深床反硝化滤池在污水处理厂提标改造工程的应用

刘 利，王 程

（1.重庆市三峡鱼复排水有限责任公司，重庆 401133；2.重庆市三峡水务北碚排水有限责任公司，重庆 400700）

0 引言

在实施高TN排放标准的污水处理措施中，反硝化滤池是较为有效的途径[1]。由于反硝化滤池本身具有占地面积小、能获得较好过滤性能和脱氮效果等优势，是目前深度处理城镇污水行业研究和应用的重点，并在污水处理厂再生水处理利用和提标改造中得到大量的应用[2-4]。

活性污泥工艺是目前国内污水处理厂生物处理段普遍使用的工艺，但部分污水处理厂存在用地不足的情况，生物滤池因其占地小在二级生物处理中和硝化滤池串联使用[5-8]。三峡库区某污水处理厂在此次提标改造范围内，该污水处理厂设计建成规模5×104m3/d，采用“前置厌氧池+氧化沟”工艺，出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准执行。因该厂建厂年限较久，受实际进水水质、水量与原设计差异较大，且厂区周边可用土地较少等影响，采用减量提标的方式进行提标改造。一方面分流该厂1万m3污水，减少该厂污水处理量，增加水力停留时间；另一方面实施提标改造工程，通过更换氧化沟曝气机增加曝气量确保NH3-N稳定达标，同时新建深度处理工艺深床反硝化滤池确保SS、TP、TN稳定达标[9-10]。提标改造工程于2017年底完成后，该污水处理厂出水执行一级A标准，目前运行效果良好。

1 提标前现状

1.1 提标前的工艺流程

该厂提标前的工艺流程如图1所示，污水通过收集系统集中到污水厂后，先用粗格栅去除较大的固体杂物，然后再用细格栅去除较小的固体杂质，而后进入提升泵站房。污水经过曝气沉砂池沉砂处理，进入到氧化沟生物池，在微生物的作用下，将污水中的有机污染物和氨氮等物质转化或分解为氮气、二氧化碳、水等物质。氧化沟出水进入二沉池进行泥水分离和部分污泥浓缩，二沉池出水再进入接触消毒池进行二氧化氯消毒，最后达标排放。二沉池底部的污泥一部分通过回流污泥泵站回流至氧化沟，一部分通过剩余污泥泵站排放到储泥池，再通过污泥浓缩脱水机脱水后外运处置。

图1 提标前的工艺流程

1.2 进、出水的水量、水质

根据该污水处理厂2015年1月1日—2017年10月31日的进、出水水量和水质监测数据等相关的资料统计，该污水处理厂于2001年建成投运，至今已21年，随着城市发展，该厂进水水质与设计水质已有较大差异。图2为该厂2015年1月1日—2017年10月31日处理水量统计。

图2 2015年1月1日—2017年10月31日处理水量统计

1.2.1 进水水量、水质

该厂2015年1月—2017年10月进水水质数据统计如表1所示。

表1 2015年1月—2017年10月进水水质数据统计

该厂处理水量超过设计规模的频率达44.73%，除进水总氮（无设计值）及NH3-N之外，其他污染物进水水质指标均长期出现超过设计值的情况，其中COD、BOD5、SS、TP超 过 设 计 值 的 频 率 分 别 为91.40%、80.93%、97.68%、93.41%。进水水质已严重超过该厂设计负荷。

1.2.2 出水水质

该厂2015年1月—2017年10月出水质数据统计如表2所示。

表2 2015年1月—2017年10月出水水质数据统计

与一级A标准对比，该厂出水水质除COD、BOD5稳定达标以外，其余指标均不能稳定达标，其SS、TN、TP、NH3-N达标率分别为61.93%、74.18%、34.91%、97.00%。通过分析，现状通过二级处理的TP、SS能稳定达到一级B标，要实现一级A标可以通过增加化学除磷药剂使用量和增强过滤效果提高的TP和SS的去除率；要实现NH3-N的达标排放可以通过增加氧化沟曝气量；要实现TN的达标排放可通过提高生物池反硝化效率、后置新增反硝化工艺等措施。

2 提标改造工程工艺设计

2.1 提标改造工艺确定

根据1.2章节中进、出水的水量、水质数据可以看出，本次提标改造重点是SS、TN、TP这3个指标，同时兼顾NH3-N指标稳定达标。综合考虑该厂实际情况：①该厂进水水量、水质严重超过设计负荷。②按该厂处理规模5万m3，出水水质达一级A标核算后，总有效容积、水力停留时间均为需求标准55%，反硝化区严重不足。③该厂曝气方式主要采用表面曝气机进行充氧，充氧效率较低。④扩建用地少，无法大幅进行生物池扩容及后置多个深度处理工艺。故考虑一方面减量提标，分流该厂污水处理厂水量1万m3；另一方面在现有氧化沟工艺增加曝气量，确保硝化完全，保障出水氨氮达标，后置深度处理工艺采取反硝化措施。同时，深度处理工艺选择能够同时降低SS、TP、TN这3个污染物浓度值的技术，因此本次提标改造采用“氧化沟改造+深床反硝化滤池”工艺。

2.2 提标改造后工艺流程

提标改造后的工艺流程如图3所示，主要改造内容有：氧化沟改造、新建中途提升泵站、新建深床反硝化滤池。氧化沟改造主要是更换更大功率的表面曝气机，提高充氧量。

图3 提标改造后的工艺流程

2.3 主要构筑物及设备参数

2.3.1 氧化沟改造

现有改良型氧化沟2组，每组表面曝气机3台，单台功率55 kW。更换原有6台表面曝气机，单台功率75 kW。

2.3.2 新增中间提升泵站

设计流量：Q＝4.0×104m3/d=1667 m3/h，KZ=1.41。

单组池体尺寸：L×B=12.85 m×10.95 m。

轴流泵：Q=1175 m3/h，H=4.21 m，N=22 kW，3台，2用1备。

电动葫芦：MD12-9D，2t，启高10m，N=3 kW+0.4 kW+0.4 kW。

2.3.3 新增深床反硝化滤池

按4.0×104m3/d土建考虑，滤池尺寸为L×B=46.54 m×20.3 m。包含滤池主体、废水池、清水池、鼓风机房、碳源加药间。

（1）反硝化滤池。滤池分5格，单格内净尺寸为L×B=18.29 m×3.56 m。

（2）反冲洗清水池。有效容积552 m3。主要设备有潜水离心泵2台，1用1备，45 kW，单台流量Q=954 m3/h，扬程H=10.5 m。

（3）反冲洗废水池。有效容积476 m3。主要设备有潜水排污泵2台，1用1备，7.5 kW，单台流量Q=198 m3/h，扬程H=7.6 m。

（4）鼓风机房。主要设备有罗茨鼓风机3台，2用1备，132 kW，单台风量Q=60 m3/min，单台风压H=79.2 kPa；空压机2台，1用1备，单台风量Q=25 m3/h，单台风压H=0.7 MPa。

（5）碳源加药间。

碳源：乙酸钠。

储罐：2套，单套容积10 m3。

碳源投加设备：计量泵3台，2用1备，单台流量Q=70 L/h，扬程H=62 m。

3 运行效果及成本效益分析

3.1 运行效果

该污水处理厂提标改造工程于2017年年底通水试运行，5个月后完成调试开始进入稳定运行期，出水水质均能稳定达到一级A标准。根据表3的数据，深床反硝化滤池能稳定达到TN目标设置控制值10 mg/L以下，且对SS、TP去除率达到31.11%、48.13%。

表3 2018年5月14日—5月19日深床反硝化滤池进、出水水质数据统计

3.2 经济和环境效益分析

本次提标改造工程总投资3900余万元，新增运行费用8.39%，其中电费新增0.55%，药费新增7.84%。提标改造工程建成投运后，TN、TP、SS削减量分别为65.21 t/a、6.11 t/a、47.52 t/a。由此可见，该提标改造工程投资较少，新增运行费用较低且环境效益显著。

4 结语

（1）该污水处理厂通过更换氧化沟曝气机，新增深床反硝化滤池处理设施后，出水水质能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。

（2）提标后的运行结果表明，经过深床反硝化滤池处理后，出水TN能达到目标设定值10 mg/L以下，除氮效果明显，且由于深床反硝化滤池能截留细小悬浮物，对SS、TP的去除也有较大帮助。

（3）本次提标改造后进一步削减了污染物排放量，对当地水环境的改善和三峡库区水环境保护有积极的作用。