文_申晨亮 荊濤 余浩然 潘亞楠

1 中州水務控股有限公司 2 襄城中州水務污水處理有限公司

污水處理廠是控制水污染和污水再生利用的重要基礎設施。在過去的十幾年里，為緩解水環(huán)境的惡化，我國污水處理廠的數(shù)量從2000年的481個迅速增加到2019年的12893個，總處理量達到2.28×108m3/d。隨著對水環(huán)境質量要求的提高，除了新建污水處理廠外，對現(xiàn)有污水處理廠進行提標改造也是改善水環(huán)境質量的重要措施。

1 工藝改造背景

1.1 污水處理廠概況

襄城縣污水處理廠主要處理縣城范圍內產生的生活污水。該污水廠分兩期建設，其中一期工程規(guī)模為2.5萬m3/d，2007年8月建成投產，2008年6月完成環(huán)保驗收，主要處理工藝為CASS，配套污水管網(wǎng)33.75km；二期工程規(guī)模為2.5萬m3/d，2011年11月開工建設，2012年12月建成，2013年8月通過環(huán)保驗收，正式投入運行，主體工藝仍為CASS。污水處理執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( GB18918-2002) 一級B標準。工藝流程如圖1所示。

圖1 提標改造前工藝流程圖

2 原有工藝存在的問題

原有污水廠有機物去除效果好、硝化效果好，但由于進水C/N偏低，造成反硝化效果較差，導致出水總氮不達標。

原CASS池在運行中存在高、低水位，在潷水階段，原附著在池壁上的污泥會干化脫落，導致CASS池漂浮污泥較多。同時，由于泥水分離效果欠佳導致潷水階段部分污泥隨排水進入濾池，致使濾池負荷加大，反沖洗周期縮短，出水水質變差。

原工藝采用聚合氯化鋁（PAC）除磷，藥劑投加量大，實際運行中最高可達150mg/L，導致污泥產量增大，污泥處置成本增加，且存在出水磷濃度不達標的現(xiàn)象。

近年來的運行結果表明，該廠的出水水質優(yōu)于一級B，但是達不到一級A標準。根據(jù)地方環(huán)保部門要求，需要對污水處理工藝進行升級改造，使出水穩(wěn)定達到一級A標準。根據(jù)上述分析，提標改造的核心問題是提高原污水處理系統(tǒng)的脫氮除磷能力。

3 工藝改造方案

3.1 提標改造進出水水質

對近年的水質資料分析結果表明，目前污水處理廠的進水水質較為穩(wěn)定?？紤]到隨著縣城居民生活水平提高造成的排水污染物濃度增加以及出水要求，確定提標改造的進、出水水質如表1。

表1 設計進、出水主要水質指標 單位（mg/L）

3.2 提標改造工藝

經(jīng)過工藝論證和比選，確定提標改造后污水處理流程為：粗細格柵+旋流沉砂池+A/A/O生物池+高效沉淀池+纖維轉盤濾池+消毒，出水執(zhí)行GB18918-2002中一級A標準。工藝流程圖如圖2所示。

圖2 提標改造后工藝流程圖

改造后的生化處理系統(tǒng)采用A/A/O工藝，與CASS工藝相比，該工藝具有更好的脫氮除磷效果。改造后的A/A/O生物池均由原CASS池改造，其中，1#A/A/O池由一期CASS池及二期CASS池的1#池組成，2#A/A/O池由二期CASS池的2、3、4#池組成。缺氧段設置潛水攪拌器，攪動池內污水，避免污泥沉積。兩個AAO池好氧段底部分別布設微孔曝氣器2593、3296個，曝氣量為2.5～3.0m3/h，為微生物生長提供氧氣，同時確保池內混合液呈懸浮狀態(tài)；設計水力停留時間HRT分別為12.2h、13.5h。在好氧池出水處設置內回流泵，將內回流溶液送至缺氧池，設計內回流比100%～200%?？刂苹旌弦何勰酀舛葹?000mg/L，污泥回流比為50%～100%。為了保證總氮穩(wěn)定達標，在進水C/N偏低時投加碳源，碳源為醋酸鈉。兩座A/A/O生物池技術參數(shù)如表2所示。

表2 1#和2#A/A/O生物池主要技術參數(shù)

設置1座配水配泥井，將來自沉砂池的污水與回流污泥混合后，均勻分配至1#、2#A/A/O池，主要設備為1套P=0.75kW的高速潛水攪拌器；設置兩座周進周出輻流式二沉池，A/A/O生化池出水進入二沉池，進行泥水分離，污泥排至剩余及回流污泥泵房，出水進入高效沉淀池。二沉池設計流量Q=2792m3/h，池內徑與水深分別為40m、4.8m，主要設備為2套P=0.37kW中心傳動單管吸泥機；另外新建一座碳源投加間，為A/A/O池提供碳源醋酸鈉，配有3臺（2用1備）P=1.5kW碳源投加泵；回流與剩余污泥泵房合建，平面尺寸為9.0×6.95（m），主要作用為維持生物池活性污泥濃度的相對穩(wěn)定，并將剩余污泥送至污泥脫水機房進行濃縮脫水。

設置1座中途提升泵站，設計流量Q=2792m3/h，主要設備為4臺P=30kW潛污泵，3用1備，流量Q=930m3/h，揚程H=5m。

高效沉淀池一座兩組，平面尺寸為26.05×27.40m，設計流量為2792m3/h，每組均可單獨運行，由混合區(qū)、絮凝反應區(qū)、沉淀區(qū)和濃縮區(qū)組成?；旌蠀^(qū)和絮凝反應區(qū)有效容積分別為77.8m3、359m3；混合時間和絮凝時間分別為100s、8min。其中混合區(qū)配有2套功率為5kW的快速攪拌器、絮凝反應區(qū)配有2套功率為4kW的絮凝攪拌器、沉淀區(qū)和濃縮區(qū)配有2臺0.55kW的濃縮刮泥機、2臺污泥回流泵及3臺剩余污泥排放泵。

通過以上改造工藝，使污水廠出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

4 結果分析與討論

4.1 工程運行效果

提標改造工程于2016年底開始實施，2018年5月全部建成開始投運，試運行約半年，2019年上半年完成環(huán)保驗收。2019年9月～2020年7月共11個月污水處理廠的主要運行數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 提標改造后進出水水質

由圖3可知，進水COD濃度為131.98～183.91mg/L，出水COD平均值為24.23mg/L，平均去除率為84.37%。NH3-N和TN進出水數(shù)據(jù)如圖3所示，氨氮的進出水濃度平均值分別為20.65mg/L、1.05mg/L，去除率達到95%，TN的進出水濃度平均值分別為35.80mg/L、8.98mg/L，去除率達到75%。這表明提標改造工程對生物池改造后，總氮去除性能有明顯提升，在監(jiān)測時期內能夠實現(xiàn)穩(wěn)定達標。主要原因為：相比CASS工藝，提標改造后A/A/O+二沉池工藝有單獨的厭氧、缺氧、好氧及進行泥水分離的空間，能較方便的控制不同池子內溶解氧濃度，滿足脫氮除磷需求，提高脫氮效率；其次，通過調節(jié)內外回流比，保證系統(tǒng)在較高的污泥濃度下正常穩(wěn)定運行；此外，提標改造工程設置有碳源投加間，能夠補充生物池碳源，提高反硝化脫氮效率。

由圖3可知，進水總磷濃度平均值為1.77mg/L，相比設計進水水質濃度較低，出水磷濃度為0.19～0.27mg/L，提標改造后能有效將出水總磷控制在0.5mg/L以下。

綜合上述分析，改造后出水主要染物濃度穩(wěn)定達到一級A出水標準要求。

4.2 項目經(jīng)濟及運行成本分析

本次提標改造工程土建費用為846.6萬元，安裝費用218.02 萬元，設備及材料費用593.7萬元，預備費及流動資金102.68萬元，其他費用125.33萬元，工程總投資為1886.33萬元。

在污水處理廠的運行過程中，運行成本組成十分復雜。需綜合考慮人工費、動力費、維修費及藥劑投加費用，提標前后動力、維修、人工總成本如表3所示。

表3 提標前后各項費用總成本 單位：萬元/年

根據(jù)表3所示，對比分析提標前后各項總成本。動力費主要考慮工程運行所需電費，提標前設備運行總功率約為2408920kW，提標后設備運行總功率3365000kW，當?shù)仉娰M單價為0.65元·(kWh)-1，計算可得動力費同比增長近1.4倍；提標前后年度維修費分別為7萬元、9.79萬元左右，同比增長約為40%；提標前年人工費約93萬元，提標后約131.87萬元，同比增長約為42%；藥劑費用增加近21.24%。根據(jù)污水處理廠實際運行情況，2015年（提標改造前）污水廠進水量基本穩(wěn)定達到3.0×104m3/d，提標改造后進水量有了大幅度提高，約為4.0×104m3/d。提標前后污水處理的直接成本分別為0.71元/t、0.52元/t，即雖然提標后各項費用總成本均有明顯增加，由于水量增加，單位直接成本增長率約為-26.76%，同時保證了出水水質穩(wěn)定達到一級A標準要求。

5 結語

本次提標改造將污水處理廠原CASS單元改造為A/A/O，同時增加了二沉池、高效沉淀池、碳源投加間等，并更換了除磷劑，有效地提高脫氮除磷效果。

11個月的運行結果表明，出水COD、NH3-N、TN、TP濃度平均值分別為24.23mg/L、1.05mg/L、8.98mg/L、0.25mg/L，均穩(wěn)定達到一級A標準要求；提標改造后污水處理的總成本增加，但單位直接成本降低。