江口污水处理厂一期工程提标改造工艺设计

杜蓉， 林虹， 卢伟， 刘艳， 史彦伟

（北控水务（中国）投资有限公司， 北京 100124）

1 工程概况

黄岩江口污水处理厂位于浙江台州江口街道，于2001 年12 月投入运行， 一期工程设计规模为8万m3／d， 主要处理黄岩经济开发区的污水， 主体处理工艺为卡鲁塞尔氧化沟工艺（2014 年改造为MBBR 工艺）， 出水水质执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》中的二级标准。 由于进厂的部分重污染工业废水水质高于原设计标准， 且水量波动较大， 使江口污水处理厂现状出水不能满足达标要求。 随着黄岩城区经济的快速发展， 工业及生活污水量持续增长， 同时根据2015 年台州市人民政府《关于提高污水处理厂出水排放标准有关问题协调会议纪要》（〔2015〕54 号）， 将污水处理厂排放标准提高， 具体执行附表《台州市城镇污水处理厂出水指标及标准限值表（试行）》（台州地标）， 凡新建或改扩建城镇污水处理厂一律按照“台州地标”出水标准排放， 因此需对原江口污水处理厂进行提标及改扩建。 黄岩江口污水处理厂改扩建工程包括： 一期提标改造工程规模为8 万m3／d， 仍旧处理黄岩经济开发区污水， 将经济开发区重污染工业废水从进厂污水中剥离， 使江口污水处理厂一期工程经改造后出水达到“台州地标”； 二期扩建工程规模为4 万m3／d， 主要处理片区的生活污水， 处理出水达到“台州地标”。 本文主要论述黄岩江口污水处理厂一期8 万m3／d 工程提标改造项目。

2 提标改造方案

2.1 改造前一期工程存在的问题分析

黄岩江口污水处理厂一期工程进水主要来自城区泵站输送的市政污水和经济开发区芦村泵站输送的工业废水， 处理水量已达到满负荷8 万m3／d，其中经济开发区工业废水占比为20%~30%， 主要工艺采用卡鲁塞尔氧化沟工艺。 黄岩经济开发区是浙江省级经济开发区， 是黄岩工业的聚集地， 形成了罐头食品园区、 塑料模具园区、 医药化工园区等具有一定影响力的产业发展基地， 其中医药化工园区污水属于重污染工业废水， 这部分重污染工业废水（占比约为10%）与市政污水及其他普通工业废水混合后， 实际进水水质已高于原设计水质， 致使江口污水处理厂一期工程出水中COD、 SS、 氨氮、TN 等指标不能稳定达标。

一期工程存在的主要问题为： ①工业废水水质未达到规定的排放标准， 且随着生产周期间歇排放， 而江口污水处理厂内未建设调节池等构筑物，这就为污水处理厂工艺流程带来较大的冲击和处理负担。 ②医化重污染工业废水含有难生物降解污染物和重金属等， 使氧化沟中硝化及反硝化细菌活性受到抑制； 同时， 由于生物硝化作用需要在偏碱性环境下进行， 而工业废水造成进厂污水pH 值较低， 进水平均pH 值仅为6.52， 因此极大地抑制了生物硝化作用， 造成出水中氨氮、 TN 难以达标。

2.2 提标改造思路分析

首先， 进行源头控制［1］。 从水量构成角度分析， 一期工程进水主要包括市政污水、 普通工业废水、 重污染工业废水， 重污染工业废水中含有抑制硝化及反硝化细菌活性的重金属等物质， 因此应进行源头管控。 对接管范围内的工业企业进行评估，电镀、 化工、 印染等含重金属或高浓度难生物降解污染物的废水不能排入市政污水处理管网， 由环保部门协助， 拟在园区新建2 万m3／d 工业污水处理厂， 单独处理难降解工业废水， 达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准后单独排放， 并确定了“江口工业园区污水从进厂污水中剥离， 江口污水处理厂一期工程分步达到台州地标”的工程思路， 即在江口工业园区污水从一期工程进水中剥离后， 出水水质稳定达到“台州地标”标准； 剥离前， 在工业企业排放废水中各类有毒有害、 生物抑制性物质达到CJ 343—2015《污水排入城镇下水道水质标准》的情况下， 污水处理厂出水水质（除氨氮、 总氮外）达到“台州地标”标准。

其次， 对市政污水、 普通工业废水进行分质预处理后进入生化处理。 根据对江口污水处理厂工业废水来水的调查， 工业废水水量、 水质变化范围较大， COD、 SS 等浓度较高， 可生化性较差， 因此增加工业废水调节、 沉淀、 水解酸化等预处理设施， 工业废水经预处理后与市政污水混合进入生化处理系统， 以此提高已建工程对工业废水水量、 水质冲击负荷的抵御能力， 保证提标改造效果［2］。

最后， 对混合污水进行深度处理。 本项目出水标准需达到“台州地标”标准， 处理要求高， 需进一步去除有机物、 氮、 磷等物质， 增加两级滤池脱氮、 高密度沉淀除磷、 活性炭和臭氧等进一步去除COD， 保证出水达标。

2.3 设计水量、 水质

江口污水处理厂一期工程设计规模为8 万m3／d， 已经达到满负荷， 来水为工业废水及生活污水，工业废水比例为20%~30%， 其中难降解重污染工业废水占比10% 左右， 难降解重污染工业废水将从原水中剥离， 因此剥离后江口污水处理厂普通工业废水占比将降至10%~20%， 考虑一定的发展，本次提标改造工程设计工业废水水量为2 万m3／d，生活污水水量为6 万m3／d。

考虑重污染工业废水从原水中剥离， 因此工业废水水质参考普通工业废水各项指标中覆盖率为90% 的数值， 生活污水水质参考同类地区生活污水确定； 出水水质达到“台州地标”要求。 设计进出水水质见表1。

表1 提标改造工程设计进出水水质Tab. 1 Design influent and effluent water quality of upgrading and reconstruction project

2.4 提标改造工艺流程

经综合考虑， 本项目工业废水、 生活污水分开收集预处理， 对工业废水预处理工艺采用细格栅沉砂-调节-混凝沉淀-水解酸化， 生活污水预处理工艺采用细格栅沉砂； 污水处理主工艺流程采用MBBR-两级滤池-活性炭加磁高效沉淀池-V 型滤池-臭氧接触池。 工艺流程见图1。

3 主要构筑物及设计参数

3.1 工业废水预处理系统

图1 工艺流程Fig. 1 Process flow

（1） 格栅及沉砂池。 设计流量为2 万m3／d，总变化系数为1.49。 格栅采用中、 细格栅2 道， 中格栅采用回转式格栅2 台， 1 用1 备， 间隙为6 mm， 单台格栅宽度为1.2 m； 细格栅采用网板式格栅2 台， 1 用1 备， 间隙为3 mm， 单台格栅宽度为1.0 m。 设置旋流沉砂池2 座， 每座直径为2.43 m， 有效水深为1.2 m， 峰值停留时间为30 s， 峰值水力表面负荷为134 m3／（m2·h）， 配套气提方式进行沉砂。

（2） 调节池。 设计流量为2 万m3／d， 设置1座， 停留时间为12 h， 有效容积为9 963 m3， 有效水深为6 m， 池体尺寸为45.0 m × 36.9 m × 6.9 m，配置立式涡轮搅拌器4 套； 潜污提升泵4 台， 3 用1 备， 水泵流量为280 m3／h， 扬程为9 m。

（3） 混凝沉淀池。 由机械混合池、 机械反应池、 平流沉淀池和集水池组成。 设计流量为2 万m3／d， 设置2 座， 机械混合池停留时间为1.5 min，反应池停留时间为30 min， 沉淀池停留时间为2.45 h， 沉淀池水平流速为4 mm／s； 混凝沉淀池总尺寸为47.2 m×16.3 m×4.7 m， 平均有效水深为4 m，混合池2 组， 单组尺寸为1.6 m×1.6 m×4.7 m， 反应池2 组， 每组4 格， 单格尺寸为3.8 m×3.8 m×4.7 m； 沉淀池2 组， 单组尺寸为35.7 m×7.8 m×4.7 m。 主要配套设备为混合搅拌器2 台， 反应搅拌器8台； 排泥泵2 台， 流量为550 m3／h， 扬程为10 m。

（4） 水解酸化池。 设计流量为2 万m3／d， 设置4 座， 单组尺寸为50.0 m×12.0 m×6.5 m， 有效水深为6 m， 水力停留时间约为15 h， 设计上升流速为0.35 m／h； 设置排泥泵4 台， 流量为150 m3／h， 扬程7 m。

3.2 生活污水预处理系统

本次改造将工业废水、 生活污水分开收集预处理， 工业废水2 万m3／d 分开单独预处理， 生活污水6 万m3／d 仍然利用原有预处理工艺段， 不做改造。 生活污水预处理系统包含进水井、 细格栅和旋流沉砂池， 原进水井平面尺寸为5.9 m×5.2 m； 原细格栅设置3 台， 2 用1 备， 单渠尺寸为6.6 m ×1.5 m×1.8 m， 格栅间隙为6 mm， 单台格栅宽度为1.4 m； 原旋流沉砂池设置2 座， 单座直径为6 m，有效水深为1.3 m， 按照生活污水量6 万m3／d 复核， 平均停留时间为105 s， 平均水力负荷为44 m3／（m2·h）。

3.3 MBBR 生化处理系统

原生化系统改造内容为： ①将原有氧化沟改造为具有独立的厌氧区、 缺氧区、 好氧填料区的MBBR 池型， 增加内回流； ②将曝气方式由表面曝气改为底部曝气； ③在缺氧区廊道内增设推流器防止污泥淤积； ④在选择池增加来自工业废水水解酸化池的进水管。

（1） MBBR 池。 2 座， 设计流量为8 万m3／d，前端选择池停留时间维持0.5 h 不变， 氧化沟改造为： 厌氧区为1.37 h， 维持不变， 新增缺氧区6.25 h， 好氧区改为6.57 h， 总停留时间为14.69 h， 有效水深为5 m。 其中选择池2 座， 单座有效容积为833 m3， 单组尺寸20.0 m×8.5 m×5.8 m； 厌氧区2组， 单组有效容积为2 283 m3； 缺氧区2 组， 单组有效容积为10 417 m3； 好氧区2 组， 单组有效容积为10 950 m3； 反硝化速率为0.032 kg［NO3-－N］／（kg［MLSS］·d）， 在好氧池增加填料， 填充比为30%，设计生化池污泥浓度为4 000 mg／L。 配套设备为：①改为底部曝气增加鼓风机， 气水比为8 ∶1， 选择单级高速离心鼓风机4 台， 3 用1 备， 风量为150 m3／min， 风压为58.8 kPa； ②内回流泵4 台， 回流比为400%， 单台流量为3 333 m3／h， 扬程为1 m；③增加缺氧区推进器8 台。

（2） 二沉池。 原有4 座， 采用中心进水周边出水的方式， 每座直径为44 m， 维持不变， 有效水深为4 m， 峰值表面负荷为0.7 m3／（m2·h）， 配套周边传动刮泥机4 套。

3.4 深度处理系统

（1） 生物组合滤池。 生化系统改造为MBBR工艺后， 出水指标接近GB 18918—2002 一级B 标准。 但要提标至“台州地标”， 还需要进行进一步深度处理。 考虑到厂区内用地较为紧张， 需采用系统稳定、 处理效率高、 占地面积小、 构筑物及设备集成高的处理工艺， 同时考虑本项目来水中可以利用的BOD5浓度较低， 因此深度脱氮采用曝气生物滤池／反硝化生物滤池（CN／DN 池）组合工艺， CN 池在氧气充足的条件下将氨氮通过硝化作用转化为硝态氮以及亚硝态氮并将污水中部分含碳有机物进行降解， DN 池在外加碳源的条件下对进水中的硝态氮进行反硝化， 使其转化为氮气排至空气中， 最终达到脱氮的目的［3］。

CN 池设计流量为8 万m3／d， 设计10 格， 单格滤池面积为90 m2， 滤层高度为4 m， 滤料为球型轻质多孔生物滤料， 水力负荷为3.81 m3／（m2·h）， 其中一格反洗时为4.24 m3／（m2·h）， 硝化负荷为0.83 kg［NH3－N］／（m3·d）， 反冲洗气强度为75 m3／（m2·h）， 反冲洗水强度为18 m3／（m2·h）， 反洗以此按照气洗－气水联合－水洗进行， 气洗时间为3~5 min， 气水联合反洗时间4~6 min， 水单独漂洗时间8~10 min。 CN 池前端设置2 台平板微滤机进行预处理防止滤头堵塞， 平板微滤机栅隙为1 mm， 单台宽度为1.5 m。

DN 池设计流量为8 万m3／d， 设计4 格， 单格滤池面积为90 m2， 滤层高度为3.5 m， 滤料为球型轻质多孔生物滤料， 水力负荷为9.53 m3／（m2·h），其中一格反洗时为12.71 m3／（m2·h）， 反硝化负荷为2.64 kg［NO3－－N］／（m3·d）， 反冲洗气强度为75 m3／（m2·h）， 反冲洗水强度为18 m3／（m2·h）， DN 池反洗流程同CN 池。

CN／DN 生物滤池配套清水池， 用于反冲洗用水； 配套排水缓冲池， 用于储存滤池反冲洗的排水， 经泵提升至原污水进水井。 配套曝气风机11台， 1 台冷备， 单台流量为16.60 m3／min， 风压为60 kPa； 配套反洗风机3 台， 2 用1 备， 单台流量为58.05 m3／min， 风压为80 kPa。

（2） 活性炭加磁高效沉淀池及过滤。 混凝沉淀过滤是处理中的一道重要工序， 通过混凝沉淀过滤， 可大幅度降低水中的浊度、 色度， 去除水中的悬浮物和杂质， 同时辅助活性炭吸附去除水中难降解有机物［4］。 活性炭加磁高效沉淀池在常规混凝沉淀工艺中添加了磁粉， 作为沉淀析出晶核， 使得水中胶体颗粒与磁粉颗粒很容易碰撞脱稳而形成絮体， 大幅提高沉淀速度［5］。

活性炭加磁高效沉淀池设计流量为8 万m3／d，设计1 座2 组， 活性炭接触区有效容积为809 m3，快速混合区池有效容积为125 m3， 磁介质混合区有效容积为123 m3， 絮凝反应区有效容积为212 m3，高效沉淀池直径为12 m； 有效水深为6 m， 平均上升流速为14.9 m／h， 峰值上升流速为19.2 m／h。 配套搅拌器每组6 台， 共12 台； 配套刮泥机2 台；配套活性炭投加装置1 套， 活性炭投加量为80 mg／L； PAC、 PAM 投加装置各1 套， 其中PAC 药剂投加量为30 mg／L， PAM 药剂投加量为1 mg／L。

过滤采用V 型滤池， 设计流量为8 万m3／d， 设计8 格， 单格面积为70 m2， 平均滤速为6.25 m／h，总平面尺寸为38.0 m×34.0 m。 配套反洗风机3 台，2 用1 备， 单台风量为31.5 m3／min， 风压为49 kPa；反洗水泵3 台， 2 用1 备， 单台水量为630 m3／h，扬程为7 m。

（3） 脱色工艺。 在“台州地标”中， 增加了色度指标要求。 根据目前的处理效果、 工程经验、 工程性价比等因素， 臭氧接触是最常用的脱色工艺［6］。设计臭氧投加量为5 ～10 mg／L， 配套2 台15 kg／h的空气源臭氧发生器； 臭氧接触池1 座2 组， 单组尺寸为20.0 m × 7.8 m × 6.6 m， 有效水深为6 m，总停留时间为15 min。

3.5 其他

除臭系统采用原有生物除臭设备， 不做改造。生物除臭主体设备3 台， 单台处理臭气量为17 000 m3／h， 外型尺寸为14.0 m×10.0 m×4.0 m， 配套离心风机4 台， 3 用1 备， 单台风量为285 m3／min，风压为2.6 kPa； 配套循环水泵3 台， 2 用1 备， 单台水量为70 m3／h， 扬程为27 m。

污泥系统原有板框压滤机2 套， 压滤面积为500 m2， 本次提标考虑再增加1 套。

4 工程设计特点

（1） 源头控制， 将工业废水与生活污水进行分质预处理， 工业废水经过调节、 沉淀、 水解酸化等预处理措施后与生活污水混合后进入生化处理系统， 以此提高已建工程对工业废水水量、 水质冲击负荷的抵御能力， 保证提标改造效果。

（2） 充分利用原有构筑物， 原有氧化沟投加MBBR 填料， 充分挖潜生化系统能力， 后续通过CN／DN 组合滤池、 活性炭加磁高效沉淀池， 保证有机物的去除及脱氮除磷效果。

5 工程运行效果

本工程于2018 年10 月建成， 11 月进入调试运行阶段， 处理水量基本达到8 万m3／d。 运营期间， 黄岩开发区重工业企业， 如电镀行业等逐步关停， 一期工程实际进水得以改善， 经过半年的调试运营， 处理出水达到设计要求。 自2019 年1 月至5 月， 生化池混合进水COD 质量浓度为300~500 mg／L， SS 质量浓度为150 ~ 200 mg／L， 氨氮质量浓度为35~45 mg／L， 总氮质量浓度为50~60 mg／L， 总磷质量浓度为3.5~5.0 mg／L； 出水COD 平均质量浓度为23 mg／L， SS 质量浓度在5 mg／L 以下，氨氮平均质量浓度为1.1 mg／L， 总氮平均质量浓度为8 mg／L， 总磷质量浓度在0.3 mg／L 以下。

6 投资及运行成本

黄岩江口污水处理厂一期提标工程一类费用约为1.5 亿元。 提标改造运行电耗为0.22 （kW·h）／t［水］， 电费0.18 元／t［水］， 主要药剂费用： PAC 0.05 元／t［水］， PAM 0.02 元／t［水］， 磁粉0.01 元／t［水］， 乙酸钠0.25 元／t［水］， 活性炭费用0.5 元／t［水］， 污泥处理处置费用0.18 元／t［水］， 提标改造直接运行成本约为1.2 元／t［水］。

7 结语

黄岩江口污水处理厂一期工程先通过对市政污水、 普通工业废水进行分质预处理， 再进行后续生化处理、 深度处理系统的提标改造， 自运行以来，系统保持稳定， 整体出水满足《台州市城镇污水处理厂出水指标及标准限值表》要求。 工业废水预处理采用调节、 混凝沉淀和水解酸化等措施处理后与生活污水混合， 混合污水采用MBBR 工艺-CN／DN组合滤池-V 型滤池-臭氧处理工艺， 有针对性地解决了江口污水处理厂提标问题， 对于类似含工业废水的提标改造项目具有借鉴意义。