太原市河西北污水处理设施改扩建工程工艺设计探究

□郭彩蝶

太原市是污水处理模范城市之一，第一批污水处理设施始建于上世纪50年代，随着太原市工业不断发展，不断引进现代化先进的污水处理技术，最早建设的污水处理系统相对比较落后，排放标准不高，除了近几年新建的河西北路中部污水处理厂采用较为先进的污水处理工艺，出水水质达到国家Ⅰ级A类标准外，之前建立的很多污水处理厂都不符合现今的出水标准。随着山西省“蓝天碧云”工程建设要求及国家对污水处理除磷脱氮工艺要求提高，需要对一部分污水处理厂进行改造升级。现以需要进行升级改建的太原市河西北污水处理厂一期工程为实例进行工艺设计研究，该污水处理厂建设较早，当时采用AB施工工艺，不具备污水除磷脱氮功能，当时的设计规模为7.5×104m3/d，出水标准为污水排放Ⅱ级标准，不符合当今污水处理标准。

1.扩建工艺

1.1 扩建要求标准

太原市河西北污水处理厂一期工程扩建后设计处理规模为16×104m3/d，出水质量符合（GB18918-2002）《城镇污水处理厂污染物排放标准》Ⅰ级A标准，扩建施工后设计进出水水质标准见表1。

1.2 扩建工艺设计

1.2.1 扩建前原设计工艺分析

太原市河西北污水处理厂一期工程原设计工艺流程见图1，对原有污水处理设计流程进行分析，为了保证扩建后污水处理厂符合扩建标准要求，需要对扩建前原设计工艺进行分析。原设计前部分进水处理段粗格栅间及污水提升泵房、细格栅间、曝气沉沙池还按照原设计规模（15×104m3/d），技术人员计算该部分设施能够满足扩建后污水处理需要，但污水处理相应设备需要升级改造，相应输水管道也要进行改建。由图1可以看出原设计工艺有A段曝气池（1座，HRT为0.5h，水深4m）、沉淀池（2座，直径35m，处理能力4×104m3/d），B段曝气池（1座，HRT为4h，水深4m）、沉淀池（2座，直径55m，处理能力4×104m3/d）2部分，这是当时比较先进的污水处理工艺，但发展到现在已不符合污水排放要求，经研究A段曝气池容积容积较小，需要扩建，A段沉淀池相应配套刮泥池，经扩建施工后可以继续利用作为初沉淀池。B段曝气池经扩建施工更新设备后仍可以作为生化（AAO）池继续利用，B段沉淀池扩建后可作为二沉淀池，为了方便B段曝气池、沉淀池扩建改造，需要修建B段附近交通道路。原设计建设1座接触消毒池，直径为55m，处理能力8×104m3/d，扩建后由于规模较小无法继续利用。污泥浓缩池共有2座，直径26m，由于此设计工艺不具备污水除磷脱氮功能，需要将污泥浓缩池拆除。

1.2.2 扩建后工艺流程

扩建后此污水处理厂要符合上述扩建标准，所以在扩建后工艺改造时需要利用生物处理技术进行除磷脱氮，另外要保证污水处理后出水符合表1水质标准。改良后污水处理工艺流程见图2，扩建升级工艺流程主要采用AAO技术、循环加速澄清池、滤布滤池进行。

表1 扩建施工后设计进出水水质标准（mg·L-1）

图1 污水处理厂原设计工艺流程

图2 改良后污水处理工艺流程

图3 AAO（Anaerobic-Anoxic-Oxic）工艺流程

表2 扩建污水处理厂需要改造升级及新建建筑物类别

表3 3次污水处理进出水数据

2.工艺设计

扩建污水处理厂需要对相关建筑物进行升级，另外为了保证污水处理质量，还需要新建相关建筑物，需要改造升级及新建建筑物类别见表2。

2.1 预处理系统

原始粗格栅间及污水提升泵房不能满足污水处理厂扩建要求，需要进行改造升级，经升级后符合16×104m3/d处理规模，原有2台粗格栅设备老化严重，需要进行设备更换，另外现有的污水处理泵功率较低，不能满足扩建后污水处理需求，所以还需要提升污水处理泵容量，优化后共设置6台污水处理泵，扬程均为160KPa，4台流量为2196m3/h，留1台备用，2台流量为1116m3/h，留1台备用。细格栅间需要改造升级2组细格栅，同时为了施工需要另外增加1组细格栅，曝气沉砂池整体运行良好，符合扩建后工程要求，但相应配套砂水分离器设备老化严重，需要进行设备升级。A段曝气池原设计为污水处理系统，扩建后增加除磷脱氮功能，所以将A段曝气池改造为污泥混合池及初沉污泥提升泵房。按照污水处理设计流程，初沉池初沉污泥后进入污泥混合池，污泥混合池主要用于收集各阶段污泥。新建1座初沉池直径为36m，设计规模为8×104m3/d，2座A段沉淀池改造为初沉池，扩建后污泥浓缩池作拆除处理。

2.2 升级AAO系统

此污水处理厂生产压力较大，为保证扩建施工期间不停产，结合厂区具体情况将B段曝气池改造升级为1#AAO池，在原B段曝气池西侧方向新建2#AAO池，原污泥浓缩池拆除后新建3#AAO池，AAO池总设计处理能力为16×104m3/d。为保证污水处理厂不停产，先进行2#AAO池及3#AAO池的修建，另外修建配套公路，将原设计工艺AB污水处理法转化成AAO污水处理法，最后进行B段曝气池改造升级修建1#AAO池。

AAO法（Anaerobic-Anoxic-Oxic）又称A2O法，翻译为厌氧-缺氧-好氧法，是当今最常用的污水处理方法，此方法除磷脱氮效果较好，其除磷脱氮工艺流程见图3，此工艺除磷脱氮效果稳定，总水力停留时间较短，污水处理效率较高；在厌氧和好氧环境交替下，能够抑制丝状菌繁殖，所以SVI值较低；AAO污水处理系统在运行时不需要另外投药，好操作，运行成本低。

B段曝气池改造升级修建1#AAO池设计处理能力为1.5×104m3/d，水深3.85m，主要分为反硝化区（停留时间0.79h）、厌氧区（停留时间2.07h）、缺氧区（停留时间7.2h）、好氧区（停留时间10.7h），并且需要另外配置潜水推进器和潜水搅拌机。原拆除的污泥回流设施继续使用与新建污泥回流管道连接。2#AAO池设计处理能力为4.5×104m3/d，水深5.5m，分区和1#AAO池一致，各区污 水 停 留 时 间 为0.68h、1.6h、7.6h、9.7h。3#AAO池设计处理能力为10×104m3/d，水深5.5m，分区和1#AAO池一致，各区污水停留时间为0.69h、1.54h、7.2h、10.22h。3个AAO池污水处理后流入二沉池，除了原有2座二沉池外，另外新建2座二沉池，二沉池单池直径55m，设计处理能力为4×104m3/d，生化处理后污泥全部汇入污泥混合池。

2.3 鼓风曝气系统

污水处理厂扩建施工需要安装新型鼓风机，以满足微生物溶解氧需要，为了降低鼓风机的运行成本，本扩建工程采用单级高速离心风机，共设置6台，大鼓风机4台，小鼓风机2台。

2.4 深度处理、消毒

污水深入处理是采用循环加速澄清池和滤布滤池实现的，主要降低污水中TP及SS含量，保证污水处理符合国家Ⅰ级A标准排放标准。循环加速澄清池具有高上升流速特点，具有较好絮凝沉淀效果，保证污水处理后流出水质各分子含量稳定。污水处理厂扩建滤布滤池使用8个转盘过滤器进行污水过滤，过滤器直径为2m，设计处理能力为2×104m3/d。原设计消毒池不能满足扩建后污水处理要求，需要新建一座接触消毒池，污水在此消毒池内停留时间为0.5h，消毒剂（ClO2）需要现场配置，另外还需要配套安装ClO2发生器及储存罐，污水经最后消毒后排入汾河。

2.5 污泥系统

污水处理厂扩建后污泥产生主要来自3部分，分别是初沉淀污泥、循环加速澄清池内污泥、生活系统处理后污泥，这些污泥最终均流入污泥混合池内，最后经脱水机房，制成含水率小于80%的泥饼。

3.扩建后污水处理效果分析

污水处理厂扩建完成正常运行后，采集的某月3次污水处理数据见表3，由表3数据可知，进水各项目含量远超于国家规定进水水质含量标准，分析主要原因与污水收集配套设备配置较低、污水处理厂服务范围较广有很大关系。虽然进水各项目含量较高，但污水处理厂扩建施工完成后，进行污水处理，主要污染物去除率均在92%以上，出水水质均符合要求。

4.结语

太原市河西北污水处理厂一期工程经扩建后改进污水处理工艺，通过采用AAO技术、循环加速澄清池、滤布滤池污水处理工艺，使扩建后的污水处理符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》Ⅰ级A标准。□