王建西

(中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300381)

淮河曾經(jīng)是中國流域污染的一個縮影。20世紀90年代，淮河流域的工業(yè)和生活污染每年向淮河排放的COD超過100×104t，導致淮河水質嚴重惡化。經(jīng)過二十多年堅持不懈的治理，治理策略從初期的排污源頭總量控制到目前的河流斷面控制，淮河水質得以明顯改善。

1 項目概況

淮河流域中游某污水處理廠的設計處理能力為10×104m3/d，2007年開始滿負荷運行。工藝單元包括粗格柵、提升泵站、細格柵、旋流沉砂池、配水井、選擇厭氧池和卡魯塞爾2000型氧化溝、輻流式二沉池、污泥回流泵房、脫水機房等。設計進水水質見表1，設計出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。

2012年開始對該污水處理廠進行提標改造工作[1]，經(jīng)過對2008年1月至2012年4月實測進、出水的水質分析，提標前實際進、出水水質見表1。

表1 污水處理廠提標前進出水水質Tab.1 Water quality of influent and effluent before upgrading the wastewater treatment plant mg·L-1

確定污水處理廠提標改造工程設計進水水質見表2，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 1l8918—2002)一級A標準。

表2 提標工程設計進出水水質Tab.2 Design quality of influent and effluent of the upgrading project mg·L-1

提標工程改造的工藝單元包括：

(1)將2座厭氧選擇池改造為ARP/SSH池，配套新建1座鼓風機房；SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運行。

(2)2座氧化溝，每座原有4臺表曝機、4臺推進器。4臺表曝機改為2+2輪值運行，每座氧化溝增加6臺推進器。

(3)原有2座污泥回流泵池，每座有2臺回流污泥泵，Q=1 740 m3/h，H=6 m，N=30 kW，1臺變頻，1臺恒速。將恒速泵更換為變頻泵，Q=400～800 m3/h，H=3 m，N=15 kW。

(4)在原脫水機房空置用地上新增加藥裝置，由業(yè)主自行采購安裝。

① PAC制備投加裝置。采用一體化成套設備，投加點設在氧化溝出水口，視出水SS和TP投加。

② 醋酸鈉制備投加裝置。采用一體化成套設備，投加點設在氧化溝缺氧區(qū)進水口，視進水TN投加。碳源采用醋酸鈉，投加量為1.23 t/d。

(5)新建紫外線消毒渠1座。

2 提標改造技術分析

2.1 ARP/SSH池

提標工程將2座厭氧選擇池改造為ARP/SSH池，配套新建1座鼓風機房；ARP/SSH池為間歇曝氣，厭氧、好氧交替運行。

好氧運行的實質是將回流污泥曝氣再生，一方面為污水提供內碳源；另一方面增強自養(yǎng)硝化菌的活性[2]，提高污水的總氮去除率。二沉池底部的活性污泥在濃縮期間處于缺氧狀態(tài)。理論分析認為，活性污泥在二沉池底部停留時間較長，其活性會受到擬制，回流進入生物池后需要一段時間恢復才能正常發(fā)揮作用。但活性污泥曝氣再生會使以碳源為基質的異養(yǎng)菌快速衰減，異養(yǎng)菌細胞溶解會釋放出一定量的碳源和氨氮；以氨氮為基質的自養(yǎng)硝化菌則會大量增殖并保持高活性，回流到生物池后立即發(fā)揮降解作用，從而提高總氮去除率。

厭氧運行時，效果與原設計相同，聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋磷，在后續(xù)好氧環(huán)境中超量聚磷，完成磷的生物去除。

ARP/SSH池適合低碳氮比污水的處理，若碳氮比富裕則該工藝不具優(yōu)勢。該項目實際進水NH3-N和TN指標高于設計進水，而BOD5較低。根據(jù)《室外排水設計規(guī)范》(GB 50014—2006)的要求，要想獲得理想的脫氮效果，污水處理廠進水的BOD5/TN宜大于4 ∶1，而實際進水中BOD5/TN僅為1.45。

根據(jù)化驗結果，ARP/SSH池提供的內碳源約在10～60 mg/L，根據(jù)出水水質計算TN去除率為87.44%。按碳氮比4倍計算，BOD5應為206.36 mg/L。雖然ARP/SSH池提供的內碳源并不足以支持全程硝化反硝化脫氮,但內碳源的挖掘有助于深度除磷脫氮效果明顯。根據(jù)相關研究，污水處理系統(tǒng)中也明顯存在著其它脫氮形式，如短程硝化反硝化脫氮、厭氧氨氧化脫氮[3]、內源反硝化脫氮[4]等對總氮去除的貢獻。

2.2 氧化溝

該項目有2座卡魯塞爾2000型氧化溝，尺寸為105 m×55.25 m×5.5 m，其中有效水深為5.0 m，設計水力停留時間12 h 。

污染物去除率與生物池容和活性污泥濃度成正比。由于進水CODCr、BOD5遠小于設計值，大約只有設計值的一半，造成氧化溝容積富裕較多，具備池容優(yōu)勢，能夠保證提標后的生化反應進行徹底。

每座氧化溝有4臺表曝機和4臺推進器。由于進水CODCr、BOD5濃度較低，運行2臺表曝機即可滿足需要。因此將4臺表曝機改為2+2輪值運行，客觀上造成表曝機之間水流長度成倍增加，原設計的完全好氧狀態(tài)變?yōu)楹醚?缺氧狀態(tài)運行，利于脫氮。造成的推力不足由每座新增加的6臺推進器補充。

2.3 二沉池

二沉池所具備的以下三方面的優(yōu)勢，使其具有很好的水力穩(wěn)定性。

首先是較低的表面負荷率。4座直徑為50 m中進周出二沉池的設計平均表面負荷率為0.53 m3/(m2·h)，與常用的表面負荷率1.0 m3/(m2·h)相比，抗沖擊負荷能力更強。

其次，二沉池設計出水堰采用60°三角堰，在堰口數(shù)相同的情況下，抗沖擊負荷能力是常用的90°三角堰的1.75倍。

第三，采用ARP/SSH工藝后污泥回流比從100%降為50%，二沉池抗沖擊負荷能力提高2倍。

氧化溝生化反應徹底保證了污泥具備良好的沉降性能，二沉池具有很好的水力穩(wěn)定性，兩者共同作用，取得了良好的沉淀效果。

3 提標改造運行效果

提標改造前后的水質對比見表3。

表3 提標改造前后出水水質Tab.3 Water quality before and after upgrading mg·L-1

其中提標后的水質數(shù)據(jù)來源于安徽省重點排污單位自行檢測及監(jiān)督性檢測信息公開網(wǎng)站2020年一季度自行檢測匯總表，表中為平均值。根據(jù)調查，污水處理廠運行中從未投加碳源，除磷劑PAC偶爾投加。出水采用次氯酸鈉與紫外聯(lián)合消毒形式，以投加次氯酸鈉消毒為主。

該污水處理廠2020年一季度總處理污水量為9 313 044 m3，平均為102 341 m3/d，據(jù)此計算提標后的污染物減排量見表4。

表4 提標后的污染物減排量Tab.4 Emission reduction of pollutants after upgrading

該污水處理廠2018年全年處理污水量為39 899 802 m3，全年電耗為10 198 460 kW·h。2018年平均噸水電耗為0.255 6 kW·h，與提標前2012年的0.260 8 kW·h和2013年的0.263 2 kW·h相比，略有降低，見表5。

表5 2018年污水處理量和電能消耗量Tab.5 Wastewater treatment capacity and electricity consumption in 2018

4 結論

① 該項目提標完成后，出水BOD5、CODCr達到地表III類水質要求，TP優(yōu)于地表IV類，NH3-N優(yōu)于V類。出水水質大幅提升的同時，噸水電耗并未相應提高，反而比提標前略有降低。

② 該污水廠在低碳氮比水質、無外加碳源、無深度處理構筑物的情況下能夠實現(xiàn)一級A全面達標，是ARP/SSH工藝、氧化溝、二沉池發(fā)揮各自優(yōu)勢共同作用的結果。我國有相當一部分污水處理廠進水氮、磷濃度較高，而有機物濃度較低。該項目的提標改造，也為類似項目在新建或改造過程中工藝優(yōu)化、提質增效提供了借鑒。