仲航，劉學(xué)鋒，蘇東霞

（北京北排水務(wù)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100068）

近年來，隨著我國城市化水平的快速發(fā)展及工業(yè)化水平的不斷提高，生產(chǎn)及生活活動(dòng)產(chǎn)生的污水量不斷加大，給城鎮(zhèn)水環(huán)境帶來了巨大的壓力。作為城鎮(zhèn)水環(huán)境的最后一道防線，污水處理廠的改擴(kuò)建工程逐年增多。目前，城鎮(zhèn)污水處理廠的生物處理工藝主要有A2/O、MBR、氧化溝等工藝〔1〕，在水廠新建或改擴(kuò)建工程中，需結(jié)合場(chǎng)址地形、工藝效能、運(yùn)行管理、基建投資等方面進(jìn)行工藝比選。筆者以北京某鎮(zhèn)污水廠擴(kuò)建工程為例，介紹了污水處理的工藝比選、設(shè)計(jì)參數(shù)及投資情況，為小型應(yīng)急污水站的工程化設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目背景

北京某鎮(zhèn)中心區(qū)污水處理廠于2008年完成建設(shè)，采用深池曝氣工藝，設(shè)計(jì)規(guī)模1×104m3/d。因該污水處理廠工藝落后導(dǎo)致負(fù)荷率較低，自2021年8月起停運(yùn)進(jìn)行提標(biāo)改造。其流域范圍內(nèi)的污水由現(xiàn)況兩座臨時(shí)污水處理站承接處理，在高峰時(shí)期會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行狀況。隨著該鎮(zhèn)一系列醫(yī)院、學(xué)校等項(xiàng)目的陸續(xù)建成投運(yùn)，污水量將會(huì)有較大幅度增長。

其中一座臨時(shí)處理站規(guī)模為2 000 m3/d，處理工藝采用格柵+沉砂池+水解酸化池+AAO+懸浮澄清池+斜管沉淀池+消毒接觸池，與中心區(qū)污水處理廠共用提升泵井。該臨時(shí)污水處理站出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，不符合北京市現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)，且該廠站于2016年作為臨時(shí)工程建設(shè)，距今已超期服役，設(shè)備陳舊老化、處理運(yùn)行工況差，難以穩(wěn)定達(dá)到當(dāng)前的水質(zhì)考核標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定運(yùn)行要求。

為保障該鎮(zhèn)中心區(qū)污水不直排環(huán)境，急需建設(shè)一座應(yīng)急污水處理設(shè)施。綜上，擬對(duì)2 000 m3/d的臨時(shí)處理站擴(kuò)容及提標(biāo)改造。由于現(xiàn)況廠站為滿負(fù)荷運(yùn)行，本工程實(shí)施期間須保證現(xiàn)況處理設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故利用廠區(qū)其余空地新建污水處理設(shè)施，待新建工程完工后原現(xiàn)況設(shè)施停止運(yùn)行。

1.2 設(shè)計(jì)水量及進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)況臨時(shí)處理站處理水量及醫(yī)院、學(xué)校等項(xiàng)目建成投運(yùn)后污水量預(yù)測(cè)計(jì)算，確定應(yīng)急污水處理站規(guī)模為5 000 m3/d。

設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)以現(xiàn)況處理站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)及實(shí)測(cè)水質(zhì)為參考。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)執(zhí)行北京地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890—2012）中B標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Table 1 The designed influent and effluent water quality

2 方案比選

作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分和水污染控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，污水處理廠站的建設(shè)和運(yùn)行耗資較大，選擇切實(shí)可行且經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案顯得尤為重要〔2〕。

我國污水處理廠站普遍采用的工藝就是生物處理結(jié)合深度處理的總體路線。目前國內(nèi)小型污水處理站選用裝配式設(shè)備較多，主要是考慮設(shè)備占地面積小、管理方便等因素。本工程為應(yīng)急工程，要求施工周期短，項(xiàng)目服務(wù)周期為3年，故采用裝配式一體化裝置作為污水站的主要結(jié)構(gòu)形式。

2.1 二級(jí)處理工藝比選

污水處理工藝的選擇應(yīng)充分考慮污水量和水質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)管理水平，優(yōu)先選用技術(shù)合理、安全可靠、低耗、占地少和運(yùn)行管理方便的工藝〔3〕。結(jié)合本工程特點(diǎn)，二級(jí)處理工藝從膜生物反應(yīng)器（MBR）、改良序批式活性污泥法（SBR）、AAO-MBBR工藝進(jìn)行方案比較，結(jié)果見表2。

表2 方案比選Table 2 Overall scheme comparison

針對(duì)本項(xiàng)目而言，MBR雖占地面積小，但其設(shè)備種類較多，操作復(fù)雜且運(yùn)行成本高。改良SBR自控要求高，占地面積大。而AAO-MBBR工藝通過在好氧區(qū)投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內(nèi)的曝氣和水流的提升作用處于流化狀態(tài)。通過在懸浮填料上掛膜，實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化，同步硝化反硝化，增加對(duì)總氮的去除效果〔4-5〕。該處理工藝具有良好的脫氮除磷效果，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，占地面積小，投資及運(yùn)營成本低且安裝簡(jiǎn)單。通過上述比選，二級(jí)處理工藝選用AAO-MBBR一體化裝置。

2.2 深度處理工藝比選

本工程深度處理工藝采用混凝沉淀—過濾工藝，對(duì)于混凝沉淀工藝，常用的有常規(guī)混凝沉淀池、高密沉淀池，以及近年逐漸應(yīng)用的磁混凝澄清池，分別對(duì)幾種混凝沉淀工藝進(jìn)行對(duì)比，見表3。

表3 混凝沉淀方案比選Table 3 Scheme comparison for coagulating sedimentation

由表3可知，高密沉淀池具備對(duì)進(jìn)水SS濃度適應(yīng)性較強(qiáng)，占地面積較小，同時(shí)工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低等特點(diǎn)，因此本工程采用高密沉淀池。

應(yīng)用于污水處理廠深度處理的過濾工藝有多種形式，包括濾布濾池、活性砂濾池、普通砂濾池等工藝。目前常用的深度處理過濾工藝為濾布濾池和活性砂濾池兩種過濾形式，見表4。

表4 過濾工藝方案比選Table 4 Scheme comparison for filtration techniques

如表4所示，濾布濾池和活性砂濾池對(duì)SS均能達(dá)到較好的處理效果，但工程中活性砂濾池設(shè)備數(shù)量多、運(yùn)行管理較復(fù)雜、自控要求高且容易跑砂，濾布濾池過濾效果更好、運(yùn)行更穩(wěn)定，為了便于管理及有效保障出水達(dá)標(biāo)，本工程采用濾布濾池。

2.3 污水處理工藝流程

本項(xiàng)目工藝流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of waste water treatment

新建構(gòu)筑物中格柵渠、AAO-MBBR、高密度沉淀池、濾布濾池均采用鋼制一體化設(shè)備；消毒接觸池、污泥池采用鋼筋混凝土形式；配套附屬建筑物中鼓風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、配電間均采用彩鋼板房。其中格柵渠及AAO-MBBR均分為兩個(gè)系列，其余構(gòu)筑物均為一座。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 總進(jìn)水管及預(yù)處理設(shè)計(jì)

應(yīng)急污水處理站的入站污水干線為新增污水管道，污水從現(xiàn)況1×104m3/d的污水提升泵房經(jīng)新增污水提升泵（Q=160 m3/h，H=15 m，功率15 kW，2用1備）提升至格柵渠。總進(jìn)水管管徑為DN 250，經(jīng)進(jìn)水干管上電磁流量計(jì)計(jì)量后分別引至兩個(gè)系列的格柵渠。

鋼制一體化格柵渠，每座設(shè)計(jì)規(guī)模2 500 m3/d，共2座。格柵渠內(nèi)設(shè)10 mm插板粗格柵1套，3 mm插板細(xì)格網(wǎng)1套，用于攔截粗大物等雜質(zhì)。

3.2 二級(jí)處理設(shè)計(jì)

二級(jí)處理采用的一體化處理設(shè)備包含二級(jí)生物處理單元及二沉池。單套處理能力625 m3/d，分2個(gè)系列，每系列設(shè)置4套一體化設(shè)備。每套設(shè)備由3臺(tái)箱體縱向串聯(lián)組成，單臺(tái)箱體尺寸17.5 m×2.9 m×2.9 m。

一體化處理設(shè)備的工藝參數(shù)見表5。污水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，與回流污泥混合，對(duì)污水中易降解的有機(jī)物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，而后進(jìn)入缺氧池，反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，好氧池回流混合液中的硝酸鹽、亞硝酸鹽作電子受體進(jìn)行反硝化脫氮，同時(shí)降低污水中的COD、BOD5。設(shè)備在好氧區(qū)內(nèi)投加大比表面積MBBR懸浮填料，作為微生物的活性載體。污水進(jìn)入好氧池在有氧條件下去除大部分有機(jī)物，通過硝化作用去除氨氮，使污水得到凈化。二沉池采用斜管沉淀池，表面負(fù)荷0.82 m3/（m2·h）。

表5 工藝參數(shù)Table 5 Design parameters

采用乙酸鈉作為外加碳源，根據(jù)運(yùn)行需要投加。乙酸鈉藥液儲(chǔ)存在V=10 m3儲(chǔ)罐內(nèi)，乙酸鈉投加泵共3臺(tái)，2用1備，其性能參數(shù)為Q=40 L/h，H=60 m，N=0.12 kW。為確保出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，設(shè)置PAC投加系統(tǒng)，作為輔助措施加強(qiáng)系統(tǒng)的除磷效果。PAC加藥泵流量160 L/h，功率0.37 kW，3臺(tái)，2用1備。

為保證生物池內(nèi)溶解氧濃度，新建鼓風(fēng)機(jī)房，設(shè)置臥式羅茨風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備）對(duì)生物池進(jìn)行供氧，風(fēng)量30.42 m3/min，風(fēng)壓35 kPa，功率30 kW。

3.3 深度處理設(shè)計(jì)

3.3.1 高密沉淀池

經(jīng)AAO-MBBR處理后的污水，進(jìn)入高密沉淀池去除SS，進(jìn)一步去除TP。高密度沉淀池采用鋼制一體化設(shè)備，包括混合池、絮凝池、沉淀池及污泥回流系統(tǒng)和污泥排放系統(tǒng)，設(shè)計(jì)規(guī)模5 000 m3/d。高密沉淀池一體化設(shè)備尺寸為9.4 m×6.2 m×6.0 m。混合池停留時(shí)間2 min；絮凝池停留時(shí)間10 min；沉淀池設(shè)計(jì)表面負(fù)荷5.79 m3/（m2·h）；污泥回流比5%；一體化設(shè)備總功率12 kW。PAC作為混凝劑投加到高密池的混合池內(nèi)保證混凝效果，PAC加藥泵流量220 L/h，功率0.37 kW，2臺(tái)，1用1備。PAM作為助凝劑投加到高密池的絮凝池內(nèi)，PAM加藥泵流量3.1 m3/h，功率1.5 kW，2臺(tái)，1用1備。

3.3.2 濾布濾池

經(jīng)高密沉淀池泥水分離處理后，上清液自流進(jìn)入鋼制一體化濾布濾池，有效截留出水中較小的懸浮物及細(xì)小顆粒，從而進(jìn)一步降低污水中的SS和TP。

濾布濾池設(shè)1座，設(shè)計(jì)規(guī)模5 000 m3/d，尺寸4.5 m× 2.5 m×3.1 m，濾盤直徑2 m，過濾精度10 μm。濾布濾池底設(shè)管路用于排泥和放空，通過開啟控制閥由抽吸泵排至格柵渠。

設(shè)計(jì)參數(shù)：總有效過濾面積34.20 m2，濾速7 m/h，反沖洗持續(xù)時(shí)間8.5 min/次，反沖洗時(shí)間間隔180 min，排泥時(shí)間間隔6~8 h，排泥時(shí)間0.5 min/次，一體化設(shè)備總功率3 kW。

3.3.3 消毒接觸池

污水經(jīng)過濾布濾池過濾后進(jìn)入消毒接觸池，在消毒接觸池內(nèi)投加次氯酸鈉進(jìn)行消毒。消毒接觸池采用矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，接觸時(shí)間30 min。

3.4 污泥處理設(shè)計(jì)

剩余污泥重力排入污泥池，高密沉淀池排泥經(jīng)排泥泵輸送至污泥池。污泥池內(nèi)設(shè)2臺(tái)潛污泵，1用1備，加壓后進(jìn)入脫水機(jī)房內(nèi)的疊螺脫水機(jī)脫水。疊螺脫水機(jī)進(jìn)泥含水率99.2%~99.4%，產(chǎn)泥量0.78 t/d（干重），出泥含水率83%。疊螺脫水機(jī)處理量5 m3/h，功率1.3 kW，共1臺(tái)。脫水機(jī)PAM加藥泵流量1 m3/h，功率0.55 kW，2臺(tái)，1用1備。

4 投資控制及運(yùn)行效果

由于工程性質(zhì)為應(yīng)急臨時(shí)工程，故廠站內(nèi)一體化等設(shè)備均為租賃。工程總投資為4 103.5萬元，其中工程費(fèi)用896.67萬元，設(shè)備費(fèi)租賃費(fèi)用2 636.69萬元；二類費(fèi)450.62萬元；預(yù)備費(fèi)119.52萬元。本項(xiàng)目噸水處理成本約1.89元。

該應(yīng)急處理站已投入使用，經(jīng)連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)，其工藝運(yùn)行平穩(wěn)，平均處理水量約為4 187 m3/d，最高處理水量達(dá)5 400 m3/d，運(yùn)行期間出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890—2012）中B標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)出水各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的平均值見表6。

表6 進(jìn)出水水質(zhì)Table 6 The influent and effluent water quality

5 結(jié)論

隨著我國城市化水平的快速發(fā)展及工業(yè)化水平的不斷提高，生產(chǎn)及生活活動(dòng)產(chǎn)生的污水量不斷加大，老舊污水廠站面臨負(fù)荷率較低，超負(fù)荷運(yùn)行等情況，在提升改造過程中臨時(shí)建設(shè)應(yīng)急污水處理站可保障污水穩(wěn)定運(yùn)行、水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

1）一體化應(yīng)急污水處理設(shè)備可充分利用現(xiàn)場(chǎng)有限空間，在不影響原有污水處理站運(yùn)行的基礎(chǔ)上，節(jié)省施工周期。

2）通過對(duì)不同處理工藝設(shè)計(jì)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)的比較，AAO-MBBR工藝具有占地面積相對(duì)較小、負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn)，推薦作為小型污水處理廠站的二級(jí)處理工藝。

3）應(yīng)急污水處理站選用的AAO-MBBR+高密沉淀池+濾布濾池工藝的一體化裝置，出水滿足北京地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890—2012）中B標(biāo)準(zhǔn)的要求，在廠區(qū)占地有限，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高及施工周期緊張的地區(qū)有較廣闊的應(yīng)用前景，可為同類污水廠站設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。