謝麗清，賈彥武，唐行鵬，王明智

（1.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊050011；2. 河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊050021）

承德市某污水處理廠位于平泉市平泉鎮(zhèn)， 現(xiàn)有處理規(guī)模為3.0萬m3/d，污水廠占地3.9hm2；采用“粗格柵及提升泵站+細(xì)格柵及旋流沉砂池+百樂克綜合生化池+D型濾池”處理工藝。2017年污水處理廠進(jìn)水量在2.8萬～3.5萬m3/d， 春秋季節(jié)進(jìn)水量偏低， 夏季較高，冬季由于城區(qū)內(nèi)采用水源熱泵較多，因此冬季排水量最高可達(dá)3.5萬m3/d。 本期污水廠擴(kuò)建規(guī)模為2.0萬m3/d，擴(kuò)建后整體規(guī)模達(dá)到5.0萬m3/d，出水標(biāo)準(zhǔn)為GB18918—2002 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

該污水廠位于河北北部寒冷地區(qū)， 最冷月生化池水溫為8～10 ℃， 低溫環(huán)境下微生物活性大大下降。 彭趙旭［1］等指出，水溫低于10 ℃，硝化菌呈休眠狀態(tài)， 且水溫每降低1 ℃硝化菌生長速率下降10%。本項(xiàng)目生化系統(tǒng)的難點(diǎn)就在于冬季低溫條件下硝化反硝化效果不佳。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮改善構(gòu)筑物保溫、增大水力停留時(shí)間、降低污泥負(fù)荷等工程措施，提高生化系統(tǒng)脫氮除磷的效果。此外，現(xiàn)有污水廠未考慮遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留，亦不具備征地條件，因此擴(kuò)建工程只能在現(xiàn)有空地進(jìn)行建設(shè)?？衫每盏孛娣e1.106萬m2，這要求擴(kuò)建工程選用集約高效的處理工藝。

1 進(jìn)出水水質(zhì)及工藝流程

污水廠來水主要是生活污水和工業(yè)廢水， 二者各占總水量的65%和35%。 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的工業(yè)企業(yè)以建材、機(jī)械制造、輪胎制造、化工、礦冶、農(nóng)副產(chǎn)品深加工等工業(yè)為主。 根據(jù)近年污水處理廠實(shí)測進(jìn)水水質(zhì)， 確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1。

表1 污水廠擴(kuò)建工程進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo) 單位：mg/L

擴(kuò)建工程采用污水處理工藝為 “預(yù)處理+改良A2/O生化池+磁混高效沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池+紫外線消毒工藝”。 具體如圖1。

圖1 工藝流程

2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

二級生化系統(tǒng)采用的改良A2/O工藝是基于先進(jìn)的同步硝化反硝化脫氮理論為基礎(chǔ)的高效一體化生物處理系統(tǒng)。通過低通氣量、地毯式曝氣裝置控制曝氣池在低氧環(huán)境運(yùn)行（溶解氧0.5～0.8mg/L），生物池兼有水解酸化作用［2］，對難降解的COD有較好的適應(yīng)性，COD的去除效果要優(yōu)于其他好氧工藝。 其次低氧環(huán)境能使硝化反硝化反應(yīng)同步進(jìn)行， 且短程硝化反硝化占有相當(dāng)比例，該系統(tǒng)不僅簡化了系統(tǒng)脫氮的運(yùn)行流程，降低了對碳源的需求，節(jié)約了能耗，提高了脫氮效率， 同時(shí)也避免了由于硝態(tài)氮積累帶來的不利影響［3］。 此外，低氧環(huán)境微生物生長速度偏低，污泥齡長，污泥濃度高，系統(tǒng)容積負(fù)荷及抗沖擊性能增強(qiáng)。

改良A2/O工藝采用一體化結(jié)構(gòu)，如圖2，分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、低氧曝氣區(qū)、空氣提升區(qū)、澄清區(qū)，將厭氧、缺氧、好氧、泥水分離等不同處理功能的單元集中于同一反應(yīng)池中，使得占地面積大大減小。厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、曝氣區(qū)的劃分參照HJ 576—2010《厭氧-缺氧-好氧活性污泥法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》的要求。 各單元作用如下：

（1） 厭氧區(qū)。 在厭氧環(huán)境下微生物進(jìn)行磷的釋放，為生物除磷做準(zhǔn)備。

（2）缺氧區(qū)。利用曝氣區(qū)回流的硝化液進(jìn)行反硝化反應(yīng)，脫氮。

（3）低氧曝氣區(qū)。通過控制曝氣池在低氧環(huán)境下運(yùn)行， 去除有機(jī)物的同時(shí)， 實(shí)現(xiàn)同步脫氮及生物除磷，池內(nèi)設(shè)內(nèi)回流泵將硝化液回流至缺氧區(qū)前端。

（4）空氣提升區(qū)。 豎井內(nèi)設(shè)置空氣推流器，利用特殊的水力結(jié)構(gòu)，形成高效的空氣推流系統(tǒng)，使曝氣區(qū)內(nèi)混合液大比例返混，降低F/M（有機(jī)底物/活性污泥量），延長污泥齡。

（5）澄清區(qū)。 采用上向流斜板沉淀池結(jié)構(gòu)，對曝氣區(qū)出水進(jìn)行泥水分離， 同時(shí)通過回流泵將部分污泥回流至厭氧區(qū)前端， 通過剩余污泥泵間歇排放污泥至儲泥池。

圖2 改良A2/O系統(tǒng)平面

深度處理采用磁混高效沉淀工藝，如圖3，主要包括快混池、加載絮凝池、助凝反應(yīng)池、高效澄清池4個(gè)部分?？旎斐赝都愉X鹽或鐵鹽作為混凝劑，混凝劑充分水解，與水中膠體發(fā)生電中和脫穩(wěn)作用，使微小顆粒聚集在一起。加載絮凝池投入適量磁粉，磁粉作為微小晶核，更容易形成礬花［4］，且大大提高礬花比重。從沉淀區(qū)底部回流的污泥被泵送到加載絮凝池，使系統(tǒng)內(nèi)的磁粉得以循環(huán)利用。 為使固體懸浮物進(jìn)一步形成較大、較密實(shí)的絮凝物，在助凝反應(yīng)池內(nèi)投加高分子助凝劑，使細(xì)小顆粒逐漸形成較大絮體。而后污水進(jìn)入高效沉淀池， 高效沉淀池利用淺層沉淀原理，采用斜管作為填料，使沉淀區(qū)表面負(fù)荷明顯提高。該工藝的特點(diǎn)是借助外加磁粉加強(qiáng)絮凝效果，生成比重較大的礬花，提高沉淀效率，減小占地面積。磁粉在整個(gè)系統(tǒng)中是循環(huán)使用的， 通過磁粉回收系統(tǒng)從污泥中將磁粉進(jìn)行分離后再進(jìn)行回收， 有效控制運(yùn)行成本。

圖3 磁混高效沉淀工藝流程

3 主體構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

擴(kuò)建工程建構(gòu)筑物實(shí)施如表2。

表2 建構(gòu)筑物實(shí)施

3.1 細(xì)格柵及旋流沉砂池

細(xì)格柵采用2套內(nèi)進(jìn)流孔板式細(xì)格柵， 渠寬1200mm，渠深1550mm， b=3mm，安裝傾角α=90°，配套沖洗水泵及沖洗水箱。污水經(jīng)細(xì)格柵進(jìn)入2套旋流沉砂設(shè)備，直徑2430mm，配套設(shè)備旋流攪拌機(jī)及提砂泵各1臺， 攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速為15r/min， 提砂泵采用Q=20m3/h，H=10m，N=1.1kW。

3.2 改良A2/O綜合生化池

改良A2/O綜合生化池分2系列，為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總體尺寸為：77.4m×40.2m×6.5m，有效水深6.0m。 按照生物處理工藝要求分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、低氧曝氣區(qū)、空氣提升區(qū)、澄清區(qū)5個(gè)區(qū)域。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下：總停留時(shí)間14.45h（不含沉淀區(qū)），其中厭氧區(qū)1.48h，缺氧區(qū)3.58h，低氧曝氣區(qū)9.54h。污泥濃度：6g/L，BOD污泥負(fù)荷：0.11kgBOD/kgMLSS·d，TN負(fù)荷率：0.05kgTN/ kgMLSS·d。 污泥回流比100%，硝化液回流比230%。厭/缺氧區(qū)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)使污水處于缺氧狀態(tài)。低氧曝氣區(qū)末端設(shè)溶解氧儀，通過實(shí)時(shí)采樣溶氧儀變送器反饋的電信號， 經(jīng)可編程序控制器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字處理及工藝參數(shù)運(yùn)算后，實(shí)時(shí)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 從而按照工藝對溶解氧的要求動態(tài)調(diào)節(jié)供風(fēng)量， 使池中溶解氧濃度穩(wěn)定的控制在0.5mg/L左右。曝氣裝置采用可提升微孔曝氣軟管，其微孔直徑約1mm，通氣量1.25m3/（m·h），氧傳遞效率30%。 澄清區(qū)與曝氣區(qū)貼建，為上向流斜板沉淀池，采用行車式吸泥機(jī)將污泥提升回流至厭氧區(qū)前段。 澄清區(qū)表面負(fù)荷1.16m3/（m2·h）。

3.3 磁混高效沉淀池

磁混高效沉淀池1座， 設(shè)計(jì)規(guī)模5萬m3/d， 分2系列，污水廠原有百樂克綜合生化池（3萬m3/d）及新建改良A2/O綜合生化池（2萬m3/d）出水一起進(jìn)入前端配水井，后進(jìn)入快混池、磁粉混合池、絮凝池、沉淀池，處理后出水經(jīng)末端配水井（配比3∶2）分別進(jìn)入原有D型濾池及新建纖維轉(zhuǎn)盤濾池。 各混合絮凝池均設(shè)攪拌機(jī)，磁粉混合池上方設(shè)磁粉投加及回收系統(tǒng)，磁粉回收率99%。 沉淀池采用2座上向流斜管沉淀池，分別配套中心傳動濃縮機(jī)直徑10m。其設(shè)計(jì)參數(shù)如表3。

表3 磁混高效沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4 纖維轉(zhuǎn)盤濾池

纖維轉(zhuǎn)盤濾池的進(jìn)水形式為外進(jìn)內(nèi)出式， 其作用在于去除污水中以懸浮狀態(tài)存在的各種雜質(zhì)，提高污水處理廠出水水質(zhì)，使處理水SS達(dá)到要求。設(shè)計(jì)進(jìn)水SS≤30mg/L， 出水SS≤10mg/L。 采用轉(zhuǎn)盤直徑3000mm，6盤/套，單盤有效面積12.6m2，平均時(shí)過濾速度11m/h，配套反洗水泵3臺。

3.5 紫外消毒渠

紫外消毒渠1座，分2個(gè)系列，設(shè)計(jì)規(guī)模為5萬m3/d，總平面尺寸15.2m×3.5m，渠深2.5m。 設(shè)計(jì)紫外透光率（UVT）65%；殺菌指標(biāo)糞大腸桿菌數(shù)＜1000個(gè)/L。每條消毒明渠安裝1套紫外消毒模塊 （64支256W紫外燈），水位控制系統(tǒng)采用自動水位控制器。

4 運(yùn)行情況分析

4.1 處理效果

污水廠擴(kuò)建工程2019年1月調(diào)試完成， 投入運(yùn)行。 冬季由于有部分地?zé)崴M(jìn)入污水廠， 實(shí)際進(jìn)水COD200～350mg/L，TN50～60mg/L左右。雖然理論上脫氮的碳源足夠，但是由于冬季低溫及進(jìn)水C/N因地?zé)崴M(jìn)入降低，冬季運(yùn)行需要投加碳源保證處理效果。

2019年1～2月通過對污水廠進(jìn)水、改良A2/O生化池末端、紫外消毒出水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，實(shí)際結(jié)果如圖4～圖6，進(jìn)水COD平均282.7mg/L，生化單元末端出水COD 平 均47.2mg/L， 紫 外 消 毒 出 水COD 平 均29.0mg/L。 生化單元對COD去除效率83.3%，深度處理單元對COD去除效率38.5%。進(jìn)水TN平均55.6mg/L，出水TN平均11.3mg/L，TN去除率平均79.55%。 進(jìn)水TP平均4.92mg/L，生化單元末端出水TP平均2.57mg/L，紫外消毒出水TP平均0.29mg/L。 生化單元對TP去除效率47.83%， 深度處理單元對TP 去除效率為88.62%。運(yùn)行結(jié)果顯示，污水處理廠出水各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到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)。

圖4 水質(zhì)監(jiān)測COD去除效果

圖5 水質(zhì)監(jiān)測TN去除效果

圖6 水質(zhì)監(jiān)測TP去除效果

4.2 投資與經(jīng)濟(jì)成本

該污水處理廠擴(kuò)建工程總投資6432.50萬元，其中土建及設(shè)備安裝部分5805.16 萬元， 其他費(fèi)用627.34萬元。

原有百樂克池（規(guī)模3萬t/d）采用3臺132kW羅茨風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，新建改良A2/O生化池（規(guī)模2萬m3/d）采用2臺75kW空氣懸浮風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。 為保證脫氮效果， 污水廠冬季仍需投加乙酸鈉至原有百樂克池及新建改良A2/O生化池。新建改良A2/O生化池與原有百樂克生化池的運(yùn)行費(fèi)用對比如圖7。

圖7 改良A2/O工藝與百樂克工藝運(yùn)行費(fèi)用

從圖7可看出，改良A2/O工藝比百樂克工藝節(jié)省碳源費(fèi)用36.27%，節(jié)省電費(fèi)40.34%，整體運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省35.88%。

5 結(jié)語

針對冬季低溫反硝化效果差、 廠區(qū)用地受限等難點(diǎn)， 擴(kuò)建工程采用改良A2/O工藝和磁混高效沉淀技術(shù)進(jìn)行處理，結(jié)果表明，生化池冬季脫氮除磷效果良好，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。 而且新建改良A2/O生化池比原有百樂克生化池節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用35.88%，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，其經(jīng)驗(yàn)可供河北北部寒冷地區(qū)借鑒。