高效沉淀池及反硝化深床濾池在污水提標工程中的應用實例

鄭志彬，房樂苗，丘佳營

（1.廣東省環境保護工程研究設計院有限公司，廣東 廣州 510062；2.肇慶市鼎湖區廣業環保水務有限公司，廣東 肇慶 526073）

《廣東省環境保護“十三五”規劃》中要求繼續推進污水處理設施的建設與改造，廣東省某污水處理廠的現狀是出水水質的標準較低，為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級B標準，在當前政策背景及環境保護要求的前提下，根據當地水環境保護現狀，并結合當地給排水近遠期規劃，充分考慮規劃與實際同步協調推進，擬對某污水處理廠進行提標改造，提標改造后可以進一步消解污水中的污染物，同時提供了綠色環保的發展環境，有利于推動社會經濟的發展，并保障人民生活的幸福。

1 項目概況

廣東省某污水處理廠設計規模為2.0×104m3/d，采用“粗格柵及提升泵站+細格柵及沉砂池+AAO微曝氧化溝+二沉池+紫外消毒”工藝，現狀為生化處理系統總停留時間為10.5 h，其中厭氧池1.5 h，缺氧池2.0 h，好氧池7.0 h。二沉池停留時間3.6 h，表面負荷0.85m3/m2·h。出水水質指標達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級B標準，已于2010年建成并投入正式運行。現狀設計進出水水質和實際進出水水質如表1所示。

表1 現狀設計進、出水水質及2018年進出水水質表 單位：mg/L

從表1可以看出，現狀運行實際進水水質指標較低，出水水質指標也優于現狀排放標準，但是相較于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的一級A標準還有一定差距。

2 工程設計

2.1 設計進出水水質

本項目提標改造設計出水水質指標需達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，同時達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）第二時段一級排放標準，因此出水指標取兩個標準中對應指標的較嚴值，相應主要指標見表2。

表2 設計進出水水質表 單位：mg/L

2.2 主要工藝選擇

通過對污水處理廠現狀出水水質的分析，本次提標改造工藝需重點考慮的指標為TN、TP和SS，同時對其他污染物指標有一定的去除作用，才能保障出水達到排放標準。為了避免工程施工時污水廠長時間不正常運行造成出水不達標，會對受納水體水質造成一定程度的污染，因此本次提標改造需盡量減少對污水廠正常運行的干擾，要求提標工程不考慮對現狀工藝構筑物進行大規模改造，只在現狀處理工藝的基礎上增加后端深度處理工藝，考慮到現狀生化段缺氧池停留時間僅為2 h左右，脫氮能力較為欠缺。

綜上所述，提標工程需增設高效沉淀池及反硝化深床濾池深度處理組合工藝，高效沉淀池用于去除TP與SS，再通過反硝化深床濾池可進一步去除TN，以確保出水水質達標。本項目提標改造后工藝流程見圖1。

圖1 提標改造工藝流程圖

2.3 主要工藝設計

2.3.1 粗格柵及提升泵站

提標工程粗格柵及提升泵站利用原有已建成的設施，水池采用地下鋼筋混凝土結構，泵房采用框架結構。設計處理規模為20 000 m3/d，變化系數KZ=1.489，粗格柵設置兩道格柵渠，渠寬1 100 mm，渠深9.5m，采用2臺回轉式機械粗格柵，格柵柵條間距B=20 mm，設備安裝角度為75°。為了方便維護檢修，兩條格柵渠前后均設置鑄鐵鑲銅方閘門。

提升泵站設計流量為1 240 m3/h，有效容積為70 m3，安裝潛污泵3臺（旱季2用1備），單臺泵流量為625 m3/h，揚程為160 kPa。泵房配置電動起重裝置一套，起吊重量3.0噸，起吊高度13 m。

2.3.2 細格柵及沉砂池

提標工程細格柵及沉砂池進行一體建設，利用原有已建成設施，采用地上鋼筋混凝土結構。設計處理規模20 000 m3/d，變化系數KZ=1.489，細格柵設置兩道格柵渠，渠寬1 300 mm，渠深1 500 mm，采用2臺轉鼓細格柵（旱季1用1備），轉鼓直徑1 200 mm，格柵柵條間距B=5 mm，設備安裝角度35°；為了方便維護檢修，兩條格柵渠前后均設有不銹鋼方形插板閘門。

沉砂池采用土建形式，設計處理規模20 000 m3/d，采用旋流沉沙器2套，沉砂器直徑3 000 mm，配砂水分離器一臺，曝氣鼓風機一臺。

2.3.3 AAO微曝氧化溝

AAO微曝氧化溝已經建設完成，提標工程利用原有已建成設施，采用半地上鋼筋混凝土結構。平均設計處理規模20 000 m3/d，變化系數KZ=1.489。設厭氧池、缺氧池、好氧池各一座，停留時間分別為1.5 h，缺氧池2.0 h，好氧池7.0 h。設計污泥濃度3 500 mg/L，污泥負荷0.11kgBOD5/kgMLSS.d。共設置推流攪拌機4臺；曝氣鼓風機3臺（2用1備），風量：35 m3/min，風壓60 kPa。

2.3.4 二沉池

本項目二沉池已經建設完成，提標工程利用原有已建成設施，采用半地上鋼筋混凝土結構。平均設計處理規模20 000 m3/d，設置2座直徑為25 m的周進周出式二沉池，表面負荷為0.85 m3/m2·h，共設置吸刮泥機2臺。

2.3.5 中間提升泵站

新建鋼筋混凝土結構中間提升泵站一座，通過中間提升泵池將二沉池出水提升至高效沉淀池。設計處理規模20 000 m3/d，變化系數KZ=1.489，中間泵站設計流量為1 240 m3/h，有效容積220 m3，安裝潛污泵3臺（2用1備），單臺泵流量為625 m3/h，揚程為45 kPa。

2.3.6 高效沉淀池

高效沉淀池是依托混凝沉淀、污泥循環、化學除磷、斜管分離等多種理論基礎，通過科學合理的水力設計和空間結構組合而開發出的集化學除磷、泥水分離以及污泥濃縮等功能于一體的新一代混凝沉淀工藝。該工藝獨特的反應池和沉淀池設計，具有優秀的沉淀效果，適用于各類廢水高標準排放及中水回用領域。

本項目高效沉淀池采用半地埋鋼筋混凝土結構，混凝反應池反應時間5 min，安裝混凝攪拌機1臺，功率N=5.5 kW，轉速為75 r/min，投加10%PAC溶液，加藥量為30 mg/L。絮凝反應池反應時間8 min，投加0.10%陰離子PAM溶液，加藥量為0.5 mg/L。絮凝反應池內安裝攪拌機1 臺，功率N=7.5 kW，轉速為30 r/min［3］。沉淀池邊長為10 m，表面負荷10.6 m3/m2·h，最大負荷15.8 m3/m2·h。沉淀池設置六角蜂窩斜管90 m2，安裝刮泥機1臺，功率N=0.55 kW，外緣線速度為3.5 m/min。高效沉淀池設置排泥泵和污泥回流泵各2臺（1用1備），污泥回流量為80 m3/h，污泥回流比為6.7%。配置PAC及PAM加藥系統各一套。

主要運行參數：原有生化池二沉池出水SS約為20 mg/L以內，TP為1.0 mg/L以內，經高效沉淀池加藥除磷沉淀后，出水上清液SS小于10 mg/L，出水TP小于0.5 mg/L。高效沉淀池沉淀區污泥層高度控制在1.0～1.8 m范圍內，剩余污泥濃度為8～12 g/L范圍內，當泥位計顯示泥位高度超過1.8 m時，通過剩余污泥泵排泥。

2.3.7 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池是一種集生物脫氮及過濾功能為一體的工藝處理單元，采用特殊規格及外形的石英砂作為微生物的掛膜介質，為硝酸鹽氮及SS的去除提供了有利條件。本項目前端高效沉淀池出水經過反硝化深床濾池的配水渠削弱水流動能后分配至加藥混合池，經過攪拌混合脫氮反應所需的碳源后，自流入4座并聯的反硝化深床濾池，經過配水堰均勻配水，反硝化深床濾池采用向下流，自上向下經濾料的物理截留去除SS，同時附著于濾料的反硝化菌將硝酸氮轉化成N2逸出，剩余的有機物也被反硝化菌在生物代謝過程中利用，處理后出水。濾池清洗頻率為48 h/次，反沖洗廢水則回流至廠區提升泵站，經水泵提升后再次經過全部污水處理流程進行處理，由于濾池反沖洗廢水中含有的反硝化細菌可增強A/A/O微曝氧化溝缺氧區的反硝化處理效果，利于控制較短的污泥泥齡，從而增強了生化池活性污泥的活性。

本項目設計反硝化深床濾池一座，采用半地埋鋼筋混凝土結構，進水端設置配水混合區，配置混凝攪拌器1臺，功率N=5.5 Kw，轉速為75 r/min，投加乙酸鈉作為補充碳源［4］，加藥量為20 mg/L，配置碳源加藥系統一套。反硝化深床濾池設計分為4組并聯運行，單組反硝化深床濾池尺寸為21.2 m×2.45 m，有效過濾面積為51.94 m2，平均處理流量475 m3/h，平均水力負荷4.01 m3/（m2·h），強制濾速5.35 m3/（m2·h），最大濾速5.97 m3/（m2·h），填料高度為1.83 m，總氮負荷0.263 kg/（m3·d），空床停留時間27.4 min，反洗周期為48 h。配置反洗水泵3臺（2用1備），水洗強度15 m3/m2·h，設備參數：Q=390 m3/h，H=10 m；配反洗鼓風機3臺（2用1備），氣洗強度90 m3/m2·h，設備參數：Q=39 m3/min，風壓65 kPa。另設清水池、廢水緩沖池并附屬配套設備。

主要運行參數：高效沉淀池總氮出水為20 mg/L以下，經反硝化深床濾池脫氮處理，總氮可低于15 mg/L。反洗周期為48 h，同時反硝化深床濾池每格設置超聲波液位計，抬升水位一般控制在0.2～0.5 m，當液位抬升高度超過0.5 m時，關閉進水，開啟反沖洗泵2 min，驅除氮氣，驅氮強度為15 m3/m2·h，驅氮過程中不排廢水［5］。反沖洗通過PLC自動運行，反洗流程為：正常進水→空氣反洗5 min→氣水聯合洗10 min→單獨水洗5 min→正常進水［6］。

2.3.8 出水池消毒

本項目提標前設計時采用紫外消毒，并輔助加氯消毒，實際運行效果較好。但是考慮到一期紫外消毒設備按提標前的一級B標準配備，已不能滿足提標后的出水要求，本次提標改造需要更換原有紫外消毒設備，輔助加氯消毒則沿用原有設施。結合污水處理廠出水消毒池現狀情況，擬采用成套明渠式紫外消毒設備，配80支320 W紫外燈管，有效紫外光劑量為25 mJ/cm2，可滿足提標后的出水要求。

2.3.9 污泥脫水機房

項目污泥脫水要求為出泥含水率80%，提標改造后測算污泥量為2 400 kg干泥/d，原有系統采用帶式污泥濃縮脫水一體化機2臺（1用1備），濾帶寬度為1 500 mm，單臺處理能力為Q=150～200kgDS/m.h，經復核，該項目滿足提標改造后的處理能力。

3 工藝運行效果

本項目提標改造已經于2019年11月完成，出水穩定達標，污水廠近期出水水質如表3所示。

表3 提標改造出水水質表 單位：mg/L

4 項目經濟性分析

4.1 項目建設投資

本項目污水廠提標改造工程的建設費用為1 335萬元，其中土建工程部分為693萬元，設備購置及安裝部分為642萬元，噸水投資為667.5元/噸。

4.2 運行成本分析

本項目建成運行后，相較于原有工藝，會增加污水處理廠的運行成本，主要由電費、藥劑費、人工費用、維修費用、污泥運輸處置費用構成，按全年運行365天計，增加噸水電耗0.3 1 k W h，年增加運行電費1 2 3.9 1 萬元；新增藥劑費142.74萬元，噸水藥耗為0.196元/噸；污水廠新增人員編制2 人，年增加人工費用1 3 萬元；增加設備維修費用14.25萬元/年；增加污泥運輸處置費用73萬元；增加日常辦公及其他費用28.47萬元/年；年運行費用合計增加324.21萬元，噸水處理費用增加0.445元/噸。

5 結語

本工程在原有工藝基礎上，充分利用原有設施，提標改造深度處理采用“高效沉淀池+反硝化深床”組合工藝，使該廠出水水質穩定達到或優于設計出水要求。工程建設費用為1 335萬元，新增年運行成本324.21萬元，折合噸水處理費用增加0.445元/噸。該工程對同類項目具有借鑒意義。