污水处理厂提标改造工艺分析

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【摘要】赵家小村污水处理厂设计处理出水水质达到《城镇污水处理厂排放标准》一级B标准。根据当地环保部门要求，需对污水处理厂进行提标改造，达到《城镇污水处理厂排放标准》一级A排放标准。本文就提标改造方案进行论证分析。

【关键词】污水处理厂；提标改造；奥贝尔氧化沟；曝气生物滤池

1现有污水处理厂概况及水质分析

1.1现有污水处理厂设计的基本情况现有污水处理厂设计能力为4万m3／d，采用奥贝尔氧化沟处理工艺。原设计进水水质为BOD5＝180mg／L，COD＝350mg／L，SS＝220mg／L，NH3－N＝28mg／L，TN＝40mg／L，TP＝40mg／L。设计出水水质达到《城镇污水处理厂排放标准》一级B标准要求。

1.2现有污水处理厂运行情况

由于进水水质指标大于原设计值污水经处理后出水中有机物（BOD5、COD）、悬浮物（SS）、磷（P）可以稳定达标，但氨氮（NH3－N）、总氮（TN）不能稳定达标。在2013年11月份前，污水处理厂总体运行效果良好；2013年12月份后污水处理厂出水氨氮、总氮去除效率明显下降，特别是总氮去除效率更为明显。与污水处理厂共同探讨后分析主要存在如下原因：①污水处理厂氧化沟已有1年未清理，氧化沟内沉积大量的泥沙，造成氧化沟实际容积在减小，影响污水处理厂运行效果；②2013年12月份以后污水处理厂进水量高于设计水量，最大高出设计水量的20％，这是造成污水处理厂出水水质恶化的主要原因之一；③12月份下旬污水处理厂氧化沟有2台转刷损坏。

1.3现有污水处理厂工艺系统存在问题

污水处理厂总体运行效果较好，但从建设至今已有10年，系统存在一定不足，有些不满足规范要求，有些系统影响后续污水处理的稳定运行。这些环节如若不进行改造，将可能影响污水提标改造系统稳定运行。（1）现有控制系统需要改造：根据污水处理厂反应和现场实际调研，污水处理厂中控系统和大部分控制仪表均不能使用，除厂区进出口流量计、COD、氨氮6个仪表，其他仪表基本不能使用。现有处理设施所有机电设备在控制系统均不能监控。仪表的损坏和主要机电设备不能在主控室监控，会增加污水处理厂管理力度，影响污水处理出水的稳定。（2）现有氧化沟系统可简单改造后提高出水水质：为进一步摸清现有生化系统的状况，污水处理厂监测室两次对污水处理厂氧化沟溶解氧、二沉池氨氮、总氮进行实测。实测结果显示，现有氧化沟外沟溶解氧在10～25mg／L左右，内沟溶解氧为07～112mg／L，转刷损坏1台的氧化沟出水氨氮为232mg／L，总氮为37mg／L，水温11℃；转刷完好的氧化沟出水氨氮为212mg／L，总氮为34mg／L，水温109℃。一般氧化沟运行，外沟溶解氧气为0～05mg／L，中沟溶解氧为05～15mg／L，内沟溶解氧为2～25mg／L。内沟保持较高溶解氧，以保证出水中有足够的溶解氧带入二沉池，提高回流污泥活性。由此可见，现有污水处理厂内沟溶解氧严重不足，氧化沟内沟溶解氧不足，回流污泥活性降低，影响氨氮、总氮的去除效果，适当加大内沟曝气量，提高内沟溶解氧，可进一步改善现有氧化沟出水效果。

2提标改造处理水质

21进水水质为保证污水处理稳定达标，按照原水平均值设计难以保证处理后的污水稳定达标；最大值出现的概率很低，作为设计值往往造成不必要的浪费；一般将污水水质85％～90％保证率作为设计水质数据，本次设计将90％保证率作为设计进水水质。水质分析重点统计保证率为90％的水质数据（由于总氮指标较少，采用最大值代替90％保证率数据），平均值和最大值作为参考。提标改造进水水质为：COD＝60mg／L、BOD5＝20mg／L、SS＝20mg／L、氨氮＝15（18）mg／L、总氮＝30mg／L、总磷＝10mg／L、pH＝6～9。22出水水质根据地方政府和同煤集团要求污水处理设计出水满足一级A排放标准，即：COD≤50mg／L、BOD5≤10mg／L、SS≤10mg／L、氨氮≤5（8）mg／L、总氮≤15mg／L、总磷≤05mg／L、色度≤30、粪大肠菌群≤1000个／L。

3污水处理厂提标改造方案论证

3.1各污染物去除方法

现有污水处理后出水水质超标的主要污染物为氮（氨氮、总氮）、悬浮物、总磷、有机物（BOD5、COD），其中BOD5略超过一级A标准。悬浮物、总磷以及少量有机物可以通过物理方法去除，提标改造重点要解决的污染物是氨氮和总氮（硝酸盐氮），氨氮、总氮（硝酸盐氮）目前一般均采用生化处理系统解决。

3.2生化工艺比选

设计污水处理系统尽量简单，首先先挖掘现有系统的处理潜力，再考虑增加后续处理。

3.2.1对现有氧化沟进行工艺改造

（1）现有生化系统简单改造：现有内沟溶解氧严重不足，从内沟进水端到出水端溶解氧基本上都在10mg／L左右。内沟溶解氧不足将影响氨氮的去除效果，降低二沉池回流污泥的活性，从而也会降低总氮的去除效果。根据污水处理厂目前实测数据来看，由于南沟转刷损坏1台，南沟出水氨氮为232mg／L，北沟氨氮为212mg／L。北沟在曝气量略大的情况下，氨氮去除量比北沟提高2mg／L，由此可见，在氧化沟内增加曝气量实现氨氮进一步降低是可行的。从理论分析，内沟氨氮降低后，通过污泥回流（回流比为100％），以及氧化沟内交替的好氧、厌氧区，在碳源充足的情况下，可进一步降低总氮。另外，本工程原水碳氮比严重不足，二沉池池回流的污泥在一定程度上可作为氧化沟碳源的补充。无锡城北污水处理厂也采用奥贝尔氧化沟工艺，其进水总氮为16～66mg／L，在提标改造示范工程中，对二沉池污泥进行曝气提高活性，大大增加了氧化沟总氮的去除效果，在不增加碳源的情况下，总氮平均增加了4mg／L的去除效果。由此可见，增加内沟曝气这一简单措施，可以有效改善氧化沟出水，为后面的深度处理降低负荷。根据理论分析和现有工程实例分析，预计简单改造后可去除氨氮3mg／L、总氮2mg／L。（2）现有生化系统扩容改造：通过调研大同地区的东郊污水处理厂和西郊污水处理厂，调研结果表明，氧化沟污泥负荷在008kgBOD5／（kgMLSS•d）左右的时候，污水处理厂出水指标基本达到一级A排放标准，和本工程多年运行结果基本类似。按此污泥负荷重新校核氧化沟容积，在处理能到达到4万m3／d的时候，氧化沟停留时间需要从原来的139h增加到22h才能保证系统出水BOD5、氨氮达到一级A标准。则需要增加一座奥贝尔氧化沟，氧化沟尺寸为80×60×51m。或者延迟现有氧化沟反应时间，在每个现有氧化沟后在增加延时曝气系统。考虑到本工程总氮非常高，生化系统后续宜再采用砂滤进一步去除悬浮物和总氮，现有污水处理厂内无法完成改造，需要增加用地约13亩。若增加的氧化沟，则氧化沟尺寸与原两个氧化沟尺寸均不相同，很难实现均匀配水，新增氧化沟建设、调试期间还会影响到现有系统的正常运行；若采用后置延时曝气，需要增加回流系统，且将会影响现有系统的正常运行。

3.2.2现有生化系统后增加生物滤池

（1）曝气生物滤池：曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter，简称BAF）是八十年代末、九十年代初最先在欧美发展起来的一种新型污水生物处理技术。曝气生物滤池可根据处理对象的不同分为硝化曝气生物滤池、碳氧化曝气生物滤池以及反硝化生物滤池。硝化曝气生物滤池应具有将来水中的氨氮氧化为硝态氮的功能；碳氧化曝气生物滤池应具有将来水中的有机物进行降解的功能；反硝化生物滤池在碳源充足的情况下应具有将水中的硝态氮还原为氮气的功能；硝化曝气生物滤池和碳氧化曝气生物滤池内应保持有足够高的溶解氧水平以确保上述功能的实现，而反硝化滤池内则应保持有较低的溶解氧水平以确保上述功能的实现。（2）V型滤池：V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名，待滤水由进水总渠经进水阀和方孔后，溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹没的V型槽，分别经槽底均匀的配水孔和V型槽堰进入滤池，被均质滤料滤层过滤的滤后水经长柄滤头流入底部空间，由方孔汇入气水分配管渠，在经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。V型滤池可采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期，气、水反冲再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗水量大大减少。但池型结构复杂，尤其是配水配气系统精度要求高，增加了施工难度。单池面积平均比普通滤池单池面积大，但并未充分利用，因中间的排水槽占了很大一部分面积，导致实际过滤面积比单池面积少。323生化处理工艺推荐方案通过上述分析，本工程提标改造比选工艺为：现有氧化沟简单改造＋曝气生物滤池（方案一）和现有氧化沟扩容改造＋V型滤池（方案二）。两工艺综合比较见表1。从出水水质来看，两方案均能达到一级A排放标准。从投资、运行费用及运行管理，综合比较，由于本工程原水污染物浓度较高，虽然方案一（曝气生物滤池）运行管理略微复杂，但不新增占地，特别是运行费用明显降低，吨水直接费用较方案二少0266元／m3（38836万元／a）。硝化曝气生物滤池解决了污水中的NH3－N和BOD5，反硝化生物滤池解决了污水中的硝态氮（总氮），且硝化滤池和反硝化滤池的反洗系统可以共用，降低投资成本。曝气生物滤池占地小，对于提标改造场地受限制的污水处理厂更加适合，其出水悬浮物基本可以小于10mg／L，无须后面再增设沉淀系统即可进入过滤系统。因此本次设计生化处理工艺推荐方案一，即现有生化系统后增加曝气生物滤池工艺（硝化滤池＋反硝化滤池）。

3.3过滤工艺比选

以前城市污水处理厂深度处理，绝大部分采用传统的砂滤去除少量的悬浮物和有机物。近年来开始出现纤维过滤池、转盘滤布过滤器等新型过滤设备。纤维过滤和转盘滤布滤池相对于传统的砂滤均有占地少的优点。而转盘滤布滤池相对纤维过滤和传统砂滤，滤池结构非常简单，施工速度快，且反洗水量小；可以连续运行，无须单独设反冲洗时间；传统砂滤反洗水量约占总处理水量的5％以上，而转盘滤池反洗水量只占处理水量的1％；转盘滤布滤池不需要专门的反洗水池，也不需要大功率的反洗风机和反洗水泵。由于转盘滤布滤池占地小、建设速度快、反洗水量小、可以连续过滤等优点，在近年污水深度处理中逐步取代传统的砂滤池，特别是污水提标改造中场地受限制的污水处理厂。本提标改造工程主要考虑在原有场地进行处理，且考虑到项目所在地冬季寒冷，转盘滤布滤池占地小，可以放在室内，因此过滤工艺推荐采用转盘滤布滤池。

3.4消毒工艺比选

过滤后出水除大肠肝菌未达标外，其他指标均已达到设计指标，因此须采取消毒措施，一般消毒方法包括液氯、O3法、ClO2法、紫外线法、漂粉精法及氯片法等。其中漂粉精和氯片的购买和储存不易，且处理效果不稳定，只适合在小型污水处理站使用。紫外消毒具有较大的优势，近年来在城市污水处理厂中紫外消毒也逐步取代液氯、二氧化氯消毒工艺。现有污水处理厂开始采用氯消毒，后来改为二氧化氯消毒，管理相对比较复杂、安全性要求较高，操作管理复杂。考虑到现有回用水用户均有后续处理和消毒设施，本次设计将现有二氧化氯消毒改为紫外消毒。

3.5碳源选择

目前污水处理脱氮碳源主要有甲醇、乙酸钠。甲醇价格低，市场价格约2700元／t，但毒性大，安全要求非常高，需要专门的消防设施，占地面积大、前期投资高。乙酸钠价格稍高，市场价格约3500元／t，但无毒，安全系数高，前期投资低。从安全、占地和前期投资综合考虑，碳源推荐采用乙酸钠。

4结论及主要经济指标

提标改造工程采用“现有氧化沟简单改造＋硝化生物滤池＋反硝化生物滤池＋转盘过滤”工艺，处理后水质达到一级A排放标准，处理规模为4万m3／d。污水处理厂提标改造后，年减少COD、氨氮、BOD5、SS排放量均为146t／a，年减少总氮排放量为219t／a，年减少总磷排放量为73t／a。

作者:李雅青 单位:大同煤矿集团有限责任公司环境保护处