白 生 云

(太原市市政工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

改造前污水處理廠采用改良A2/O+接觸過濾工藝，一期工程于2010年7月正式投產(chǎn)運行，污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水最終進入汾河。根據(jù)山西省水污染治理工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室于2017年9月4日發(fā)文件：晉水防辦發(fā)[2017]25號關(guān)于印發(fā)《山西省水污染防治工作方案實施情況考核規(guī)定》(修訂稿)的通知要求：現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，要因地制宜進行改造，2017年年底前達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利舊要求。2020年年底前，城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施外排污水化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)三項指標(biāo)應(yīng)達到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。為此，實施了提標(biāo)改造工程。

1 進出水水質(zhì)及規(guī)模確定

污水廠設(shè)計進、出水水質(zhì)及規(guī)模是污水處理廠設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。進水水質(zhì)指標(biāo)濃度頻率分布曲線基本符合正態(tài)分布規(guī)律,可以依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理進行分析[1]，本項目采用90%的保證率確定進水水質(zhì)。通過對近兩年的全年及采暖期進水水質(zhì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，綜合確定進水水質(zhì)，出水水質(zhì)則依據(jù)相關(guān)政策要求確定，具體水質(zhì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及對比表見表1。依據(jù)2016年總體規(guī)劃評估報告中現(xiàn)狀建設(shè)規(guī)模及人口數(shù)據(jù)，采用城市單位人口綜合用水量指標(biāo)法預(yù)測污水量[2]，將污水廠處理規(guī)模由現(xiàn)狀4.0萬m3/d調(diào)整為3.0萬m3/d。

表1 水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及對比表 mg/L

2 改造工藝方案的確定

根據(jù)改造前出水水質(zhì)數(shù)據(jù)及運行情況，可知存在TN不能穩(wěn)定達標(biāo)，深度處理單元運行故障多等主要問題。通過對現(xiàn)狀生物池改造、增加混凝沉淀構(gòu)筑物、增強化學(xué)除磷能力以及更換運行不正常的設(shè)備實現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定達標(biāo)。

2.1 生物處理工藝的確定

污水處理工藝的選擇應(yīng)充分考慮技術(shù)的可行性，經(jīng)濟的合理性，對污水水質(zhì)水量的適應(yīng)性，運行的穩(wěn)定性等多種因素，經(jīng)綜合考量后確定。通過比較常用于污水廠提標(biāo)改造工程的Bardenpho工藝、多段AO工藝、MBBR工藝及MBR工藝等生物處理工藝，認(rèn)為Bardenpho工藝具有脫氮效果好，出水不經(jīng)過濾，TN可以達到3 mg/L～5 mg/L，第二缺氧池可利用微生物內(nèi)源代謝物質(zhì)和慢速降解底物進行反硝化，節(jié)省碳源等優(yōu)點[3]。結(jié)合本工程具體情況，本次提標(biāo)改造參照五階段Bardenpho工藝進行改造，將原生物池由改良A2/O改造為六段脫氮除磷工藝，即保留原前置反硝化區(qū)、厭氧池及缺氧池，將原好氧池劃分為第一好氧池、第二缺氧池及第二好氧池。

2.2 深度處理工藝的優(yōu)化

接觸過濾工藝簡單，過濾周期長，運行費用低，適用于夏季二級出水水質(zhì)較好時的深度處理，但總體去除效率不如微絮凝過濾及混凝沉淀過濾工藝，尤其是冬季出水不能穩(wěn)定達標(biāo)。為了獲得較為優(yōu)質(zhì)的出水且系統(tǒng)有較強的緩沖能力，污水深度處理工藝采用混凝+沉淀+過濾工藝方案。針對現(xiàn)狀污水廠內(nèi)采用接觸過濾缺少絮凝沉淀單元，增加絮凝沉淀單元。由于用地受限，選用高效反應(yīng)沉淀池。

2.3 除磷工藝的改進

根據(jù)藥劑投加點和混凝劑特點的分析及當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S運行經(jīng)驗，結(jié)合污水處理進出水水質(zhì)及污水處理工藝選擇情況，采用同步沉析與后置沉析相結(jié)合的除磷工藝[4]，同步沉析采用聚合硫酸鐵(PFS)混凝劑投加至生物池出水端將TP降至1.0 mg/L，后置沉析投加選用混凝劑PAC與助凝劑PAM，投加至深度處理混合池及絮凝池，進一步將TP處理達標(biāo)。

3 工藝設(shè)計

工藝設(shè)計部分介紹重點改造部分，包括現(xiàn)狀生物池改造、新增高效沉淀池及新增綜合加藥間的功能原理、設(shè)計參數(shù)及主要設(shè)備選型。

3.1 現(xiàn)狀生物池改造

利舊現(xiàn)狀生物池，將原來改良A2/O工藝改造為前置反硝化區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)Ⅰ、好氧區(qū)Ⅰ、缺氧區(qū)Ⅱ和好氧區(qū)Ⅱ，其中前置反硝化區(qū)用于去除回流污泥中富含的硝酸鹽，以降低或消除硝酸鹽對厭氧區(qū)釋放磷的影響；厭氧區(qū)的主要功能是釋放磷，同時部分有機物進行氨化；缺氧區(qū)Ⅰ利舊污水中原有的碳源進行反硝化脫氮；好氧區(qū)Ⅰ用于去除原水中的BOD、除磷及硝化；缺氧區(qū)Ⅱ通過投加外碳源進行反硝化脫氮，將總氮處理至達標(biāo)水質(zhì)；好氧區(qū)Ⅱ主要用于處理缺氧區(qū)Ⅱ反硝化剩余的有機物。

1)主要設(shè)計參數(shù)。設(shè)計水溫10 ℃，好氧區(qū)設(shè)計污泥齡10.7 d，污泥總產(chǎn)率系數(shù)1.0 kgVSS/kgBOD5，污泥外回流比100%，混合液內(nèi)回流比150%，污泥濃度4 000 mg/L，污泥負(fù)荷0.09 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，脫氮速率0.032 kgNO3-N/(kgMLSS·d)?？偹νＡ魰r間26.02 h，其中前置反硝化區(qū)水力停留時間3.13 h，厭氧區(qū)水力停留時間2.4 h，缺氧區(qū) Ⅰ 水力停留時間7.29 h，好氧區(qū) Ⅰ 水力停留時間8.00 h，缺氧區(qū) Ⅱ 水力停留時間4.18 h，好氧區(qū) Ⅱ 水力停留時間1.00 h。

2)主要設(shè)備參數(shù)。前置反硝化區(qū)：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；厭氧區(qū)：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；缺氧區(qū)Ⅰ：潛水推進器，6套，電機功率N=4.3 kW(利舊)；好氧區(qū)Ⅰ：管式曝氣器，規(guī)格φ65，L=1 000 mm，1 664根(新增)；內(nèi)回流穿墻泵，4臺，流量Q=950 m3/h，揚程H=1.0 m，功率N=7.5 kW；缺氧區(qū)Ⅱ：管式曝氣器，規(guī)格φ65，L=1 000 mm，560根(新增)；潛水推進器，6套，D=1 800，電機功率N=3 kW(變頻控制)；好氧區(qū) Ⅱ：管式曝氣器，規(guī)格φ65，L=1 000 mm，240根(新增)。

3.2 新建高效反應(yīng)沉淀池

由反應(yīng)、預(yù)沉、濃縮及斜管沉淀等反應(yīng)單元組成，在此構(gòu)筑物中從低速反應(yīng)區(qū)到斜管沉淀區(qū)礬花能保持完整，并且產(chǎn)生的礬花質(zhì)均密度高，在斜管沉淀高密度礬花得到很好的沉淀。

1)主要設(shè)計參數(shù)。

混合室：2座，有效容積37.5 m3(單格)，速度梯度450 s-1；絮凝反應(yīng)區(qū)：2格，有效容積：162.5 m3(單格)，反應(yīng)時間10 min，直徑2.7 m；沉淀區(qū)：2格，表面負(fù)荷12 m3/(m2·h)，沉淀池入口流速0.013 5 m/s，污泥回流比2%，污泥濃縮時間8 h。

2)主要設(shè)備參數(shù)。

絮凝攪拌器，2臺(變頻)，電機功率7.5 kW；絮凝反應(yīng)筒，2套，直徑2 700 mm；快速攪拌機，2臺，功率11 W；中心傳動污泥濃縮機，2臺功率，直徑11 m，N=1.5 kW；螺桿泵，6臺(污泥循環(huán)2臺，污泥排放2臺，各備用1臺，均采用變頻)，最大流量40 m3/h，揚程20 m，功率7.5 kW；斜管長度1 m，斜管傾角60°，斜管內(nèi)徑φ=80 mm。

3.3 新建綜合加藥間

將乙酸鈉投加系統(tǒng)、聚合氯化鋁投加系統(tǒng)及聚丙烯酰胺投加系統(tǒng)，新建一座綜合加藥間。聚合硫酸鐵投加系統(tǒng)利舊現(xiàn)狀加藥間內(nèi)設(shè)備。綜合加藥間是污水處理廠的一個重要處理單元，本次改造工程中，根據(jù)工藝要求，需向污水中投加碳源、混凝劑及助凝劑等：由于污水進水碳氮比較低，需要投加外碳源來滿足生物脫氮的需求，提高總氮去除率；由于二級生物處理對磷的去除效果有限，因此必須輔以化學(xué)除磷，在生物池末端需投加混凝劑聚合硫酸鐵(除磷劑)，使藥劑與水中的磷酸鹽反應(yīng)形成較大的絮體，便于從水中分離；深度處理段需向高效反應(yīng)沉淀池提供所需的混凝劑聚合氯化鋁及助凝劑聚丙烯酰胺(陰離子型)。

3.3.1乙酸鈉投加系統(tǒng)

乙酸鈉作為生物脫氮所需的外碳源。

1)主要設(shè)計參數(shù)。

設(shè)計投量140 mg/L；每日設(shè)計投量(無水乙酸鈉純度按99%計)：4 270 kg/d；原料液濃度：33%；投加點：生物池缺氧區(qū)Ⅰ、缺氧區(qū)Ⅱ。

2)主要設(shè)備參數(shù)。

乙酸鈉儲罐，2座，直徑3 350，高4 m(水深3.65 m，超高0.35 m)，總?cè)莘e35.2 m3(有效容積32.2 m3)；乙酸鈉進料泵(磁力泵)，1臺，流量Q=15 m3/h，揚程H=20 m，功率N=2.2 kW；乙酸鈉投加泵(隔膜式計量泵)，2臺(1用1備)，單臺流量Q=200 L/h～1 000 L/h，單臺揚程H=40 m，單臺功率N=0.75 kW；在線稀釋裝置，1套，將藥液稀釋至10%。

3.3.2聚合氯化鋁(PAC)投加系統(tǒng)

1)主要設(shè)計參數(shù)。

混凝劑設(shè)計投量：20 mg/L；混凝劑每日設(shè)計投量(Al2O3含量以29%計)：600 kg/d；配置濃度：10%；每日配置次數(shù)：2次；投加點：高效沉淀池混合池。

2)主要設(shè)備參數(shù)。

PAC溶解箱：1座，直徑1 200，高度1.5 m(其中超高0.35 m)V=1.5 m3，N=0.75 kW；PAC溶液箱：2座，容積V=1.7 m3，N=0.75 kW；PAC投加泵(隔膜式計量泵)：2臺(1用1備)，單臺流量Q=100 L/h～500 L/h，單臺揚程H=40 m，單臺功率N=0.75 kW。

3.3.3聚丙烯酰胺(PAM)投加系統(tǒng)

投加的絮凝劑選擇陰離子型。

1)主要設(shè)計參數(shù)。

絮凝劑設(shè)計投量：1 mg/L；絮凝劑每日設(shè)計投量(純度以90%計)：33.3 kg/d；配置濃度：0.3%；稀釋濃度：0.1%；每日配置次數(shù)：1次；投加點：高效沉淀池內(nèi)絮凝區(qū)。

2)主要設(shè)備參數(shù)。

一體化PAM加藥裝置：1臺，投藥能力2 kg/h～10 kg/h，功率N=5 kW；PAM投加泵(隔膜式計量泵)2臺(1用1備)，單臺流量200 L/h～1 000 L/h，揚程H=40 m，功率=0.75 kW；在線稀釋裝置1臺，輸入藥液濃度0.3%，輸出藥液濃度0.1%。

4 結(jié)語

1)采用統(tǒng)計學(xué)原理對近兩年進水水質(zhì)分析，由此確定進水水質(zhì)，依據(jù)最新總規(guī)評估成果重新合理確定規(guī)模，充分利用現(xiàn)狀生物池重新劃分功能區(qū)，實現(xiàn)快速提標(biāo)改造。

2)補齊深度處理單元短板，采用積極穩(wěn)妥的混合、絮凝及沉淀三段法，增加了占地面積小運行效果好的高效沉淀池。

3)基于單一后置除磷達到標(biāo)準(zhǔn)不穩(wěn)定的實際，采用步沉析與后置沉析相結(jié)合的除磷工藝，實現(xiàn)出水TP穩(wěn)定達標(biāo)。