劉紅翠 劉偉

（1.河南聯(lián)成水?？萍加邢薰荆幽?鄭州 450053；2.中原環(huán)保股份有限公司，河南 鄭州 450046）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段逐步轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略。河南省黃河流域的上下游省份，如陜西省、山東省均制定了黃河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，并在修訂過程中提高了污染物排放控制要求。在這個大背景下，為協(xié)同上下游、干支流、左右岸協(xié)同治理的需求，河南省發(fā)布了DB 41/2087—2021《河南省黃河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［1］。該標(biāo)準(zhǔn)主要出水控制指標(biāo)為：COD≤40 mg/L；NH3-N≤3（5）mg/L（3.0 mg/L為4—10 月期間排放限值，5.0 mg/L 為1—3 月、11—12月期間排放限值）；TP≤0.4 mg/L；TN≤12 mg/L。

根據(jù)黃河流域標(biāo)準(zhǔn)要求，尾水排放至黃河一級支流的污水處理廠，自2022 年9 月1 日起出水水質(zhì)必須執(zhí)行黃河流域一級標(biāo)準(zhǔn)。鄭州市某污水處理廠出水排放至枯河，枯河屬于河南省黃河一級支流，因此，該污水處理廠需要提標(biāo)改造，以滿足出水水質(zhì)達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2 提標(biāo)改造前工藝流程及改造前后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)對比

2.1 提標(biāo)改造前污水污泥處理工藝流程

該污水處理廠建于2012 年，在提標(biāo)改造前，出水水質(zhì)一直執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)［2］。污水處理采用一級物理處理法、二級生物處理法加三級深度處理的工藝流程。一級處理段采用常規(guī)的粗、細(xì)格柵加旋流沉砂池；二級處理段采用改良型卡魯賽爾氧化溝工藝，配套二沉池、回流剩余污泥泵房及鼓風(fēng)機(jī)房；深度處理段采用反應(yīng)沉淀池加纖維轉(zhuǎn)盤濾池，輔加次氯酸鈉消毒，出水達(dá)標(biāo)排放。污泥處理采用帶式濃縮脫水機(jī)脫水加污泥低溫干化工藝，經(jīng)低溫干化后，含水率約30%的污泥運(yùn)送至發(fā)電廠與煤進(jìn)行摻燒，進(jìn)行最終的處置。提標(biāo)改造前該污水處理廠污水污泥處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 提標(biāo)改造前該污水廠污水污泥處理工藝流程

2.2 提標(biāo)改造前后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)對比

該污水廠運(yùn)行10 余年來，出水水質(zhì)一直穩(wěn)定達(dá)到國家一級A 標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行工況穩(wěn)定。原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)是根據(jù)2012 年的實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)預(yù)估的，根據(jù)近幾年的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水NH3-N 與TP 均較設(shè)計(jì)值有很大偏差。因此，在提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)中，將設(shè)計(jì)進(jìn)水NH3-N 由35 mg/L 提高至40 mg/L，設(shè)計(jì)進(jìn)水TP 由3 mg/L 提高至5 mg/L，該污水處理廠提標(biāo)改造前后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)對比見表1。

表1 某污水處理廠提標(biāo)改造前后設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)對比mg/L

3 提標(biāo)改造思路及工藝探討

3.1 提標(biāo)改造中重點(diǎn)處理指標(biāo)的確定

重點(diǎn)污染物處理指標(biāo)的確定，直接影響著后期提標(biāo)改造工藝的確定，因此，分析、判斷本次提標(biāo)改造中重點(diǎn)處理指標(biāo)非常重要。本次提標(biāo)改造工程主要污染物為BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 和SS，SS 在提標(biāo)前后水質(zhì)指標(biāo)不變，不是本次提標(biāo)改造的重點(diǎn)。本文主要針對BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 這5 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行逐一分析。

3.1.1 BOD5指標(biāo)的判定

BOD5從之前一級A 標(biāo)準(zhǔn)的10 mg/L 限值提高到6 mg/L，按設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，要求的出水BOD5去除率＞96.5%。當(dāng)按要求對污水進(jìn)行硝化或者硝化及反硝化時(shí)，很多生物脫氮除磷工藝往往體現(xiàn)出碳源不足，這是因?yàn)樽责B(yǎng)型的亞硝酸菌具有很小的比生長速率，與去除碳源的異養(yǎng)型微生物相比要小一個數(shù)量級以上，需要硝化系統(tǒng)比單純?nèi)コ鼴OD5的系統(tǒng)具有更長的泥齡或更低的污泥負(fù)荷，在此條件下，BOD5的去除率將有大幅度的提高。再則，根據(jù)該污水處理廠10 多年來的生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)，BOD5基本上都在6 mg/L 以下。因此，提標(biāo)改造后，本項(xiàng)目若按穩(wěn)定達(dá)標(biāo)控制設(shè)計(jì)和運(yùn)行，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，出水能夠達(dá)到BOD5不超過6 mg/L 的要求。因此，BOD5不是本工程的重點(diǎn)處理指標(biāo)。

3.1.2 COD 指標(biāo)的判定

本工程提標(biāo)后，COD 從之前一級A 標(biāo)準(zhǔn)的50 mg/L 限值提高到40 mg/L。近幾年該污水處理廠的實(shí)際進(jìn)水中，進(jìn)水水質(zhì)的BOD5/COD 大約為0.48，污水的可生化性較好，根據(jù)COD 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，現(xiàn)狀出水COD 大部分在30 mg/L 左右，二級生物處理及深度處理基本可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此，COD 也不是本工程的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。

3.1.3 NH3-N 指標(biāo)的判定

氮是蛋白質(zhì)不可缺少的組成部分，因此廣泛存在于城市污水之中。本次提標(biāo)后，出水NH3-N 從之前一級A 標(biāo)準(zhǔn)的5（8）mg/L 限值提高到黃河流域標(biāo)準(zhǔn)的3（5）mg/L，出水水質(zhì)明顯提高。根據(jù)該污水處理廠常年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，NH3-N 的去除主要靠硝化過程來完成，NH3-N 的硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設(shè)計(jì)的主要因素，需要采用強(qiáng)化的硝化工藝才能滿足本工程的要求。按照要求本項(xiàng)目NH3-N在4—10 月要低于3 mg/L，要求較高，特別是當(dāng)曝氣效率降低時(shí)，生物池溶解氧無法提升，NH3-N 會在短時(shí)間內(nèi)難以達(dá)標(biāo)。因此，NH3-N 是本次提標(biāo)改造重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)之一。

3.1.4 TN 指標(biāo)的判定

本次提標(biāo)改造要求TN 從之前一級A 標(biāo)準(zhǔn)的15 mg/L 限值提高到黃河流域一級標(biāo)準(zhǔn)的12 mg/L。TN 的去除依賴于進(jìn)水有機(jī)物濃度、可生化性和C/N比值，一般在碳源充足情況下，TN 去除率可達(dá)到80%，但還存在與TP 去除的協(xié)調(diào)問題，這通常是污水處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行中的難點(diǎn)。同時(shí)，如進(jìn)水中存在較多的不可氨化的溶解性有機(jī)銨，對TN 的去除會帶來極大的難度。

本項(xiàng)目出水按照TN＜12 mg/L 設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)預(yù)留TN 進(jìn)一步去除的空間；同時(shí)，根據(jù)該污水廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，之前在國家一級A 標(biāo)準(zhǔn)下，在冬季，出水TN 經(jīng)常維持在12～14 mg/L。綜合考慮政策、環(huán)境、工藝、成本以及實(shí)際運(yùn)行情況等多方面因素，對TN 的去除設(shè)計(jì)也是本工程處理的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)之一。

3.1.5 TP 指標(biāo)的判定

本次提標(biāo)改造要求TP 從之前一級A 標(biāo)準(zhǔn)的0.5 mg/L 限值提高到0.4 mg/L。在碳源充足時(shí)，同時(shí)脫氮除磷下TP 的生物去除率可達(dá)75%，達(dá)不到去除要求，故在充分考慮生物除磷的前提下，考慮化學(xué)除磷作為保障措施。在采用化學(xué)藥劑處理工藝的條件下，TP 出水達(dá)標(biāo)不存在工藝難點(diǎn)，只需重點(diǎn)考慮節(jié)省藥劑費(fèi)用。要滿足出水磷濃度低于0.4 mg/L 的要求，因此，TP 為本工程重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)之一。

結(jié)合該污水處理廠近年來實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并從原理上對BOD5，COD，NH3-N，TN，TP 這5 項(xiàng)指標(biāo)的去除情況進(jìn)行逐一分析，判定NH3-N，TN，TP 為本次黃河流域提標(biāo)改造工程中的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。

3.2 提標(biāo)改造工藝確定

結(jié)合該污水處理廠提標(biāo)改造中需重點(diǎn)關(guān)注的污染物指標(biāo)，確定提標(biāo)改造的主要工藝思路：針對出水NH3-N 指標(biāo)的提高，可進(jìn)一步強(qiáng)化硝化效果，該污水廠的曝氣頭存在破損、老化甚至脫落現(xiàn)象，現(xiàn)有的離心鼓風(fēng)機(jī)噪聲較大，故障率高，維修頻繁，最主要的是風(fēng)量不夠，因此，可考慮在本次提標(biāo)中更換鼓風(fēng)機(jī)和曝氣頭，并在好氧段多布置一些曝氣裝置；針對出水TN 指標(biāo)的提高，從長遠(yuǎn)考慮需增強(qiáng)污泥的反硝化作用，具體思路是增大缺氧池的池容，增加反硝化反應(yīng)的停留時(shí)間；針對TP 指標(biāo)的提高，生物除磷已無過多的提升空間，可考慮加強(qiáng)化學(xué)除磷的方法，該污水廠現(xiàn)有的反應(yīng)沉淀池已運(yùn)行10 年，部分斜板已損壞，且無氣沖洗裝置，沉淀效果極差，可改造為高效沉淀池，更換斜板，增強(qiáng)絮凝沉淀效果；此外，針對該污水廠的其他問題，本次提標(biāo)中一并考慮，最終確定提標(biāo)改造的工藝［3-5］。

4 提標(biāo)改造工程設(shè)計(jì)

本次提標(biāo)改造工程從大的方面來看，分為新建工程和改造工程2 個部分，因此，對新建工程和改造工程具體設(shè)計(jì)內(nèi)容分別予以說明。

4.1 新建工程

在二級處理段，新建2 座厭氧池、1 座變配電間；在三級處理段，新建V 型濾池、接觸消毒池以及出水在線儀表間；新建生物除臭裝置，收集粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及旋流沉砂池、脫水機(jī)房以及貯泥池的臭氣。

新建厭氧池單池設(shè)計(jì)流量625 m3/h，單池有效池容937.5 m3，水力停留時(shí)間1.5 h，2 臺低速潛水推流器，葉輪直徑2.5 m，電機(jī)功率4.3 kW；新建V 型濾池考慮到一定的沖擊負(fù)荷，設(shè)計(jì)最大流量為1 775 m3/h，濾池格數(shù)4 格，設(shè)置4 臺反沖洗水泵（3用1 備），單臺流量590 m3/h，揚(yáng)程10 m，功率22 kW，3 臺反沖洗風(fēng)機(jī)（2 用1 備），單臺流量1 755 m3/h，出口風(fēng)壓49 kPa，功率150 kW。

新建接觸消毒池的主要作用是對尾水進(jìn)行消毒，在出水口設(shè)置4 臺中水泵（2 用2 備），均為變頻，單臺流量110 m3/h，揚(yáng)程40 m，功率30 kW。

4.2 改造工程

本次提標(biāo)的改造工程部分，在一級處理段，在進(jìn)水泵房增加1 臺變頻潛污泵，將進(jìn)水泵房中的1 臺定頻泵更換成1 個變頻泵，變成2 定頻、2 變頻，潛污泵單臺流量625 m3/h，揚(yáng)程11 m，功率37 kW；格柵更換為內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板格柵，柵間距為5 mm；配套2臺高壓沖洗水泵及高排水螺旋壓榨機(jī)，對現(xiàn)狀旋流沉沙設(shè)備進(jìn)行改造。在二級處理段，鼓風(fēng)機(jī)房對現(xiàn)狀3臺鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換，將離心鼓風(fēng)機(jī)更換為3 臺更節(jié)能的磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，單臺風(fēng)機(jī)供氣量達(dá)到6 480 m3/h，風(fēng)壓75 kPa，功率150 kW；現(xiàn)狀生物池將之前的厭氧池改造成缺氧池；增加內(nèi)回流污泥泵，將好氧段的活性污泥回流至缺氧池；清除原有曝氣頭，更換成曝氣管；對加氯加藥系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加智能加藥裝置。在深度處理段，對現(xiàn)狀反應(yīng)沉淀池進(jìn)行改造，改造成高效沉淀池；增加2 臺中心傳動刮吸泥機(jī)；將之前的轉(zhuǎn)盤濾池改造成與高效沉淀池配套的排泥泵站；增加2 臺潛污泵，單臺流量15 m3/h，揚(yáng)程10 m，功率1.1 kW。在中途提升泵房，增加1 臺變頻潛污泵，將其中的1 臺定頻泵更換成1 個變頻泵，變成2定頻、2 變頻，潛污泵單臺流量625 m3/h，揚(yáng)程6 m，功率22 kW。在現(xiàn)狀脫水機(jī)房，將原來的帶式脫水機(jī)更換為帶式濃縮脫水一體機(jī)，有效帶寬1.5 m，處理能力300 kg/h（絕干），出泥含水率≤70%。

5 結(jié)語

（1）鄭州市某小型污水處理廠在原有廠址基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)改造，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)從之前的GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)提高至DB 41/2087—2021《河南省黃河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)后，出水BOD5從之前的10 mg/L 提高至6 mg/L，出水COD 從之前的50 mg/L提高至40 mg/L，出水NH3-N 從之前的5（8）mg/L提高至3（5）mg/L，出水TP 從之前的0.5 mg/L 提高至0.4 mg/L，出水TN 從之前的15 mg/L 提高至12 mg/L。

（2）在主體工藝設(shè)計(jì)上，在二級處理段增加2 座厭氧池，將之前的厭氧池改造成缺氧池，以增大生物池池容，同時(shí)對鼓風(fēng)機(jī)、曝氣頭進(jìn)行更換，增加內(nèi)回流污泥泵；在深度處理段，增加1 座V 型濾池，對反應(yīng)沉淀池進(jìn)行改造，增加接觸消毒池。工藝設(shè)計(jì)合理，工程完工后，出水水質(zhì)能夠滿足黃河流域一級標(biāo)準(zhǔn)出水水質(zhì)要求。

（3）該工程在原有廠址基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)改造，不需要額外新增用地，后期可作為同等工藝的污水處理廠在原有廠址基礎(chǔ)上進(jìn)行提標(biāo)改造的工藝參考。