中国矿业大学污水处理站工艺改造设计和运行

赵玉林 郭卫兵 王广斌

(1.徐州开放大学， 江苏 徐州 221000； 2.中国矿业大学， 江苏 徐州 221116)

中国矿业大学污水处理站工艺改造设计和运行

赵玉林1，2郭卫兵2王广斌2

(1.徐州开放大学， 江苏 徐州 221000； 2.中国矿业大学， 江苏 徐州 221116)

介绍了中国矿业大学生活污水处理系统改造前后及运行情况,对比分析了生物膜法和活性污泥法处理工艺的优、缺点及工艺流程。运行结果表明, 与原有工艺相比，改造后的工艺具有操作更简单，管理更方便，效果有保障，成本降低的优点，保证了出水水质达到GB/T 18920-2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。

工艺改造；中水回用；A2/O

中国矿业大学南湖校区位于徐州市西南部的云龙湖风景区，校区在校学生人数约30 000人，总人数约33 000人。中国矿业大学于2004年在南湖校区兴建了一座污水处理站，用于处理校区内的生活污水并进行深度处理后回用。污水处理站建成后，由于种种原因，生化处理单元始终达不到理想的处理效果，造成后续物化处理单元超负荷运行，带来诸多问题：出水氨氮经常超标，达不到GB/T 18920—2002城市杂用水水质要求；沉淀效果差，大大增加了深度处理工段的负荷；中水回用的同时，氨氮累积现象极其严重，造成进水水质更差，处理负荷更大，出水氨氮更高的恶性循环。此外，目前许多设备已经老化或损坏，达不到使用要求。基于上述原因，中国矿业大学决定对该污水处理站进行工艺改造。

1 原有工艺存在问题分析

1.1 原污水处理工艺流程

原污水处理主体工艺为三级生物流化床，预处理工艺为水解酸化，采用机械过滤进行深度处理，设计处理能力为8 000 m3/d。出水主要采用紫外线消毒，辅以投加固体氯片。污泥脱水采用带式压滤机。

具体工艺如图1所示：

图1 原有污水处理工艺流程

1.2 原工艺问题分析

① 原设计流量过大，建成后一直不能满负荷运转，造成了严重的资源浪费；

② 采用流化床生物膜法，脱氮除磷效果不理想，氨氮超标现象频繁发生，且由于出水在校内回用，部分污水一直在系统内循环，造成氨氮累积，形成恶性循环；

③ 三级流化床水力停留时间短，最长只有5 h，由于填料载体占用近1/3的空间，实际停留时间只有3 h；

④ 由于氮磷累积，曝气池填料上生长出大量类似微小田螺的动物，堵塞填料，致使填料生物膜量基本为零，出水效果无法保证，出水COD经常超标；

⑤ 整个处理工艺总共经过了4次提升或加压，电耗大，增加了处理成本。

1.3 构筑物问题分析

① 水解酸化池结构简单，无任何搅拌措施；

② 调节池水力停留时间仅4 h，偏短；

③ 污泥浓缩池上清液不能单独排走，起不到污泥浓缩的作用；

④ 平流沉淀池的出水堰长度不够，导致出水负荷太高，使出水SS偏高，引起过滤罐堵塞。

2 污水处理工艺改造方案

2.1 水质水量

校区污水主要来源于宿舍、教学楼、行政楼、食堂等用水，另外还包括医院及化验室排水。排入污水管网前，食堂污水需经隔油处理，医院污水经消毒，实验室废水如含有毒有害物质需进行相应的预处理。污水经处理后回用作宿舍冲厕水、校区绿化用水等。

根据污水处理站多年运行监测结果，确定进水水质和设计处理量。根据远期及近期在校人数设计处理量定为4 800 m3/d，安全系数取1.2。根据中水回用要求，参照GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》，确定出水水质标准。进水水质和设计出水标准如表 1所示：

表1 污水处理站进水水质和设计出水标准

注：其它出水水质标准参照执行 GB/T 18920—2002中的排放标准。

2.2 改造方案的确定

原污水处理工艺最大的问题在于脱氮除磷效率低，所以优选改造方案首选成熟的脱氮除磷工艺。能否采用生物脱氮除磷工艺，即能否保证生物脱氮除磷过程的有效进行，主要取决于生物处理过程中自身营养能否平衡。表2为南湖校区污水取样分析后得出的污水C、N、P比值：

表2 南湖校区污水C、N、P比值

BOD5/COD反应污水的可生化性，一般认为BOD5/COD>0.3[1]，污水可生化性好，可采用生物法处理；由于生物脱氮系统主要利用原污水中的基质作为反硝化的氢供体，BOD5/TN比值越大，反硝化进行越快[2]；COD/TN是影响生物脱氮的主要指标，COD/TN越大，氮的去除率越高，当COD/TN>10时，氮的去除率可达80%[3]；BOD5/TP是评价能否采用生物除磷的主要依据，一般认为该值大于20时，出水中TP可达到1 mg/L，比值越大，除磷效果越明显[4]。对照表2数据，可以认为改造方案采用生物法脱氮除磷工艺是可行的。

目前国内外成熟的脱氮除磷工艺主要有A2/O、改良型氧化沟和MSBR等3种工艺[5-7]，都能达到本工程要求的出水水质标准，但在技术上和经济上存在着差距。经综合比选，中国矿业大学南湖校区污水处理改造工艺采用了A2/O方案。

3 污水处理改造工艺设计

3.1 改造后的工艺流程

按照投资少、运行费用低、操作管理方便的原则，中国矿业大学南湖校区污水处理改造后的具体工艺流程如图2所示。

图2 改造后污水处理工艺流程

3.2 改造后的主要构筑物设计

(1) 调节池(新建)

原有的调节池容积偏小，在原调节池东侧新建一座调节池起到调节水量水质的作用。调节池尺寸为12 m×30 m×3.8 m，有效水深3.5 m，水力停留时间5 h。池底设1m深的集水坑，安装滗水器，用于控制调节池出水，以提高调节池的容积利用率。

(2) A2/O生化池(改造)

设计条件：进水BOD5=300 mg/L，BOD5污泥负荷N=0.15 (kg BOD5/(kg MLSS·d))，污泥浓度X=4 000 mg/L，污泥回流比为R=50%，内循环比为r=200%，设计水温12℃。

① 厌氧池

根据A2/O工艺，为了初步降解大分子有机物，起到部分水解及厌氧释磷作用，将原调节池和水解酸化池改造成一座厌氧池，尺寸为34 m×13 m×5.5 m，其中超高0.5 m，水力停留时间8.8 h。池内四角设水下推进器进行搅拌。

② 缺氧池

为了进一步降解有机物，起到反硝化作用，将原一级流化床改成1座缺氧池，缺氧池尺寸：16 m×15 m×5.5 m，其中超高0.5 m，水力停留时间4.8 h。

③ 好氧池

为了彻底降解有机物，起到硝化及好氧吸磷作用，利用原二级和三级流化床、原沉淀池作为好氧池，池深为5.5 m，设计超高0.5 m，有效池容2 745 m3，水力停留时间11 h。取气水比为15，供气量为62.5 m3/min，选用罗茨鼓风机，采用管式曝气器。在由原沉淀池改造的好氧池末端建溢流墙，将混合液汇集后由潜污泵将25%的混合液提升至沉淀池，75%的混合液回流至缺氧池。

(3) 辐流式沉淀池(新建)

新建2座辐流式沉淀池代替原有平流式沉淀池以达到更好的沉淀效果。2座沉淀池并联运行，单个沉淀池直径15 m，有效水深1.4 m，超高0.3 m，表面负荷0.7 m3/(m2·h)，水力停留时间2 h。排泥采用悬挂式中心传动刮泥机刮泥，静压排泥，在两个沉淀池中间设集泥井。

(4) 滤池(新建)

为确保过滤安全、可靠、高效，淘汰4台原机械式过滤器，新建4个普通快滤池，埋地设置。滤池总尺寸为7 m×27.2 m×4 m，滤速4 m/h。采用大阻力配水，滤料选用平均粒径为1 mm的石英砂。用二沉池出水加气进行滤池反冲洗，反冲洗水自流到好氧池。

(5) 其它改造

对设备间、鼓风机房进行改造，建集水坑，设排水泵。淘汰原压滤机，污泥脱水改用带式压滤机，集浓缩脱水于一体，不单设污泥浓缩池，并更换加药系统。

4 改造后运行情况

4.1 污水处理效果

改造完成后经过半年多的连续运行，出水水质稳定，各项指标均达到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准，工程建设达到设计要求。平均进出水部分指标见表3。

表3 改造后污水处理站平均进出水主要水质指标及去除率

4.2 环境和经济效益分析

年运行天数按250 d计，则改造后污水处理站年处理污水120 万m3，根据表3，每年可削减COD 429.36 t，NH3-N 94.13 t，TP 4.46 t。

改造工程总投资：550万元。运行费用如表4所示。

表4 改造后污水处理站运行费用 元/m3

工程完成后，现在每天约有1 500～2 000 t左右中水用于校内冲厕、绿化等，其余设计能力中水正在考虑供周边小区冲厕、绿化使用。这样，按照设计能力，年可节约自来水120万t、相应节约自来水费356.4万元(水价以2.97元/t计)。根据表4，污水处理站年满负荷运行费用为130.8万元，因此污水处理站满负荷运营后每年可创造经济效益225.6万元。

5 结论

中国矿业大学南湖校区污水处理站通过工艺改造，将生物膜法改为活性污泥法，将流化床改为A2/O并且原有构筑物和管路均加以充分利用。将设计处理水量由8 000 t/d降为4 800 t/d，既保证了出水水质，又减少了资源浪费；工艺流程中将原来的4次水力提升(包括送水加压)减少为3次提升(包括送水加压)，节电效果明显；曝气池停留时间由原来的4 h提高到了11 h，大大提高了污水处理的可靠性和安全性，提高了脱氮除磷效果；投入运行后，出水水质达到GB/T 18920—2002《城市污水再生利用 城市杂用水水质》标准。与原有工艺相比，改造后的工艺具有操作更简单，管理更方便，效果有保障，成本降低的优点。

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Process improvement in design and operation of the sewage treatment station of China University of Mining and Technology

Zhao Yulin1,2, Guo Weibing2,Wang Guangbin2

(1. Xuzhou Open University, Xuzhou 221000；2.China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116, China)

This paper introduced the operation situation before and after the modification of sewage treatment system in China University of Mining and Technology, and compared the biofilm and activated sludge treatment process in terms of advantages and disadvantages. Operation results showed that, compared with the original one, the modified process had advantages such as operation simple, management convenient, treatment efficient, and cost saving, also it could ensure the treated water quality complying with The Reuse of Urban Recycling Water--Water Quality Standard for Urban Miscellaneous Water Consumption (GB / T 18920-2002).

process improvement; water reuse; A2/O

2014-11-11；2014-12-21修回

赵玉林，男，1980年生，讲师，研究方向：环境工程。E-mail：colo2005@163.com。

X703.1

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