鄭州市某小型污水處理廠黃河流域提標改造工藝探討

劉紅翠 劉偉

（1.河南聯成水保科技有限公司，河南 鄭州 450053；2.中原環保股份有限公司，河南 鄭州 450046）

1 引言

隨著我國經濟由高速增長階段逐步轉向高質量發展階段，黃河流域生態保護和高質量發展上升為國家戰略。河南省黃河流域的上下游省份，如陜西省、山東省均制定了黃河流域水污染物排放標準，并在修訂過程中提高了污染物排放控制要求。在這個大背景下，為協同上下游、干支流、左右岸協同治理的需求，河南省發布了DB 41/2087—2021《河南省黃河流域水污染物排放標準》［1］。該標準主要出水控制指標為：COD≤40 mg/L；NH3-N≤3（5）mg/L（3.0 mg/L為4—10 月期間排放限值，5.0 mg/L 為1—3 月、11—12月期間排放限值）；TP≤0.4 mg/L；TN≤12 mg/L。

根據黃河流域標準要求，尾水排放至黃河一級支流的污水處理廠，自2022 年9 月1 日起出水水質必須執行黃河流域一級標準。鄭州市某污水處理廠出水排放至枯河，枯河屬于河南省黃河一級支流，因此，該污水處理廠需要提標改造，以滿足出水水質達到新標準的要求。

2 提標改造前工藝流程及改造前后設計進出水水質對比

2.1 提標改造前污水污泥處理工藝流程

該污水處理廠建于2012 年，在提標改造前，出水水質一直執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準［2］。污水處理采用一級物理處理法、二級生物處理法加三級深度處理的工藝流程。一級處理段采用常規的粗、細格柵加旋流沉砂池；二級處理段采用改良型卡魯賽爾氧化溝工藝，配套二沉池、回流剩余污泥泵房及鼓風機房；深度處理段采用反應沉淀池加纖維轉盤濾池，輔加次氯酸鈉消毒，出水達標排放。污泥處理采用帶式濃縮脫水機脫水加污泥低溫干化工藝，經低溫干化后，含水率約30%的污泥運送至發電廠與煤進行摻燒，進行最終的處置。提標改造前該污水處理廠污水污泥處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標改造前該污水廠污水污泥處理工藝流程

2.2 提標改造前后設計進出水水質對比

該污水廠運行10 余年來，出水水質一直穩定達到國家一級A 標準，運行工況穩定。原設計進水水質是根據2012 年的實地調研數據預估的，根據近幾年的實際進水水質，發現進水NH3-N 與TP 均較設計值有很大偏差。因此，在提標改造工程設計中，將設計進水NH3-N 由35 mg/L 提高至40 mg/L，設計進水TP 由3 mg/L 提高至5 mg/L，該污水處理廠提標改造前后設計進出水水質對比見表1。

表1 某污水處理廠提標改造前后設計進出水水質對比mg/L

3 提標改造思路及工藝探討

3.1 提標改造中重點處理指標的確定

重點污染物處理指標的確定，直接影響著后期提標改造工藝的確定，因此，分析、判斷本次提標改造中重點處理指標非常重要。本次提標改造工程主要污染物為BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 和SS，SS 在提標前后水質指標不變，不是本次提標改造的重點。本文主要針對BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 這5 項指標進行逐一分析。

3.1.1 BOD5指標的判定

BOD5從之前一級A 標準的10 mg/L 限值提高到6 mg/L，按設計進水水質，要求的出水BOD5去除率＞96.5%。當按要求對污水進行硝化或者硝化及反硝化時，很多生物脫氮除磷工藝往往體現出碳源不足，這是因為自養型的亞硝酸菌具有很小的比生長速率，與去除碳源的異養型微生物相比要小一個數量級以上，需要硝化系統比單純去除BOD5的系統具有更長的泥齡或更低的污泥負荷，在此條件下，BOD5的去除率將有大幅度的提高。再則，根據該污水處理廠10 多年來的生產運營數據，BOD5基本上都在6 mg/L 以下。因此，提標改造后，本項目若按穩定達標控制設計和運行，根據經驗，出水能夠達到BOD5不超過6 mg/L 的要求。因此，BOD5不是本工程的重點處理指標。

3.1.2 COD 指標的判定

本工程提標后，COD 從之前一級A 標準的50 mg/L 限值提高到40 mg/L。近幾年該污水處理廠的實際進水中，進水水質的BOD5/COD 大約為0.48，污水的可生化性較好，根據COD 實際運行數據，現狀出水COD 大部分在30 mg/L 左右，二級生物處理及深度處理基本可以穩定達標。因此，COD 也不是本工程的重點關注指標。

3.1.3 NH3-N 指標的判定

氮是蛋白質不可缺少的組成部分，因此廣泛存在于城市污水之中。本次提標后，出水NH3-N 從之前一級A 標準的5（8）mg/L 限值提高到黃河流域標準的3（5）mg/L，出水水質明顯提高。根據該污水處理廠常年的運行經驗，NH3-N 的去除主要靠硝化過程來完成，NH3-N 的硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設計的主要因素，需要采用強化的硝化工藝才能滿足本工程的要求。按照要求本項目NH3-N在4—10 月要低于3 mg/L，要求較高，特別是當曝氣效率降低時，生物池溶解氧無法提升，NH3-N 會在短時間內難以達標。因此，NH3-N 是本次提標改造重點關注的指標之一。

3.1.4 TN 指標的判定

本次提標改造要求TN 從之前一級A 標準的15 mg/L 限值提高到黃河流域一級標準的12 mg/L。TN 的去除依賴于進水有機物濃度、可生化性和C/N比值，一般在碳源充足情況下，TN 去除率可達到80%，但還存在與TP 去除的協調問題，這通常是污水處理廠設計、運行中的難點。同時，如進水中存在較多的不可氨化的溶解性有機銨，對TN 的去除會帶來極大的難度。

本項目出水按照TN＜12 mg/L 設計，在設計中應預留TN 進一步去除的空間；同時，根據該污水廠多年的運行經驗，之前在國家一級A 標準下，在冬季，出水TN 經常維持在12～14 mg/L。綜合考慮政策、環境、工藝、成本以及實際運行情況等多方面因素，對TN 的去除設計也是本工程處理的重點關注指標之一。

3.1.5 TP 指標的判定

本次提標改造要求TP 從之前一級A 標準的0.5 mg/L 限值提高到0.4 mg/L。在碳源充足時，同時脫氮除磷下TP 的生物去除率可達75%，達不到去除要求，故在充分考慮生物除磷的前提下，考慮化學除磷作為保障措施。在采用化學藥劑處理工藝的條件下，TP 出水達標不存在工藝難點，只需重點考慮節省藥劑費用。要滿足出水磷濃度低于0.4 mg/L 的要求，因此，TP 為本工程重點關注指標之一。

結合該污水處理廠近年來實際的生產數據，并從原理上對BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 這5 項指標的去除情況進行逐一分析，判定NH3-N，TN，TP 為本次黃河流域提標改造工程中的重點關注指標。

3.2 提標改造工藝確定

結合該污水處理廠提標改造中需重點關注的污染物指標，確定提標改造的主要工藝思路：針對出水NH3-N 指標的提高，可進一步強化硝化效果，該污水廠的曝氣頭存在破損、老化甚至脫落現象，現有的離心鼓風機噪聲較大，故障率高，維修頻繁，最主要的是風量不夠，因此，可考慮在本次提標中更換鼓風機和曝氣頭，并在好氧段多布置一些曝氣裝置；針對出水TN 指標的提高，從長遠考慮需增強污泥的反硝化作用，具體思路是增大缺氧池的池容，增加反硝化反應的停留時間；針對TP 指標的提高，生物除磷已無過多的提升空間，可考慮加強化學除磷的方法，該污水廠現有的反應沉淀池已運行10 年，部分斜板已損壞，且無氣沖洗裝置，沉淀效果極差，可改造為高效沉淀池，更換斜板，增強絮凝沉淀效果；此外，針對該污水廠的其他問題，本次提標中一并考慮，最終確定提標改造的工藝［3-5］。

4 提標改造工程設計

本次提標改造工程從大的方面來看，分為新建工程和改造工程2 個部分，因此，對新建工程和改造工程具體設計內容分別予以說明。

4.1 新建工程

在二級處理段，新建2 座厭氧池、1 座變配電間；在三級處理段，新建V 型濾池、接觸消毒池以及出水在線儀表間；新建生物除臭裝置，收集粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、脫水機房以及貯泥池的臭氣。

新建厭氧池單池設計流量625 m3/h，單池有效池容937.5 m3，水力停留時間1.5 h，2 臺低速潛水推流器，葉輪直徑2.5 m，電機功率4.3 kW；新建V 型濾池考慮到一定的沖擊負荷，設計最大流量為1 775 m3/h，濾池格數4 格，設置4 臺反沖洗水泵（3用1 備），單臺流量590 m3/h，揚程10 m，功率22 kW，3 臺反沖洗風機（2 用1 備），單臺流量1 755 m3/h，出口風壓49 kPa，功率150 kW。

新建接觸消毒池的主要作用是對尾水進行消毒，在出水口設置4 臺中水泵（2 用2 備），均為變頻，單臺流量110 m3/h，揚程40 m，功率30 kW。

4.2 改造工程

本次提標的改造工程部分，在一級處理段，在進水泵房增加1 臺變頻潛污泵，將進水泵房中的1 臺定頻泵更換成1 個變頻泵，變成2 定頻、2 變頻，潛污泵單臺流量625 m3/h，揚程11 m，功率37 kW；格柵更換為內進流網板格柵，柵間距為5 mm；配套2臺高壓沖洗水泵及高排水螺旋壓榨機，對現狀旋流沉沙設備進行改造。在二級處理段，鼓風機房對現狀3臺鼓風機進行更換，將離心鼓風機更換為3 臺更節能的磁懸浮鼓風機，單臺風機供氣量達到6 480 m3/h，風壓75 kPa，功率150 kW；現狀生物池將之前的厭氧池改造成缺氧池；增加內回流污泥泵，將好氧段的活性污泥回流至缺氧池；清除原有曝氣頭，更換成曝氣管；對加氯加藥系統進行改造，增加智能加藥裝置。在深度處理段，對現狀反應沉淀池進行改造，改造成高效沉淀池；增加2 臺中心傳動刮吸泥機；將之前的轉盤濾池改造成與高效沉淀池配套的排泥泵站；增加2 臺潛污泵，單臺流量15 m3/h，揚程10 m，功率1.1 kW。在中途提升泵房，增加1 臺變頻潛污泵，將其中的1 臺定頻泵更換成1 個變頻泵，變成2定頻、2 變頻，潛污泵單臺流量625 m3/h，揚程6 m，功率22 kW。在現狀脫水機房，將原來的帶式脫水機更換為帶式濃縮脫水一體機，有效帶寬1.5 m，處理能力300 kg/h（絕干），出泥含水率≤70%。

5 結語

（1）鄭州市某小型污水處理廠在原有廠址基礎上進行提標改造，出水水質標準從之前的GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準提高至DB 41/2087—2021《河南省黃河流域水污染物排放標準》一級標準，提標后，出水BOD5從之前的10 mg/L 提高至6 mg/L，出水COD 從之前的50 mg/L提高至40 mg/L，出水NH3-N 從之前的5（8）mg/L提高至3（5）mg/L，出水TP 從之前的0.5 mg/L 提高至0.4 mg/L，出水TN 從之前的15 mg/L 提高至12 mg/L。

（2）在主體工藝設計上，在二級處理段增加2 座厭氧池，將之前的厭氧池改造成缺氧池，以增大生物池池容，同時對鼓風機、曝氣頭進行更換，增加內回流污泥泵；在深度處理段，增加1 座V 型濾池，對反應沉淀池進行改造，增加接觸消毒池。工藝設計合理，工程完工后，出水水質能夠滿足黃河流域一級標準出水水質要求。

（3）該工程在原有廠址基礎上進行提標改造，不需要額外新增用地，后期可作為同等工藝的污水處理廠在原有廠址基礎上進行提標改造的工藝參考。