郭嘉宇 南國(guó)英 郭曉鵬 王彤宇 王彤明 任淑萍 代學(xué)民*

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口鴻源污水處理有限公司，河北 張家口市崇禮區(qū) 076300；3.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074)

張家口市崇禮區(qū)位于河北省西北部，陰山山脈東段的大馬山群山支系和燕山余脈交接地帶，地貌屬壩上壩下過渡型山區(qū)，1-3月份平均氣溫-8.76℃，10-12月份平均氣溫-3.93℃，屬于寒冷地區(qū).冬季平均氣溫-12℃，平均風(fēng)速僅為二級(jí)，降雪早，全年積雪1.5米左右，存雪期150多天，雪質(zhì)參數(shù)符合國(guó)際滑雪標(biāo)準(zhǔn)，被專家譽(yù)為中國(guó)發(fā)展滑雪產(chǎn)業(yè)理想?yún)^(qū)域.

隨著張家口市崇禮區(qū)城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城鎮(zhèn)人口的日益增加，城鎮(zhèn)污水排放量成為一個(gè)龐大的污染負(fù)擔(dān).同時(shí)，2022年冬奧會(huì)將在崇禮舉辦，吸引國(guó)內(nèi)外游客參觀游覽，這無疑是對(duì)城鎮(zhèn)污水處理能力的巨大考驗(yàn).此外，為積極響應(yīng)國(guó)家《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(水十條)對(duì)處理廠出水水質(zhì)的要求，改善清水河周邊及永定河流域水質(zhì)，提高城鎮(zhèn)居民和下游居民的水質(zhì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)崇禮區(qū)水資源循環(huán)可持續(xù)發(fā)展，故新建崇禮污水處理廠勢(shì)在必行.

1 工程概況

崇禮城區(qū)現(xiàn)有污水處理廠一座，設(shè)計(jì)處理能力8000m3/d，污水廠出水執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，主體工藝采用預(yù)處理+CASS+絮凝沉淀+濾池過濾工藝.污水廠實(shí)際運(yùn)行處理量為5400m3/d，峰值流量達(dá)到6380m3/d時(shí)出現(xiàn)污水溢流現(xiàn)象，而且由于崇禮區(qū)屬于寒冷地區(qū)，冬季氣溫低下，影響污水處理效果難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).為保證城鎮(zhèn)水環(huán)境的穩(wěn)定性以及污水達(dá)標(biāo)排放，現(xiàn)對(duì)崇禮城區(qū)污水處理廠進(jìn)行新建工程.因原污水處理廠土地面積不滿足擴(kuò)建改造條件，所以在距離現(xiàn)有污水處理廠南側(cè)4.8km的下兩間房村選址新建污水處理廠，廠區(qū)占地面積60畝.新建污水處理廠規(guī)模為2.5×104m3/d，主要服務(wù)主城區(qū)及附近滑雪場(chǎng)，配套管網(wǎng)98km，主體工藝采用AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)，出水水質(zhì)同時(shí)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)以及《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn).

根據(jù)現(xiàn)有污水處理廠近些年收集的進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)確定新建污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì).具體參數(shù)見表1.

表1 崇禮區(qū)新建污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)(單位mg/l)

2 工藝流程

考慮崇禮冬季寒冷的實(shí)際情況，并參考近幾年國(guó)內(nèi)外相關(guān)污水處理廠實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)分析，確定崇禮區(qū)新建污水處理廠處理工藝流程如圖1所示.主體處理工藝采用AAAO+MBR組合處理工藝，能夠有效去除降解有機(jī)污染物，脫氮除磷效果好，出水水質(zhì)優(yōu)良.城鎮(zhèn)生活污水通過市政管網(wǎng)收集進(jìn)入污水處理廠后，經(jīng)粗格柵截留去除粒徑大于20mm的懸浮物，再經(jīng)潛污泵提升至細(xì)格柵和旋流沉砂池，通過細(xì)格柵截留直徑大于3mm的懸浮物后出水進(jìn)入旋流沉砂池，通過攪拌作用去除粒徑較大的砂粒，然后污水進(jìn)入膜格柵攔截粒徑大于1mm的懸浮物，膜格柵出水后依次進(jìn)入?yún)捬醭?、缺氧池I、缺氧池II和曝氣池，通過強(qiáng)化生物代謝作用去除污水中的各類污染物.生物處理系統(tǒng)的出水再進(jìn)入MBR膜分離系統(tǒng)進(jìn)行固液分離，而后進(jìn)入接觸消毒池通過投加次氯酸鈉進(jìn)行消毒殺菌，其部分出水可回用作內(nèi)部反沖洗、綠化等，剩余出水就近外排入清水河.處理過程產(chǎn)生的污泥先通過帶式濃縮機(jī)機(jī)降低污泥含水率，再由拉板隔膜壓濾機(jī)機(jī)械脫水后形成泥餅外運(yùn).

圖1 崇禮區(qū)新建污水處理廠運(yùn)行流程圖

3 主要構(gòu)筑物及參數(shù)

3.1 粗格柵及提升泵房

粗格柵與提升泵房合建，平面尺寸L×B×H=15.17m×6m×4.5m.粗格柵選用回轉(zhuǎn)式機(jī)械粗格柵2臺(tái)，柵條間隙20mm，渠寬1.0m，安裝傾角75°，排渣高度1.4m，設(shè)備功率1.1kw；配有一套皮帶輸送機(jī)，寬度為500mm，輸送長(zhǎng)度4.0m，功率為1.1kw；提升泵房為地下式潛水泵站，選用3臺(tái)潛污泵(兩用一備，均為變頻控制)，單臺(tái)流量Q=720m3/h，揚(yáng)程H=12m，功率N=37.5kw.

3.2 細(xì)格柵及旋流沉砂池

細(xì)格柵及旋流沉砂池合建，平面尺寸L×B×H=25.20m×14.50m×7.70m.細(xì)格柵采用回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵2臺(tái)，柵條間隙為3mm，安裝傾角為75°，渠寬1.0m，渠深1.85m，設(shè)備功率1.1kw.旋流沉砂池用于去除進(jìn)水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的砂粒，D×H=3.65m×4.16m.配有砂水分離器1臺(tái)，型號(hào)SF-320，處理量12-20L/s，N=0.37kw，沉砂由砂斗收集后外運(yùn).

3.3 膜格柵

膜格柵采用內(nèi)流式非金屬孔板格柵2臺(tái)，柵條間隙為1mm，渠寬1600mm，柵前水深1.35m，設(shè)備功率1.5kw.配備螺旋壓榨機(jī)一臺(tái)，螺旋直徑355mm，設(shè)備功率2.2kw.

3.4 AAAO+MBR生化組合池

①AAAO池

厭氧池設(shè)計(jì)兩組，單組尺寸L×B×H=15.4m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時(shí)間為1.6h.在厭氧條件下，聚磷微生物充分利用碳源進(jìn)行釋放磷的過程[1]，為后續(xù)進(jìn)入好氧環(huán)境充分吸收磷做準(zhǔn)備.

缺氧池I設(shè)計(jì)兩組，單組尺寸L×B×H=29.0m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時(shí)間為3.0h，缺氧池I回流至厭氧池混合液回流比為200%.

缺氧池II設(shè)計(jì)兩組，單組尺寸L×B×H=32.8m×9.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時(shí)間為3.4h.在缺氧池中，好氧反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)送來的回流液中含有豐富的硝態(tài)氮，由缺氧池中的反硝化微生物進(jìn)行脫氮處理.

曝氣池設(shè)計(jì)兩組，單組尺寸L×B×H=52.10m×18.0m×7.0m，有效水深6.0m，停留時(shí)間為10.66h，曝氣池回流至缺氧池I和缺氧池II混合液回流比為300%.污泥負(fù)荷為0.062kgBOD5/kgMLSS·d，污泥濃度為8000mg/L，污泥齡為15d，曝氣設(shè)備采用1188套可變微孔管式曝氣器，單個(gè)曝氣設(shè)備通氣量為6-8m3/h.在好氧池中通過好氧微生物吸附降解水中的各類污染物，并將通過回流作用強(qiáng)化脫氮除磷效果.

②MBR池

MBR池設(shè)計(jì)兩組，膜池?cái)?shù)量共為8個(gè)，單個(gè)膜池尺寸L×B×H=13.68m×3.80m×6.00m，平均曝氣量為25.67m3/min，停留時(shí)間為1.8h，混合液外回流比為300%-400%.膜組件采用3840片聚偏氟乙烯(PVDF)外壓式中空纖維膜，膜運(yùn)行通量為13.21L/m2·h.MBR工藝實(shí)現(xiàn)了HRT與SRT的完全分離，進(jìn)一步去除污水中污染物，穩(wěn)定提升出水水質(zhì).MBR工藝對(duì)硝酸菌和聚磷菌等微生物的完全截留，提高了脫氮除磷系統(tǒng)內(nèi)的生物總量進(jìn)而強(qiáng)化系統(tǒng)去除污染物的能力[2].

MBR反應(yīng)器的污泥系統(tǒng)采用3臺(tái)變頻污泥回流泵(兩用一備)，單臺(tái)流量Q=2083m3/h，揚(yáng)程H=1.3m，功率N=18.5kw.同時(shí)配有剩余污泥泵2臺(tái)，單臺(tái)流量Q=80m3/h，揚(yáng)程H=16m,功率N=7.5KW.MBR反沖洗系統(tǒng)采用2臺(tái)反沖洗泵，1臺(tái)檸檬酸加藥泵，2臺(tái)次氯酸鈉加藥泵臺(tái)，堿加藥泵1臺(tái)，采用投加次氯酸鈉、檸檬酸等藥劑的方式進(jìn)行清洗.

3.5 接觸消毒池

接觸消毒池設(shè)計(jì)1座，尺寸L×B×H=18.0m×10.0m×4.75m.采用投加次氯酸鈉工藝進(jìn)行水質(zhì)消毒殺菌，投加濃度為10mg/l，停留時(shí)間為30min.

3.6 污泥脫水機(jī)房

污泥脫水機(jī)房尺寸L×B×H=32.34m×13.44m×6.60m.脫水設(shè)備采用型號(hào)DS-2000帶式濃縮機(jī)(Q=50m3/h，N=1.85kw)和型號(hào)XMZG300/1500-U程控自動(dòng)拉板隔膜壓濾機(jī)(過濾面積300m2)，并投加PAC和PAM藥劑進(jìn)行絮凝沉淀，其濾液和砂水分離液回流至進(jìn)水處進(jìn)行循環(huán)，泥餅外運(yùn)至垃圾處理廠衛(wèi)生填埋.

4 低溫下穩(wěn)定運(yùn)行措施

4.1 加強(qiáng)處理系統(tǒng)保溫措施

張家口市崇禮區(qū)屬于寒冷地區(qū)，為確保冬季寒冷低溫下穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)生化池以及重要附屬構(gòu)筑物池壁采用保溫棉或者保溫板進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)采用池頂加蓋措施以及搭建磚混結(jié)構(gòu)或車間框架進(jìn)行防護(hù).對(duì)于處理流程中重要的儀器設(shè)備，為保證其穩(wěn)定運(yùn)行以及處理效果，可在房間內(nèi)安裝暖氣.此外，對(duì)污水處理廠進(jìn)水管道以及各處理構(gòu)筑物輸送管道也應(yīng)采用保溫棉包裹，避免在輸送過程中因管道散熱問題影響后續(xù)處理效果.

4.2 調(diào)整工藝參數(shù)以適應(yīng)低溫條件

(1)適當(dāng)提高某些處理反應(yīng)器的水力停留時(shí)間(HRT)并保證充足碳源.將缺氧池的水力停留時(shí)間增加1h，并在厭氧池進(jìn)水處連續(xù)投加碳源，提高進(jìn)水碳氮比≥2，保證生化處理單元污水中充足的碳源.

(2)適當(dāng)提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度以及曝氣量.缺氧池I、缺氧池II污泥濃度控制在8g/L左右，曝氣池污泥濃度為10g/L左右，MBR膜池污泥濃度達(dá)到12g/L左右，曝氣池末端DO控制在大于4mg/L.

5 運(yùn)行效果

該污水處理廠于2020年10月進(jìn)入試運(yùn)行階段，截止2021年4月，其運(yùn)行效果穩(wěn)定，運(yùn)行期間出水水質(zhì)見表2.由表2可見，出水水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn).

表2 新建污水處理廠運(yùn)行出水水質(zhì)(單位mg/l)

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

項(xiàng)目總投資為11766.31萬元，其中建設(shè)投資為10018.16萬元，日運(yùn)行成本為4.38萬元.污水處理廠裝機(jī)容量1571kw，計(jì)算容量1168kw，最大負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)8760小時(shí)，日耗電數(shù)為2.8×104千瓦時(shí).污水處理廠平均每天消耗的PAM為10.33kg，PAC為750kg.

7 結(jié) 語

(1)AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)排列緊湊，對(duì)土地的需求遠(yuǎn)小于其他傳統(tǒng)處理工藝；對(duì)水質(zhì)水量變化適應(yīng)能力強(qiáng)，能有效應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況；此外，自動(dòng)化操作系統(tǒng)的普及，更符合現(xiàn)代水處理技術(shù)的潮流.

(2)AAAO+MBR組合工藝系統(tǒng)處理生活污水，運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)滿足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義.

(3)AAAO+MBR組合工藝具有較長(zhǎng)的污泥齡、較高的污泥濃度，能有效應(yīng)對(duì)寒冷地區(qū)冬季低溫下污水處理效果不穩(wěn)定的情況，采用搭建框架結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)車間以及對(duì)輸送管道進(jìn)行保溫等措施，可實(shí)現(xiàn)冬季低溫下穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行.

(4)在冬季，可以通過適當(dāng)提高缺氧池的水力停留時(shí)間并保證生化處理單元污水中充足的碳源，適當(dāng)提高生化處理單元內(nèi)污泥濃度以及曝氣池內(nèi)的曝氣量，來保證寒冷地區(qū)污水廠在低溫下的穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)標(biāo)排放.