高康寧，曹會(huì)勇，王 進(jìn)，康蘇花，靳 偉，洪 綱

(1. 石家莊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北石家莊 050022； 2. 石家莊市環(huán)境科學(xué)研究院，河北石家莊 050022；3.南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071 )

華北地區(qū)某污水處理廠升級(jí)改造工程實(shí)例

高康寧1，曹會(huì)勇2，王 進(jìn)3，康蘇花1，靳 偉1，洪 綱1

(1. 石家莊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，河北石家莊 050022； 2. 石家莊市環(huán)境科學(xué)研究院，河北石家莊 050022；3.南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300071 )

華北地區(qū)某城市污水處理廠升級(jí)改造工程處理規(guī)模為50萬(wàn)t/d，原設(shè)計(jì)為A/O脫氮工藝，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。由于近年來(lái)進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重惡化以及對(duì)污水排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，需對(duì)原污水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過(guò)技術(shù)方案對(duì)比，在原生物處理段增加厭氧池，使之變?yōu)锳2/O脫氮除磷，新增深度處理工藝為反硝化生物濾池-加砂沉淀池-濾布濾池-紫外消毒，使出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

城市污水；升級(jí)改造；A2/O工藝；深度處理；一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)

1 工程概況

華北地區(qū)某城市污水處理廠原設(shè)計(jì)處理規(guī)模為50萬(wàn)t/d，廠區(qū)占地0.36 km2(540畝)，服務(wù)面積為95.95 km2，處理工藝采用A/O脫氮工藝，污泥采用厭氧消化處理工藝，原設(shè)計(jì)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)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

由于近年來(lái)進(jìn)水水質(zhì)的不斷惡化，嚴(yán)重影響了污水處理系統(tǒng)的處理效果，使得出水不能達(dá)標(biāo)排放。因此需要對(duì)原污水處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，改造后出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002) 一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[1]。原污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

注：除pH值外表中數(shù)值的單位均為mg/L。

污水處理廠原工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污水處理廠原工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of the original sewage treatment plant

2 升級(jí)改造工程介紹

2.1工程規(guī)模及要求

由統(tǒng)計(jì)資料得知，升級(jí)改造工程維持進(jìn)水水量50萬(wàn)t/d不變，即可滿(mǎn)足處理要求。根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果及污水排放標(biāo)準(zhǔn)，升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 改造工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

注：除pH值外表中數(shù)值的單位均為mg/L。

升級(jí)改造工程建設(shè)要求：1)盡量使用廠內(nèi)預(yù)留地，不再外征土地；2)充分利用原有的生產(chǎn)設(shè)施及附屬建筑物，進(jìn)行部分?jǐn)U建和改造，避免對(duì)原有工藝進(jìn)行大改動(dòng)；3)所選工藝對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，且有足夠的管理運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；4)根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)，需要具有脫氮除磷功能、運(yùn)行費(fèi)用低、操作方便、工藝成熟的污水處理工藝。

2.2升級(jí)改造工藝方案選擇

2.2.1 生物處理工藝選擇

根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)，可知本次改造工程的進(jìn)水氮、磷指標(biāo)很高，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，處理工藝除具有一般的有機(jī)物和懸浮固體去除功能外，一定要有較強(qiáng)的脫氮除磷效果。目前，能夠形成厭氧、缺氧及好氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生物脫氮除磷的工藝類(lèi)型很多，如AB法、氧化溝以及A2/O法等。鑒于該污水處理廠原有工藝類(lèi)型為A/O法，且該廠建設(shè)初期預(yù)留了厭氧生物處理位置，因此增加厭氧段后，很容易實(shí)現(xiàn)A2/O脫氮除磷工藝，該工藝在國(guó)內(nèi)外有著豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，具有工藝操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行能耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇此工藝作為改造對(duì)象[2-3]。

根據(jù)表2可知，進(jìn)水ρ(BOD5)/ρ(COD)≈0.4，生化性較好；ρ(BOD5)/ρ(TP)=20，有較好的除磷效率；ρ(BOD5)/ρ(TN)<4，污水沒(méi)有足夠碳源供反硝化菌利用，將影響到微生物的脫氮除磷效果，因此需要外加碳源。

2.2.2 深度處理部分工藝選擇

1)后續(xù)脫氮工藝選擇

A2/O工藝雖具有一定的脫氮除磷功能，但是距離一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)還有一定距離，需要進(jìn)一步處理去除TN。反硝化生物濾池是實(shí)現(xiàn)污水深度脫氮的有效手段[4]，且具有生物氧化脫氮、過(guò)濾、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。因此在預(yù)留三級(jí)處理用地新建脫氮生物濾池，鑒于進(jìn)入到三級(jí)處理部分的碳源將嚴(yán)重不足，需要外加碳源使脫氮生物濾池發(fā)揮脫氮作用。

2)除磷工藝選擇

研究表明，通過(guò)生物除磷工藝，污水中的一部分磷可被生物體吸收，并隨剩余污泥排放。本工程中進(jìn)水TP質(zhì)量濃度高達(dá)15 mg/L，經(jīng)預(yù)處理和生物除磷處理后，出水TP遠(yuǎn)達(dá)不到排放要求，因此需要輔助化學(xué)除磷降低TP。試驗(yàn)確定本工程的化學(xué)除磷藥劑為聚合氯化鋁。由于工程占地緊張，加藥后采用常規(guī)的沉淀池不適宜，因此選用占地面積最小的加砂沉淀池[5]。

3)過(guò)濾工藝選擇

一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)出水SS質(zhì)量濃度要求低于10 mg/L，需要后續(xù)過(guò)濾工藝進(jìn)一步降低SS。傳統(tǒng)砂濾池占地面積大，附屬設(shè)備多?？紤]到廠區(qū)占地緊張，因此選用高效濾布濾池。該工藝具有出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、附屬設(shè)備少、功率低、無(wú)需外源水沖洗、自動(dòng)化程度高、占地面積小等特點(diǎn)，且在國(guó)內(nèi)外大型污水處理廠有著廣泛的應(yīng)用[6]。

4)出水消毒

污水處理廠出水中含有大量大腸菌群，需要對(duì)出水進(jìn)行消毒處理。目前國(guó)內(nèi)的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、紫外線(xiàn)消毒等。由于液氯消毒和二氧化氯消毒的設(shè)備復(fù)雜，危險(xiǎn)系數(shù)大等原因，本工程選用紫外消毒法，該法操作安全、簡(jiǎn)單，占地小，效率高，無(wú)需投加化學(xué)藥劑、便于管理[7]。

2.2.3 污泥處理工藝

原污水處理廠初沉污泥采用重力濃縮，二沉池剩余污泥進(jìn)入濃縮機(jī)房進(jìn)行機(jī)械濃縮，二者混合后進(jìn)入蛋形中溫厭氧消化池處理，然后機(jī)械脫水后外運(yùn)。改造工程將新增深度處理污泥，此部分污泥將同剩余污泥一并進(jìn)入污泥濃縮機(jī)房處理，因此需改造污泥濃縮機(jī)房，增加污泥濃縮脫水機(jī)數(shù)量。中溫厭氧消化產(chǎn)生的沼氣用于廠區(qū)鼓風(fēng)機(jī)房和對(duì)消化池進(jìn)行加熱等，降低廠區(qū)能耗。本次改造工程充分利用了原有污泥處理系統(tǒng)。

升級(jí)改造工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 污水處理廠升級(jí)改造工藝流程Fig.2 Process flow diagram of the upgrade sewage treatment plant

2.3升級(jí)改造工程設(shè)計(jì)

2.3.1 原有主要構(gòu)筑物利用和改造情況

1)粗格柵

泵前粗格柵主要去除污水中較大漂浮物，攔截直徑大于20 mm的雜物，以保證提升系統(tǒng)正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為5.79 m3/s， 6臺(tái)并聯(lián)GSGL型高鏈?zhǔn)綑C(jī)械格柵，格柵寬度為1 460 mm，過(guò)柵流速為0.8 m/s，柵條間隙為0.02 m，安裝傾角為70°，單機(jī)功率為1.1 kW。

2)進(jìn)水泵房

進(jìn)水流量為50萬(wàn)t/d，QW型污水潛水泵10臺(tái)(8用2備)，具有高效節(jié)能、防纏繞、無(wú)堵塞、自動(dòng)耦合、高可靠性和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。單泵流量為3 500 m3/h，揚(yáng)程為12 m，功率為185 kW，經(jīng)校核進(jìn)水泵能力滿(mǎn)足升級(jí)改造要求。

3)細(xì)格柵

設(shè)計(jì)進(jìn)水流量為5.79 m3/s，選用XZG型轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵8臺(tái)(6用2備)，轉(zhuǎn)鼓直徑為2 150 mm，柵條間距為5 mm，單個(gè)過(guò)水流量為4 356 m3/h，安裝角度為35°，該機(jī)集除渣、螺旋提升壓榨脫水4種功能于一體，為現(xiàn)代化大型污水處理廠的首選柵型。

4)改造旋流式沉砂池

原有旋流沉砂池4座，單座設(shè)計(jì)流量為1.88 m3/s，表面負(fù)荷q=200 m3/(m2·h)，直徑為6.6 m，總高度為7.78 m。配套設(shè)備有旋流葉輪、吸砂泵以及砂水分離器。吸砂泵底部提升排砂，每天排砂一次。近年來(lái)，沉砂池運(yùn)轉(zhuǎn)狀況較差，出砂量少，需要對(duì)沉砂池進(jìn)行改造。中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用較早的曝氣沉砂池，具有對(duì)細(xì)小砂粒的去除率高、有機(jī)物分析效果好以及運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，以此作為本次改造工程的選擇對(duì)象。改建曝氣沉砂池8座，單座設(shè)計(jì)流量為0.94 m3/s，停留時(shí)間為5 min。配套設(shè)備主要有刮砂橋、吸砂泵、砂水分離器以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)。

5)輻流式初沉池

中間進(jìn)水、周邊出水的輻流式沉淀池8座，單座最大設(shè)計(jì)流量為0.94 m3/s，直徑為45 m，有效水深為4.28 m，表面負(fù)荷為2.14 m3/(m2·h)，停留時(shí)間為2 h。采用環(huán)形集水槽，雙側(cè)溢流堰出水。CP型沉水式初沉污泥泵2臺(tái)，單臺(tái)流量60 m3/h，揚(yáng)程為16 m，功率為7.5 kW。

6)改造A/O生物反應(yīng)池

原生物處理為A/O工藝，缺氧-好氧池8組。改造工程在原A/O工藝預(yù)留地新建厭氧反應(yīng)池，形成8組A2/O生物反應(yīng)池。為強(qiáng)化脫氮除磷效果，采用內(nèi)回流-污泥回流運(yùn)行模式，內(nèi)回流及污泥回流比均為100%。厭氧池、缺氧池和好氧池之間采用自流式。厭氧、缺氧池分別設(shè)置導(dǎo)流墻將其分為2格，安裝潛水?dāng)嚢铏C(jī)。好氧池采用4廊道推流式，單廊道尺寸為14 m×59 m。曝氣類(lèi)型為鼓風(fēng)曝氣，池底安裝微孔曝氣器?；旌弦杭拔勰嗷亓鞅脼長(zhǎng)XB型污泥泵，揚(yáng)程為3.5 m，功率為45 kW。A2/O生物反應(yīng)池其他相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 A2/O生物反應(yīng)池設(shè)計(jì)參數(shù)

7)輻流式二沉池

最大設(shè)計(jì)流量為7.52 m3/s，中間進(jìn)水、周邊出水的輻流式二沉池12座，單座直徑為50 m，表面負(fù)荷q′=1.20 m3/(m2·h)，停留時(shí)間為2.5 h。采用環(huán)形集水槽，雙側(cè)溢流堰出水。采用周邊傳動(dòng)刮吸泥機(jī)，線(xiàn)速度為2～3 m/min，底部設(shè)有刮泥板和吸泥管。二沉池剩余污泥含水率為99.2%，污泥量為10 038 m3/d，選用YW型液下式排污泵，單臺(tái)流量Q=70 m3/L，揚(yáng)程為17.5 m，功率為7.5 kW。

2.3.2 新建深度處理部分參數(shù)設(shè)計(jì)

1)反硝化生物濾池

采用鋼筋混凝土矩形池，1座24組，單組過(guò)濾面積為240 m2。設(shè)計(jì)進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度為60 mg/L，出水ρ(TN)<15 mg/L，外加碳源投加質(zhì)量濃度100 mg/L。反沖洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，排污泵2臺(tái)，潛水?dāng)嚢杵?臺(tái)。

2)加砂沉淀池

完成加藥除磷，進(jìn)一步降低SS，新建鋼筋混凝土矩形池4座，單座混凝池、微砂投加池及熟化池有效容積分別為180，180，300 m3。沉淀池直徑為16 m，設(shè)計(jì)出水ρ(TP)<1 mg/L，ρ(SS)<20 mg/L。絮凝劑投加聚合氯化鋁，助凝劑聚丙烯酰胺。附屬設(shè)備有刮砂橋4臺(tái)，攪拌器12臺(tái)，吸砂泵8臺(tái)。

3)濾布濾池

將沉淀處理后污水進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)泥水分離。鋼筋混凝土矩形池1座，24組，單組平面尺寸為16 m×4 m，池深3 m，濾布轉(zhuǎn)盤(pán)24套，每套盤(pán)片數(shù)量為30片，盤(pán)片直徑為2 200 mm，濾速為10 m/h，設(shè)計(jì)進(jìn)水ρ(SS)<20 mg/L，出水ρ(SS)<10 mg/L。反沖洗水泵24臺(tái)，每臺(tái)功率為7.5 kW。

4)紫外消毒渠

紫外消毒渠1座5組，單組尺寸為12 m×4 m，池深2.0 m，采用渠道形式布置，內(nèi)置紫外燈管構(gòu)成的模塊，燈管數(shù)量為1 400根，單根功率為400 W。出水大腸菌群數(shù)小于1 000個(gè)/L。

2.3.3 污泥處理部分設(shè)計(jì)及改造情況

1)污泥濃縮池

初沉池污泥采用2個(gè)輻流式重力濃縮池處理，設(shè)計(jì)泥量為2 664 m3/d，池徑為24 m，進(jìn)泥含水率為97%，出泥含水率為95%，濃縮池采用BZX-20-30半橋式周邊驅(qū)動(dòng)刮泥機(jī)，LXB型螺旋泵間歇排泥至混合池，初沉污泥濃縮池滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2)改造污泥濃縮機(jī)房

污泥濃縮機(jī)房主要采用機(jī)械濃縮的方式處理剩余污泥及深度處理產(chǎn)生的污泥，提高濃縮效率，滿(mǎn)足消化池的進(jìn)泥要求。由于新增深度處理污泥，需增加2臺(tái)機(jī)械濃縮機(jī)來(lái)滿(mǎn)足處理要求。濃縮機(jī)房進(jìn)泥含水率為99.2%～99.5%，濕污泥總體積為15 000 m3/d，出泥含水率小于 92.5%，出泥體積為1 596 m3/d。轉(zhuǎn)鼓機(jī)械濃縮機(jī)8臺(tái)，單機(jī)流量為Q=80 m3/h，功率為11 kW。

3)蛋形污泥消化池

污泥采用中溫厭氧消化處理，使污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)，減少污泥體積，破壞和控制致病微生物，同時(shí)可以獲得沼氣、供給能量。6座蛋形污泥消化池，單池體積為10 700 m3，污泥消化時(shí)間為20 d，進(jìn)泥體積為3 194 m3/d，污泥含水率為94%，消化溫度為33～35 ℃，沼氣產(chǎn)率(單位體積污泥的產(chǎn)氣量)為10 m3/m3。配套設(shè)備有污泥機(jī)械攪拌機(jī)、消化池超壓安全釋放系統(tǒng)、消化池進(jìn)泥泵、污泥循環(huán)泵、管式熱交換器以及熱水循環(huán)泵各6臺(tái)。另有沼氣脫硫裝置2套和儲(chǔ)氣柜2座。污泥消化池滿(mǎn)足泥量處理要求，不做改造。

4)污泥脫水機(jī)房

污泥通過(guò)脫水機(jī)進(jìn)一步脫水,降低含水率，以減少污泥體積，便于污泥貯存、運(yùn)輸及綜合利用。污泥脫水機(jī)房1座，主要設(shè)備為L(zhǎng)WY壓榨型臥螺離心機(jī)4臺(tái)，單機(jī)處理能力為38～65 m3/h。

2.4運(yùn)行效果

該污水處理廠升級(jí)改造工程目前已投入使用，處理污水50萬(wàn)t/d，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，出水的 COD，BOD，SS，NH3-N，TN和 TP 等水質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目升級(jí)改造工程建成后，COD，TN，TP排放量的大幅減少，將大大降低城市污水對(duì)環(huán)境的污染，可使總退水渠及下游河流水系的污染大大降低，環(huán)境功能得到好轉(zhuǎn)；其次，污水的深度治理也減弱了其對(duì)地下水源的污染；此外，深度處理后的中水還可用于環(huán)城水系、綠化以及景觀用水等，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。污水處理廠升級(jí)改造工程對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水體治理有著重要意義，通過(guò)改造工程使生態(tài)環(huán)境和居民生活環(huán)境得到改善，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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Example of an upgrading project of sewage treatment plants in North China

GAO Kangning1, CAO Huiyong2, WANG Jin3, KANG Suhua1, JIN Wei1, HONG Gang1

(1. Shijiazhuang Municipal Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang Hebei 050022, China；2. Shijiazhuang Municipal Environmental Academy of Sciences, Shijiazhuang Hebei 050022, China；3.School of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China)

There is an upgrading project of sewage treatment plants with processing scale of 5×105t/d in North China. The original design is to use A/O denitrification process, abiding by the secondary emission standard of the implementation of the urban sewage treatment plant pollutant discharge standard (GB 18918-2002). Due to feed water quality deterioration and the improvement of sewage discharge standard the in recent years, the original sewage treatment system needs to be improved. Through technical comparison, anaerobic pool is adopted in the original biological treatment process, resulting in A2/O denitrification and dephosphorization, and the added depth treatment technology is of denitrifying biological filter-sand tank-filter cloth filter - ultraviolet disinfection in order. The effluent quality reaches discharge standard A.

urban sewage； upgrading； A2/O process； depth processing； discharge standard A

1008-1534(2013)04-0286-05

X703

A

10.7535/hbgykj.2013yx0416

2013-04-30;

2013-05-27

責(zé)任編輯：王海云

高康寧(1981-)，女，山東煙臺(tái)人，工程師，博士，主要從事環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方面的研究。

E-mail：gkn1234@163.com