吕梁市某污水处理厂提标改造工程工艺设计

郑 楠

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 工程概况

吕梁市某污水处理厂设计水量为1500 m3/d，该工程已于2018年建设完成并投入运行。污水厂处理的污水主要是周围村庄的生活污水以及村内豆腐坊、酒坊、粉坊的生产废水，处理后出水要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准排放。由于工程原设计方案未能准确估计来水的水量和水质，一些设计参数选取不合理，使得污水厂的出水并不能达到设计标准。目前，处理出水需满足《山西省地表水水环境功能区划》(DB14/67-2014)中该河流考核断面为Ⅴ类水的要求。但污水厂现在的出水水质不能满足原设计水质，也不能满足新的出水标准，进行提标改造势在必行。

2 污水处理厂现状及存在的问题

对污水处理厂2019年1～5月份的运行数据进行分析，现阶段进出水中各污染物具有如下特征：进水COD从夏季的200 mg/L到冬季达到1000 mg/L，波动较大；出水COD夏季优于冬季，但基本上都不能达到一级A的要求；进水NH3-N值夏季高于冬季，波动较大，多数高于设计值35 mg/L；出水NH3-N值在冬季不能达到排放标准，夏季基本上可以达标；进水TP几乎不能控制在设计值之内，出水浓度也不能达到排放标准。

污水厂现在存在的问题主要有：

(1)上游工业以豆腐坊、粉坊、酒坊等为主，均为高污染行业，污染物浓度高，水量波动大[1～5]，出水不能稳定达标。

(2)上游企业均为批量生产，进水水质水量波动非常大，污水厂缺乏相应的调节设施，进水波动对后续构筑物造成较大的冲击。

(3)粗格栅进出水短流，大量的悬浮物未经格栅过滤直接进入了集水井，损坏了污水提升泵，增加了后续构筑物的负担。

(4)生化池负荷过高，停留时间太短，夏季水温高时处理效果尚可，冬季处理效果极差。

(5)二次沉淀池不符合设计要求，清水区高度不够，影响泥水分离效果。

(6)污泥浓缩池设计负荷大，进入板框压滤机的污泥含水率过高，脱水不畅，污泥得不到及时处理。

(7)深度处理工艺多介质过滤器以及活性炭过滤器滤速均过高，严重影响过滤效果。

(8)污水厂内没有应急措施，一旦出现意外故障或事故，短时间内无法进水的问题无法得到缓解。

3 改造方案

3.1 改造思路

针对污水厂存在的问题及目前需要达到的排放标准，提出了按照以下思路对厂区进行改造。

(1)调整粗格栅进出水管道位置，使进水经过滤后再进入后续构筑物，充分发挥粗格栅的拦截作用。

(2)增加调节池充分调节来水的水量和水质，减少对后续构筑物和设备的冲击，使得整个系统处于稳定的运行状态。

(3)增加生化处理设施，延长生化池的停留时间，降低生化池的污染物负荷，使有机物在其中得到充分降解，实现氨氮和总氮的有效去除。

(4)新建二沉池，控制二沉池的设计参数，实现良好的泥水分离效果。

(5)增加混凝沉淀池作为深度处理工艺，进一步去除水中的悬浮物及胶体状有机物[6]，同时进行辅助化学除磷，确保出水TP和SS达到排放要求。

(6)降低污泥浓缩系统的负荷，完善污泥脱水系统，实现排泥及脱水的正常运行。

3.2 设计水量水质

根据《城市居民生活用水量标准》(GB/T50331-2002)中用水量的规定，取本项目给水定额为120 L/人·d，取排污系数为0.85，得污水厂服务范围内生活污水量为920 m3/d。取当地工业废水量为生活污水量的40%，得工业废水量为370 m3/d。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)取地下水向污水管道的渗漏量为污水量的10%，得排入污水处理厂的水量为1420 m3/d。[7]因此，确定本次提标改造的设计水量为1500 m3/d。

参照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)，取设计进水水质的保证率为85%～90%，进而确定污水厂的进水水质。污水厂出水排入当地河流，该河流在《山西省地表水水环境功能区划》(DB14/67-2014)中的考核断面为Ⅴ类水要求。因此，本次污水处理厂提标改造设计进出水水质如表1所示。

表1 提标改造工程设计进出水水质

4 主要构筑物及设计参数

4.1 调节池

由于原污泥池设计负荷过高，原污泥池、清水池、中间水池位置相对集中，为充分利用原工艺设施、节省投资，将上述池体打通后，改造为有挡流墙的调节池。调节池内安装曝气管，污水沿池体折流前进，使水质充分混合，曝气管向水中曝气可进一步均匀水质，也防止了悬浮物的沉积。调节池尺寸为19 m×13 m×4.5 m，原中间水池有2台提升泵，1用1备(Q=65 m3/h，H=10 m，P=1.5 kW)，作为调节池的提升泵，将污水提升至水解酸化池。

4.2 平流式二沉池及中间水池1

新建平流式二沉池1座，A/O池的出水自流进入平流沉淀池，生化池的泥水混合物在沿池体前进过程中进行有效的泥水分离。平流式沉淀池尺寸为4.4 m×7.2 m×4 m，使用液压往复式刮泥机1台(P=2.2 kW)将沉淀的污泥刮入泥斗，利用原二沉池中的3台污泥螺杆泵，2用1备(Q=100 m3/h，H=13 m，P=7.5 kW)，将剩余污泥排入改造的污泥浓缩池。平流式沉淀池出水自流进入中间水池1，中间水池1新增提升泵2台，1用1备(Q=65 m3/h，H=10 m，P=3 kW)，将污水提升至新建曝气生物滤池。

4.3 曝气生物滤池

常规净水工艺难以有效去除有机物、氨氮等污染物[8]，二级活性污泥法仅对BOD5、COD、SS有较高的去除率，对氮、磷的去除率是有限的。为了进一步去除污水中的污染物，本工程新建曝气生物滤池1座。池体尺寸为15 m×10 m×6 m，池内填装60%的载体，投加高效微生物使之附着在载体上，较高的微生物量和载体内部的厌氧-缺氧-好氧微环境使曝气生物滤池对难降解有机物、氨氮和总氮具有较高的去除率。曝气生物滤池水力停留时间为13.2 h，水力负荷0.417 m3/m2·h，气水比13∶1，回流比200%。在池底安装管式曝气器，用于向污水中通入空气。池底有排泥管道，定期将污泥排至污泥池。在生物滤池的集水槽中新增2台回流泵，1用1备(Q=132 m3/h，H=7 m，P=5.5 kW)，将污水回流至第一级反应器。滤池顶部加装保温棚，确保冬季运行效果。

4.4 竖流式混凝沉淀池及中间水池2

一般生物除磷的效果不够稳定，通常需要采用化学的方法辅助除磷，以保障污水处理厂的出水水质[9]。本工程对总磷的去除率要求达到92%，通过生物除磷工艺依然不能达到排放标准，因此，在生化池后续设置沉淀池2座，通过投加混凝剂和助凝剂，进一步利用化学除磷法去除水中的总磷，同时去除污水中的悬浮物，确保出水稳定达标。由于污水厂场地有限，采用竖流式沉淀池的形式。污水先进入加药间的混凝池和絮凝池，与混凝剂、助凝剂进行充分混合，再进入竖流沉淀池使形成的化学污泥沉淀后排至污泥池。竖流式沉淀池尺寸为5 m×5 m×4 m，表面负荷为1.25 m3/m2·h，竖流式沉淀池出水水质达标时，污水直接经中间水池2新增的2台增压泵，1用1备(Q=65 m3/h，H=25 m，P=7.5 kW)提升至消毒池消毒后排放；当水质不达标时，污水先提升至砂滤池和活性炭滤池过滤后再进行消毒排放。

4.5 消毒池

原二沉池设计参数不合理，改造后将其中1座二沉池用作消毒池。向池中投加次氯酸钠为消毒剂，投加量为20(纯)mg/L，消毒剂与水在池中充分混合去除污水中的有害微生物和病毒。利用原清水池中的2台外排泵，1用1备(Q=65 m3/h，H=15 m，P=5.5 kW)，将处理后的污水外排至河流。

4.6 污泥浓缩池

将原工艺的另外1座二沉池改造为污泥浓缩池，接收的污泥主要有气浮池浮渣、水解酸化池污泥、平流式沉淀池污泥、曝气生物滤池污泥、混凝沉淀池的化学污泥。利用原二沉池中的污泥螺杆泵6台，3用3备(Q=10 m3/h，H=60 m，P=5.5 kW)，将浓缩后的污泥提升至新增污泥脱水机房进行脱水。

5 治理成效

本工程于2019年开工，2020年5月调试成功。工程运行以来，出水COD和NH3-H指标均优于设计标准。2020年5月曝气生物滤池的实际水质数据如表2所示。从表中可以看出，工程污染物浓度波动范围较大，平均值可保持在设计进水水质之内。曝气生物滤池出水水质平稳，装置对COD的去除率平均为96.21%，对NH3-N的去除率平均为98.73%。

表2 2020年5月实际进出水水质及去除效果

6 结论

吕梁市某污水处理厂提标改造工程处理水量为1500 m3/d，出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准提高为地表水的Ⅴ类水标准。为节省投资，污水处理厂提标改造在原有工艺技术基础上优化运行管理，利用现有设施和设备，合理改造和更新设施设备[10]，将设计不合理的构筑物整合改建作为调节池和污泥浓缩池，充分发挥原构筑物和设备的作用；新增生物处理工艺曝气生物滤池以及相应的沉淀、消毒设施；优化污泥浓缩和脱水系统，确保污水中各污染物都能够达标排放。