河北省某污水处理厂提标改造工程设计概要

马姗姗

中国市政工程华北设计研究总院有限公司

1 工程概况

本工程为改扩建项目，厂址位于河北省某技术园区，为地上式污水处理厂，现状污水处理规模为10万m³/d，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准。本次提标改造完成后，主要出水水质指标执行河北省地方标准《子牙河流域水污染物排放标准》（DB 13/2796—2018）重点控制区排放限制标准，即符合地表水V类标准。

1.1 污水处理厂现状概况

本工程主要服务于技术园区，其废水主要来自园区内制药企业和化工企业经过处理后的尾水，可生化性差，C/N比低。

污水处理厂现状出水水质指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准。现状污水处理工艺流程：污废水→粗格栅进水泵房→细格栅旋流沉砂池→分配井→调节池→水解酸化池→缺氧池→好氧池→二沉池→提升池→三相催化氧化系统→反应稳定池→高效沉淀池→清水池→巴氏计量槽→达标排放。

1.2 污水处理厂现状存在问题

根据污水厂的日常水质数据，整理出污水厂实际进水、二沉池出水、总出水口主要水质指标如表1。

表1污水处理厂实际进、出水水质表

由表1可知：①二沉池出水水质均未达到一级A排放标准，通过后续的三相催化氧化系统处理后各项指标基本达标。②总出水的一部分指标已达到准地表V类水标准，但COD、总氮、氨氮指标尚有一定差距，本次提标改造需就以上指标进行针对性方案选择。

二沉池出水水质偏高是现状运行较突出的问题之一，且出水水质不稳定，大大增加了后续三相催化氧化系统的处理负荷，造成三相催化氧化系统的药剂消耗较大，运行成本较高。

根据新的出水水质要求，现有处理工段难以稳定达标，本次改造应在解决现状突出问题的基础上实现出水水质的提标。

2 本次提标改造主要内容

2.1 设计进出水水质

提标后主要出水水质指标执行河北省地方标准《子牙河流域水污染物排放标准》（DB 13/2796—2018）重点控制区排放限制标准，即符合地表水V类标准。该标准并未要求悬浮固体SS的出水限值，但悬浮固体SS直接关系处理工艺的选择，是污水处理厂设计的重要参数。

根据以往经验，若出水总磷（TP）≤0.4mg/L，则应控制SS≤10mg/L，否则，总磷（TP）难以达标。

表2污水提标设计进、出水水质指标表

2.2 总体工艺路线的确定

结合污水厂实际运行情况，在制定工艺路线时主要考虑以下几点。

（1）三相催化氧化工艺对COD、SS、TP、色度等去除效果显著，COD去除率50-85%，总磷高达95%以上[1]。也正因此，三相催化氧化去除污染物量越多，消耗药剂越多，运行成本越高。

本工程二沉池出水直接进入三相催化氧化系统，且二沉池出水指标偏高，大大增加了三相催化氧化系统的处理负荷，增加了运行成本。解决这一问题的关键，考虑在二沉池与三相催化氧化系统之间增加深度处理工段，对二级处理系统出水污染物进行进一步的去除。

（2）若增加深度处理工段，在水力高程设计中需增设置提升泵房，以满足深度处理工段所消耗的水头损失；同时需合理确定水泵的提升位置和扬程，满足水力需求的前提下，尽可能节能。

（3）总出水COD指标可以通过加大三相催化系统的投药量进一步降低，只是运行成本上的增加，而无须再增设额外的高级氧化处理工段。

因此，本次提标改造的关键就是在三相催化氧化系统之前增加深度处理工段，对二级处理出水进行进一步的去除，确保总出水水质的稳定达标。其中，SS、TP、TN、和氨氮是本次提标改造的关键控制指标，需要强化对其去除率。并据此确定所需增加的处理工段。

（1）SS、TP指标：深度处理工段去除SS、TP的方法主要分为以下几种：①二级出水→直接过滤→消毒；②二级出水→微絮凝过滤→消毒；③二级出水→絮凝→沉淀或澄清→过滤→消毒。

结合本工程实际情况，为保证出水稳定达标，采用目前应用较为广泛的混合沉淀过滤全流程工艺。

高效沉淀池是集混凝、絮凝、沉淀、浓缩功能于一体的混合反应沉淀池，其排泥浓度高，利于污泥的处理。同时，污泥的回流增强了接触絮凝反应的效果，能产生均匀的、较大又密实的絮凝体，为后续的沉淀分离创造有利条件[2]，广泛应用于污水深度除磷处理工段。因此，本工程选择高效沉淀池作为去除SS及TP的混凝沉淀工艺。

（2）TN指标：去除硝酸盐氮的方法包含化学脱氮法、电渗析法、离子交换法、催化氧化法、反渗透法、生物脱氨法等，在工程应用中最广泛的是生物脱氮法，即硝化、反硝化，最终将硝态氮还原为氮气去除。

结合SS及TP的去除需求，新增处理工段需设置过滤工艺；又TN去除需增设反硝化功能的处理工段，因此，考虑采用兼具过滤及反硝化功能的滤池来同时实现两种需求。

反硝化深床滤池是一种降流式重力过滤池，采用特殊规格及形状的2mm~3mm粒径的石英砂，滤料孔隙较大，可以作为反硝化生物的挂膜介质，投加碳源后，兼有生物脱氮及过滤功能[3]。其在国内外应用广泛，可同步去除硝态氮、亚硝态氮和SS，出水水质稳定，且自控系统完善，通过精准控制加药量可大大降低运行成本。因此，本工程采用反硝化深床滤池作为过滤工艺及脱氮工艺。

（3）氨氮指标：由于三相催化氧化在一定程度上强化了氨化反应，可能会造成出水的氨氮不降反升。就本工程而言，分析造成这一现象的主要原因，是前续水解酸化段未有效分解难生物降解的含氮有机物，致使难生物降解的含氮有机物在生物池未进行氨化、硝化及反硝化反应而直接进入了三相催化氧化系统[1][4]。解决这一问题的方法是对现有淤积严重的水解酸化池进行清淤和改造，使其真正起到水解酸化的作用，将难生物降解的含氮有机物尽可能地分解[4][5]，减少进入三相催化氧化系统的难生物降解含氮有机物量。即强化难生物降解含氮有机物的氨化、硝化和反硝化过程，严格控制生化处理系统的出水氨氮和总氮，以确保经过三相催化氧化系统之后的氨氮指标仍能达标。

综上，本次提标改造在二沉池及三相催化氧化系统之间增加以下深度处理工段。

图1

2.3 主要构筑物设计参数

本工程平均流量Q=100000m³/d，总变化系数Kz=1.3。高效沉淀池及深床滤池的主要设计参数如下。

（1）高效沉淀池：设置一组（2座），前混合池总有效容积196m³，混合时间t=2.17min；絮凝反应池单池有效容积448m³，反应时间t=9.9min；斜管沉淀池直径D=16m，沉淀池最大表面负荷q=10.6m³/m²•h。

（2）反硝化深床滤池：为了满足未来总氮出水标准提高的预期，减少后期再次提标改造的投资，考虑深床滤池在满足目前出水标准的基础上有一定的余量，深床滤池的最低除氮量按照16mg/L设计。设置10格滤池，单格过滤面积26×3.56=92.56m²；滤床深度2.4m；平均滤速4.50m/h，高峰滤速5.85m/h。反冲洗采用气水联合反冲洗，气洗强度110m³/m²·h；水洗强度14.7m³/m²·h；反冲洗周期按24h~48h考虑。

（3）加药间：①化学除磷絮凝剂：液态聚合氯化铝（PAC，10%），采用储药罐储存PAC；化学除磷加药点：高效沉淀池前混合池和后混凝池；化学除磷去除总磷：最大1.5mg/L；絮凝剂加药量：最大65mg/L，平均50mg/L。②助凝剂：PAM；助凝剂加药点：高效沉淀池絮凝反应池；助凝剂投加量：最大1.0mg/L，平均0.5mg/L。③反硝化所需碳源：液态乙酸钠（25%）；碳源投加点：反硝化滤池进水井；碳源设计投加量：96mg/L（纯乙酸钠）。

3 结论

三相催化氧化处理工艺对多种污染物去除效果显著，但也正因如此，当二级处理系统处理效果较差、出水水质较高时，会增加其处理负荷，增大其运行成本。对于类似本工程的提标改造项目，应考虑在二沉池与三相催化氧化系统之间增设深度处理工段，进一步去除二级处理系统出水污水物，同时还应强化生物处理工段总氮和氨氮的去除效果，确保在降低三相催化氧化运行成本的同时，实现出水水质的稳定达标。