郭 飛

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

延安市污水處理廠建于1999年，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為50 000 m3/d，現(xiàn)基本已滿負(fù)荷運(yùn)行。由于建設(shè)時(shí)間較早，該廠設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)為《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《黃河流域(陜西段)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，污水廠必須將排放標(biāo)準(zhǔn)提升為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1 污水廠運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 工藝流程及運(yùn)行參數(shù)

該廠改造前工藝:格柵→進(jìn)水泵房→沉砂池→Orbal氧化溝(4組)→二沉池(4組)→加氯消毒池→出水排放。在現(xiàn)有水量下構(gòu)筑物運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

表1 廠內(nèi)主要現(xiàn)有構(gòu)筑物參數(shù)Tab.1 List and Main Parameters of Structures

1.2 運(yùn)行效果

表2為2011年延安市污水處理廠日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

表2 2011年進(jìn)出水主要污染物指標(biāo)Tab.2 Quality of Influent and Effluent in 2011

2 現(xiàn)狀問(wèn)題分析及改造思路

由表2可知2011年本廠運(yùn)行狀況基本正常，出水中CODCr、BOD5、SS和NH3-N等指標(biāo)與“一級(jí)A”排放標(biāo)準(zhǔn)差距較小。針對(duì)出水SS及大腸桿菌指標(biāo)的提標(biāo)要求，在污水排放前增設(shè)濾布濾池及紫外消毒池。

污水處理廠總磷亦長(zhǎng)期超標(biāo)，但運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示其超標(biāo)的絕對(duì)數(shù)值不大。因此總磷可通過(guò)增設(shè)加藥化學(xué)除磷的方式實(shí)現(xiàn)提標(biāo)。

污水處理廠的總氮數(shù)據(jù)長(zhǎng)期超標(biāo)，且超標(biāo)幅度較大，這是污水處理廠原排放標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)總氮指標(biāo)、以至于原工藝脫氮能力較弱造成的。總氮的提標(biāo)也是本次改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

為進(jìn)一步了解進(jìn)出水的總氮指標(biāo)中的具體組分，污水廠提供了2011年9月某次測(cè)定的更多日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其統(tǒng)計(jì)平均值如表3所示。

表3 進(jìn)出水氮元素組成測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.3 Nitrogen in Influent and Effluent

由表3可知:

(1)進(jìn)水的大部分為有機(jī)氮，氨氮較低，硝酸鹽氮很低。

(2)出水的絕大部分氮元素仍以有機(jī)氮形式存在。出水總氮中僅15% ～20%為硝酸鹽氮，10% ～15%為氨氮，其余均為有機(jī)氮。也就是說(shuō)，這部分有機(jī)氮完全沒(méi)有經(jīng)歷有機(jī)氮→氨氮→硝態(tài)氮→氮?dú)獾纳锩摰D(zhuǎn)化過(guò)程，這是出水總氮不達(dá)標(biāo)的重要原因，可能的原因如下。

(a)出水的硝酸鹽氮濃度不高，說(shuō)明有機(jī)氮的氨化及氨氮的硝化作用不完全，這是現(xiàn)有氧化溝脫氮能力不足造成的，而這與氧化溝的供氧條件有關(guān)。因此，改造方案將對(duì)設(shè)備供氧能力進(jìn)行核算，必要時(shí)補(bǔ)充曝氣充氧能力，強(qiáng)化硝化作用。

(b)Orbal氧化溝進(jìn)水方式為多點(diǎn)進(jìn)水，這樣設(shè)置的本意為實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。但進(jìn)水CODCr、總氮濃度均較高，由于池體容積及曝氣量的限制，有機(jī)氮的氨化過(guò)程及硝化過(guò)程進(jìn)行不佳，在這種情況下多點(diǎn)進(jìn)水實(shí)現(xiàn)脫氮的意圖難以達(dá)成，反而易造成靠近末端部分的污水停留時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致有機(jī)氮直接流出。改造中將多點(diǎn)進(jìn)水方式取消，改為更接近推流的運(yùn)行方式，設(shè)置獨(dú)立的缺氧/好氧區(qū)域，并配置內(nèi)回流，并改造為A/O工藝，強(qiáng)化脫氮效果，便于運(yùn)行管理。

上述為本工程技術(shù)上主要難點(diǎn)分析，結(jié)合本工程其他限制因素，本次改造主要難點(diǎn)如下:

(1)在技術(shù)上，現(xiàn)有池體的容積及現(xiàn)有設(shè)備的供氧量均難以滿足對(duì)現(xiàn)有進(jìn)水總氮去除的要求，改造著重針對(duì)脫氮進(jìn)行強(qiáng)化;

(2)在工程實(shí)施上，本項(xiàng)目可用場(chǎng)地非常有限且形狀不規(guī)則，難以新增大型池體。因此必須選用集成度較高的工藝，在實(shí)際工藝選擇上我們選擇了曝氣生物濾池為深度處理工藝;

(3)在投資控制上，項(xiàng)目投資資金有限，考慮采用最簡(jiǎn)單實(shí)用的手段實(shí)現(xiàn)改造目標(biāo)，在實(shí)際改造中選擇了同步沉淀化學(xué)除磷工藝。

3 提標(biāo)改造工藝

3.1 提標(biāo)改造工藝流程

進(jìn)水泵房→沉砂池→厭氧選擇池→氧化溝(改造)→二沉池→中間提升池→曝氣生物濾池(硝化池)→曝氣生物濾池(反硝化池)→濾布濾池→紫外消毒池→出水池→排放。其中在氧化溝的反硝化段入口及反硝化生物濾池進(jìn)水口均設(shè)置碳源投加點(diǎn)，以解決碳源不足問(wèn)題;在改造后的氧化溝出水口投加聚合氯化鋁(PAC)，使其在氧化溝至二沉池管道中反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)二沉池的化學(xué)除磷。各個(gè)構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)如表4所示。

表4 改造后各個(gè)構(gòu)筑物設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)預(yù)測(cè)Tab.4 Forecast of Influent and Effluent Quality after Upgrading and Reconstruction

3.2 提標(biāo)改造主要構(gòu)筑物

3.2.1 氧化溝

將現(xiàn)有的Orbal氧化溝改造為A/O方式運(yùn)行。

因現(xiàn)有池型的限制，將現(xiàn)有的中溝改為缺氧池，將現(xiàn)有的多點(diǎn)進(jìn)水Orbal氧化溝改為中溝進(jìn)水，污水依次流過(guò)中溝-外溝-內(nèi)溝，實(shí)現(xiàn)缺氧/好氧的運(yùn)行方式，并增設(shè)內(nèi)回流裝置。這樣改造工作量最小，流程上也較為合理。

改造前后氧化溝內(nèi)部流程如圖1及圖2所示。

圖1 改造前Orbal氧化溝內(nèi)部流程Fig.1 Process in Oxidation Ditch before Reconstruction

圖2 改造后Orbal氧化溝內(nèi)部流程Fig.2 Process in Oxidation Ditch after Reconstruction

經(jīng)核算，改造后缺氧池 HRT為5.2 h，好氧池HRT為11.3 h。受氧化溝總?cè)莘e限制，改造后的氧化溝設(shè)計(jì)出水總氮為25 mg/L。為達(dá)到總氮指標(biāo)達(dá)標(biāo)排放，在氧化溝后補(bǔ)充曝氣生物濾池進(jìn)行深度處理。

改造前氧化溝轉(zhuǎn)刷曝氣的情況:外圈安裝6只22 kW轉(zhuǎn)刷，中圈安裝4只22 kW轉(zhuǎn)刷，內(nèi)圈安裝2只18.5 kW轉(zhuǎn)刷。

根據(jù)提標(biāo)后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)，改造后氧化溝總需氧量為16 576 kg/d。變化系數(shù)為1.3，則最大需氧量為21 549 kg/d。

改造后中圈轉(zhuǎn)刷停用，則單池總曝氣功率為169 kW。全廠總機(jī)械曝氣功率為676 kW，按清水動(dòng)力效率為1.5 kg O2/kw·h、需氧量污水修正系數(shù)為2.42計(jì)算，則機(jī)械曝氣裝置供氧能力為13 329 kg/d，需補(bǔ)充需氧量:21 549-13 329=8 220 kg/d。擬采用鼓風(fēng)曝氣方式補(bǔ)充，經(jīng)計(jì)算單池需增加曝氣量50 m3/min。

改造后氧化溝主要參數(shù):缺氧池HRT為5.2 h，好氧池HRT為11.3 h，內(nèi)回流比為150% ～350%，MLSS為4 000 mg/L，污泥負(fù)荷為 0.06 kg BOD/kg MLSS·d、硝化菌比生長(zhǎng)速率為0.26 d-1，好氧池泥齡為 11.5 d。

3.2.2 中間提升池

由于原有設(shè)施水位高度的限制，新建中間提升池1座，用于將二沉池出水提升至后續(xù)曝氣生物濾池，曝氣生物濾池反沖洗排水池亦與之合建。

3.2.3 曝氣生物濾池

考慮場(chǎng)地占地等因素，選擇曝氣生物濾池為深度處理及深度脫氮構(gòu)筑物。曝氣生物濾池共分為硝化濾池和反硝化濾池2個(gè)區(qū)域，反硝化濾池4格、硝化濾池8格，污水依次流過(guò)硝化濾池和反硝化濾池。單格濾池尺寸為10 m×7 m，填料層高度為3.5 m，采用陶粒填料，氣水反沖。

主要設(shè)計(jì)參數(shù):硝化濾池濾速為3.7 m/h，硝化負(fù)荷為0.5 kg NH4-N/m3·d，反硝化濾池濾速為7.4 m/h，反硝化負(fù)荷為 1.0 kgNO3--N/m3·d。

3.2.4 濾布濾池及紫外消毒池

新增濾布濾池及紫外消毒池(合建)，總尺寸為15.1 m ×12.14 m。其中濾布濾池分 3格，并聯(lián)運(yùn)行。

3.2.5 鼓風(fēng)機(jī)房及加藥間

新建鼓風(fēng)機(jī)房及加藥間一座，其中還包括整個(gè)改造系統(tǒng)的配電間。內(nèi)部布置新增的氧化溝曝氣風(fēng)機(jī)、曝氣生物濾池風(fēng)機(jī)及新增的化學(xué)除磷及碳源補(bǔ)充藥劑。

本項(xiàng)目水質(zhì)中C/N不平衡，因此需通過(guò)補(bǔ)充碳源來(lái)實(shí)現(xiàn)脫氮工藝。本工程選擇乙酸鈉為碳源，經(jīng)計(jì)算需投加乙酸鈉80 mg/L。投加點(diǎn)為曝氣生物濾池反硝化池及氧化溝的缺氧池。

化學(xué)除磷按聚合氯化鋁投加量(10 mg/L)計(jì)，投加10%聚合氯化鋁溶液，則每日投加量為10×50 000/106/0.1=5 t/d=0.2 t/h。

4 改造后運(yùn)行效果

本工程于2013年10月建設(shè)完成并開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的調(diào)試，該廠主要出水參數(shù)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 調(diào)試期進(jìn)出水水質(zhì)(平均)Tab.5 Quality of Influent and Effluent after Upgrading and Reconstruction

本廠調(diào)試于10月開(kāi)始，隨著調(diào)試的進(jìn)行，氣溫及水溫逐漸下降，12月～次年2月冬季階段出水水質(zhì)略有下降，污水廠的管理難度大大增加，其中NH3-N、TN指標(biāo)偶有不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生，估計(jì)可能與曝氣生物濾池尤其是反硝化段濾池調(diào)試和掛膜尚未完全完成有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)經(jīng)氧化溝改造、增加曝氣量、增設(shè)曝氣生物濾池、濾布濾池等措施的提標(biāo)改造，該污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)從 GB 8978—1996中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提高至 GB 18918—2002中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，曝氣生物濾池必須1～2 d反沖洗一次，否則阻力將大大增加，甚至造成難以恢復(fù)的狀況。因此，建議類(lèi)似項(xiàng)目在占地、投資等條件允許的情況下，考慮在曝氣生物濾池前端增設(shè)反應(yīng)沉淀池或澄清池，可進(jìn)一步保障出水水質(zhì)，并起到對(duì)濾池的保護(hù)作用。

(3)因項(xiàng)目用地限制，設(shè)計(jì)中好氧、缺氧池體容積設(shè)計(jì)安全系數(shù)較低。因此調(diào)試中隨著進(jìn)入冬季水溫的下降，出現(xiàn)了出水的氨氮總氮參數(shù)存在波動(dòng)和達(dá)標(biāo)難度增大的現(xiàn)象，給運(yùn)行管理帶來(lái)了難度。建議有條件的情況下類(lèi)似項(xiàng)目對(duì)池容的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮更大的安全系數(shù)。