改良氧化沟工艺污水处理厂提标改造工程实践

潘振， 罗剑云， 梁程钧

（广西博世科环保科技股份有限公司， 南宁 530000）

湖北省某污水处理厂于2009 年8 月竣工并投产， 设计规模为3×104m3／d， 采用改良氧化沟处理工艺， 设计出水水质执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B 标准。 根据湖北省水污染防治工作方案的通知（鄂环委〔2017〕4号）， 要求长江干流及主要支流沿线县级以上城市（区）污水处理设施， 城镇污水处理设施全部达到一级A 排放标准。 原污水处理厂排放标准已不能满足减排要求， 需对原有排放标准由一级B 标准升为一级A 标准。

1 污水处理厂现状

该污水处理厂原污水处理采用具有生物脱氮除磷功能的改良氧化沟工艺， 处理构筑物包括： 粗格栅及进水泵房、 细格栅及旋流沉砂池、 改良氧化沟、 二沉池、 紫外消毒渠； 污泥处理构筑物包括：污泥泵房、 储泥池、 污泥浓缩脱水车间。 污水处理厂2017 年1 —12 月份平均日进水量为30 236 m3／d， 出水量为30 017 m3／d， 基本处于满负荷状态运行。 污水处理厂进水水质实际值与设计值偏差较大， BOD5、 COD、 SS 指标实测平均值不及设计值的50%， 氨氮、 TP 指标基本接近设计值。 污水处理厂出水除TP 指标超标， 其他出水指标均达到GB 18918—2002 一级B 标准。 出水TP 要求值为0.5 mg／L， 在85% 保 证 率 下 出 水TP 监 测 值 为0.73 ～0.92 mg／L。 污水处理厂实测进、 出水水质均值详见表1。 本次提标改造工程出水水质执行GB 18918—2002 一级A 标准。 提标改造工程设计进出水水质见表2。

表1 污水处理厂实测进出水水质均值Tab. 1 Average wate quality of influent and effluent water of sewage treatment plant

表2 提标改造工程设计进出水水质均值Tab. 2 Design influent and effluent water quality of upgrading and reconstruction project

该污水处理厂存在以下问题：

（1） 进水有大量雨水、 地下水混入， 碳源不足， 生物池活性污泥的活性较差， 污泥浓度偏低，生物除磷效果不佳， 出水TP 超标。

（2） 部分水量、 水质检测仪表损坏或超期使用，给污水处理厂的正常稳定运行带来隐患。

（3） 厂区周围高楼林立， 环境十分敏感， 必须进一步强化恶臭及噪声污染控制措施。

2 工艺选择

为了将现有污水处理工艺、 现有建构筑物处理能力与提标工程有机结合， 同时考虑工艺方案实施的可行性、 经济性和合理性， 保证出水水质， 污水处理厂一期工程具备二级生物处理工艺单元， 本次提标工程主要内容为强化一期生物处理和增建深度处理单元（三级处理）， 以满足出水水质要求。

污水处理厂一期工程实际出水除COD 达到一级A 标准外， 其余指标均达不到标准要求。 提标改造工程中增加三级处理可一定程度去除BOD5，BOD5达标较容易， 向生物池缺氧区补充碳源强化脱氮确保氨氮达标， 二级生物除磷加三级处理中絮凝沉淀对磷有很好的去除效果， 确保TP 达标， 三级处理中沉淀加过滤确保SS 达标， 使其出水稳定达到一级A 标准。

综合考虑本工程处理目标与水质特点， 参考国内成功案例［1－3］， 本工程提标改造方案选用混凝沉淀过滤工艺， 即高效沉淀池-精密过滤器工艺， 除臭工艺选用生物除臭［4］， 消毒工艺选用紫外消毒。

3 工艺设计

3.1 工艺流程

提标改造工程在原有基础上增加了三级深度处理段， 采用混凝沉淀过滤工艺， 污泥处理及出水消毒保持一期工程原有工艺， 工艺流程见图1。

3.2 主要构筑物设计

图1 提标改造工艺流程Fig. 1 Flow of upgrading and reconstruction process

污水处理厂提标改造工程保留已有建（构）筑物， 包括： 粗格栅及进水泵房、 细格栅及旋流沉砂池、 改良型氧化沟、 配水井及污泥泵房、 二沉池、污泥浓缩脱水机房、 加药间、 鼓风机房、 综合楼、配电中心、 门房等； 新建构筑物包括： 深度处理提升泵房、 高效澄清池、 精密过滤器； 改建构（建）筑物有加药间， 另外在污泥脱水车间旁加设生物除臭系统。

（1） 改良氧化沟复核。 改良氧化沟功能是利用选择区、 厌氧区、 主反应区（包括缺氧区和好氧区）的不同功能， 进行生物脱氮除磷， 同时去除BOD5。

氧化沟设计流量为30 000 m3／d， 总停留时间为9 h， 有效水深为6 m， 污泥龄为12 d， 污泥负荷为0.12 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）， 容积负荷为0.42 kg［BOD5］／（m3·d）， 污泥浓度为3.5 g／L， 硝化速率为0.03 kg［氨氮］／（kg［MLSS］·d）， 反硝化速率为0.064 kg［NO3-－N］／（kg［MLSS］·d）， 污泥反硝化区停留时间为0.5 h， 单座有效容积为571 m3， 厌氧区停留时间为1.5 h， 单座有效容积为1 878 m3， 主反应区停留时间为7 h， 单座有效容积为8 667 m3，最大供气量为8 490 m3／h， 气水比为4.85 ∶1。

复核出水BOD5浓度［5］：

式中： Q 为设计流量， m3／d； Se为出水BOD5质量浓度， mg／L， So为进水BOD5质量浓度， mg／L；K2为动力学参数， 取值范围0.016 8 ～0.028 1； X 为混合液污泥浓度， 取3 500 mg／L； V 为曝气池体积，m3； f=0.75。

复核结果表明， 出水BOD5浓度可达设计要求。

复核出水氨氮浓度： 考虑硝化作用， 出水氨氮浓度计算采用动力学公式［5］。 低温硝化不利， 计算按冬季温度计算， 水温取10 ℃。

硝化菌最大比增长速度μm（10）：

式中： μm（15）为标准水温下硝化菌最大比增长速 度， d－1， μm（15）＝0.5 d－1； T 为 设 计 条 件 下 水温， ℃， 冬季T ＝10 ℃； DO 为曝气池内溶解氧平均质量浓度， mg／L， 取2 mg／L； KO为溶解氧半速度常数， mg／L， 取1.3 mg／L； pH 为污水pH 值，取7.2。

硝化菌半增长速度常数KN（10）：

式中： KN（15）为标准水温下硝化菌半速度常数，mg／L， KN（15）＝0.5 mg／L。

硝化菌比增长速度KN（10）：

式中： θC为污泥龄， d－1， θC=12 d－1； bN为硝化菌自身氧化系数， d－1， bN＝0.027 d－1。

则出水氨氮浓度Ne（10）：

复核结果表明， 出水氨氮浓度可以达到设计要求。

一般情况下， m（BOD5）／m（TN） ≥5 时可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用［6］。 该污水处理厂设计进水水质m（BOD5）／m（TN） ＝110／35 ＝3.14（实际进水水质m（BOD5）／m（TN） ＝48／35 ＝1.4），故碳源不足。 因此， 提标改造工程设置乙酸钠投加系统［7－8］， 向生物池缺氧区补充碳源， 强化脱氮处理， 投加量为20 mg／L。

（2） 中间提升泵站。 设计规模为30 000 m3／d，变化系数为1.45。 设3 台潜水轴流泵， 2 用1 备，单台Q ＝920 m3／h， H ＝6 m， N ＝15 kW。

（3） 高效沉淀池。 高效沉淀池由混合区、 絮凝区和沉淀区组成， 设计1 座， 共2 格， 设计规模为30 000 m3／d， 变化系数为1.45。 剩余污泥泵和污泥回流泵各为3 台（2 用1 备）， 单台Q ＝40 m3／h， H ＝20 m， N ＝7.5 kW。

混合区： 采用机械搅拌混合， 单池平面尺寸为2.2 m×2.2 m， 有效水深为4.50 m， 停留时间为2 min。

絮凝区： 单池平面尺寸为4.6 m×4.6 m， 有效水深为6.85 m， 停留时间为13.25 min。

沉淀区： 单池平面尺寸为9.7 m×9.7 m， 有效水深为6.95 m， 停留时间为40.2 min， 斜板表面负荷为10.46 m3／（m2·h）。

（4） 精密过滤器。 设计规模为30 000 m3／d， 采用2 套转鼓式精密过滤器， 过滤孔径为10 ～1 000 μm， 滤筒直径为1 290 mm， 滤筒长度为3 600 mm，滤网材质为316L 不锈钢， 冲洗压力为0.6 MPa。 进水渠道平面尺寸为10.7 m×1.2 m， H ＝4.25 m， 出水渠道平面尺寸为10.7 m×1.2 m， H ＝3.65 m。

（5） 除臭系统。 除臭范围包括粗格栅提升泵站、 细格栅旋流沉砂池、 污泥池、 脱水机房及生物池厌氧区等。 粗格栅及进水泵房、 细格栅及沉砂池设计换气次数3 ～5 次／h； 储泥池、 污泥浓缩脱水车间及生物池厌氧区设计换气次数5 ～7 次／h； 总设计处理风量为12 500 m3／h， 设计1 套生物除臭系统。

（6） 污泥脱水间（复核）。 污水处理厂原有DNY－2500 型带式浓缩脱水一体机2 台， 1 用1 备，处理能力为30 ～40 m3／h， 平均每天产生的污泥量为10 t／d（含水率为80%）， 脱水污泥进行堆肥处置。 提标改造工程高效沉淀池产生的污泥量为115 t／d（含水率为99.2%）， 干泥量为0.92 t／d。 运行中可通过调整带式脱水机运行时间满足提标改造工程后污泥处理， 无需再新增污泥脱水机。

4 经济分析

该污水处理厂提标改造工程总投资为2 500 万元， 直接运行成本包括药剂（PAC、 PAM 和乙酸钠）费128.12 万元／a， 其他费用（水、 电、 油）206.68 万元／a， 则单位运行成本增加0.31 元／m3。

5 改造效果

改造工程于2019 年3 月份开始系统联动调试，4 月份污水处理厂实际处理水量平均为31 002 m3／d， 实测进、 出水水质见表3。

表3 污水处理厂实测进出水水质Tab. 3 Actual measurement quality of influent and effleunt water of sewage treatment plant

由表3 可见， 改造后污水处理厂出水各项指标均达到一级A 标准。 由于污水处理厂进水COD、BOD5、 氨氮等只有设计值的50%～60%， 因此各处理单元对污染物的去除效果还需要通过长时间的运行来验证。

6 结语

（1） 该污水处理厂提标改造工程中采用原有二级生物处理单元改良氧化沟， 增加混凝沉淀过滤三级深度处理单元， 出水达到了GB 18918—2002 中的一级A 标准。

（2） 由于进水碳源不足， 提标工程设置乙酸钠投加系统， 确保污水有足够的碳源供反硝化菌利用， 实现出水TN 达标。

（3） 该污水处理厂采用高效沉淀-精密过滤工艺， 实现了环境友好、 节约用地、 节省运行成本的目标。 提标改造工程总投资2 500 万元， 单位经营成本增加0.31 元／m3， 具有良好的经济效益、 环境效益和社会效益。 它的建设与运营对以后类似项目的建设具有借鉴意义。