2 方案的比較與確定

觀岙污水處理廠提標(biāo)改造的設(shè)計思路，可分為兩方案：

方案一：采用新增曝氣生物濾池方案（BAF），續(xù)接現(xiàn)狀深度處理。

方案二：采用生物反應(yīng)池改造方案（MBBR），續(xù)接現(xiàn)狀深度處理，無需增加構(gòu)筑物。

方案比選見表3。可知，方案一具有處理效果好、運行穩(wěn)定、不影響生產(chǎn)等優(yōu)點[1]，能滿足提標(biāo)要求，因此本工程提標(biāo)改造技術(shù)路線可確定為新增曝氣生物濾池（BAF）方案。

表3 兩種工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較一覽表

3.2 主要構(gòu)筑物

3.2.1 新增構(gòu)建筑物

本次提標(biāo)工程構(gòu)筑物新增建（構(gòu)）筑物見表4。

表4 新增建（構(gòu)）筑物一覽表

新增單體設(shè)計參數(shù)：

（1）精細(xì)格柵及提升泵房

新建精細(xì)格柵及提升泵房1 座，平面尺寸9.6×19.2 m，有效水深6.5 m，與曝氣生物濾池合建。污水先經(jīng)精細(xì)格柵后進(jìn)入提升泵房，將二沉池出水提升進(jìn)入曝氣生物濾池。

采用板式精細(xì)格柵，共計3 臺，單臺參數(shù)：B=1 600，H=1.5 m，柵距b=1～2 mm，功率W=1.5 kW，配套柵渣清洗壓榨系統(tǒng)。

設(shè)置提升泵4 臺，3 用1 備，其中1 臺變頻，單臺參數(shù)：Q=2 527 m3/h，H=8 m，P=90 kW。

（2）曝氣生物濾池

新建曝氣生物濾池1 座，與提升泵房、加藥間等合建。提升泵房將二沉池出水提升進(jìn)入曝氣生物濾池。本次曝氣生物濾池主要功能為反硝化功能，目的是去除總氮和部分COD、BOD 等營養(yǎng)物質(zhì)。

曝氣生物濾池內(nèi)生物膜基本是由進(jìn)行反硝化作用的異養(yǎng)型細(xì)菌構(gòu)成，當(dāng)污水通過濾床時，硝酸鹽被還原成氮氣[2]。由于反硝化生物濾池的進(jìn)水為二級出水，存在碳源不足的情況，需投加適量的碳源進(jìn)行反硝化作用。

曝氣生物濾池內(nèi)集成了反沖洗清水池、廢液池、管廊、鼓風(fēng)機(jī)房、控制室等附屬構(gòu)建筑物。本次設(shè)計的曝氣生物濾池分10 格，單格過濾面積66 m2，主要設(shè)計參數(shù)見表5。

表5 曝氣生物濾池主要設(shè)計參數(shù)

（3）加藥間

新建加藥間1 座，與曝氣生物濾池合建，內(nèi)設(shè)乙酸鈉加藥系統(tǒng)。

乙酸鈉作為碳源投加，投加BOD 量為40 mg/L，折合每天投加的商品乙酸鈉為：10 769 kg/d。乙酸鈉采用原液投加，投加濃度為30%，則其投加量為36 m3/d，設(shè)置乙酸鈉儲罐3 個，單個有效容積：60 m3，貯存時間：5 d。精細(xì)格柵及提升泵房、曝氣生物濾池及配套設(shè)施統(tǒng)一采用性能包招標(biāo)。

（4）變配電間

新建變配電間1 座，主要為提標(biāo)工程服務(wù)，建筑面積200 m2。

3.2.1 原有設(shè)計的優(yōu)化

（1）生物除磷投藥點和藥劑的優(yōu)選

本工程考慮生物除磷加輔助化學(xué)除磷來實現(xiàn)出水TP 達(dá)到≤0.3 mg/L 的目標(biāo)。要實現(xiàn)這個目標(biāo)，二沉池出水TP 需要降至1.0 mg/L。該工程在現(xiàn)有生物反應(yīng)池出水預(yù)留化學(xué)除磷投藥點，以應(yīng)對進(jìn)水TP 波動和生物除磷效果不佳的情況，減輕后續(xù)構(gòu)筑物壓力。

現(xiàn)有化學(xué)除磷的混凝劑采用聚合氯化鋁PAC。優(yōu)選化學(xué)除磷試劑，可用FeCl3、CaCl2、工業(yè)硫酸鋁等[3]，不建議使用APC，建議由運營單位在實際生產(chǎn)中試用后確定；在生物池好氧段投加硫酸亞鐵，在曝氣作用下，二價鐵氧化為三價鐵，并與磷酸鹽反應(yīng)生成磷酸鐵沉淀進(jìn)入污泥，隨剩余污泥排出。此外，鐵的存在還可以促進(jìn)生物活性。

（2）高效纖維束濾池的優(yōu)化

目前污水處理廠對SS 的強(qiáng)化去除基本上靠過濾來完成，通過高密度沉淀池和高效纖維濾池組合的優(yōu)化運行，可提高出水SS 達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性。目前二期實際運行水量為接近8 萬m3/d，出水SS 平均值已小于5 mg/L，但深度處理實際負(fù)荷較高（濾速20.6 m/h）。適當(dāng)降低二期污水處理量至設(shè)計流量（7 萬m3/d），對應(yīng)濾速18.1 m/h，并通過強(qiáng)化化學(xué)除磷、優(yōu)化高密度沉淀池污泥回流比等措施，從而保障出水SS 穩(wěn)定達(dá)標(biāo)至最新排放標(biāo)準(zhǔn)（≤5 mg/L）要求。

本工程現(xiàn)狀深度處理采用的是高效纖維束過濾技術(shù)，是重力式過濾技術(shù)，屬深層過濾，適用于提高出水SS 標(biāo)準(zhǔn)[4]。可通過控制高效纖維濾池反沖洗頻率，增加纖維束密度等措施，提高出水SS 達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 運行效果及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

該工程運行至今，出水一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。工程總投資13 692.59 萬元，其中第一部分費用10 570.24 萬元。新增單位處理成本0.64 元/m3，新增單位經(jīng)營成本0.48 元/m3。

5 結(jié)論

溫嶺市觀岙污水處理廠提標(biāo)改造工藝主要針對出水TN、TP 達(dá)標(biāo)率低的情況，通過增設(shè)曝氣生物濾池，強(qiáng)化體系脫氮除磷的能力。工程自投入運行后，出水一直穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，安全可靠，可為類似污水處理廠提標(biāo)改造的設(shè)計提供借鑒。