汕头市某市政污水处理厂提标改造工艺优化研究

郭 炜，张嘉声

（广东省广业环保产业集团有限公司，广东 广州 510030）

0 引言

汕头市某市政污水处理厂设计污水处理能力为10 万 m3/d，目前出水水质中 CODCr、BOD5、NH4+ˉN、TN、SS 均可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准，一期出水 TP、粪大肠菌群均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 B 标准。根据《近岸海域污染防治方案》以及《广东省住房和城乡建设厅广东省环境保护厅关于进一步加快敏感区域污水处理设施提标改造工作的通知》的要求，敏感区域（供水通道沿岸、重要水库汇水区、近岸海域直接汇水区等）、建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市等区域的城镇污水处理设施出水应达到一级A 标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的较严值。汕头市某市政污水处理厂不能满足出水水质目标，因此需进行水质提标改造。

1 市政污水处理厂的现状

1.1 市政污水厂的基本概况

现状厂区主要构（建）筑物包括粗格栅及进水泵房、细格栅及涡流沉砂池、完全混合型A2/O 生化池、鼓风机房、二次沉淀池、污泥泵房、储泥池、污泥浓缩脱水车间、消毒池及尾水排放泵房。

1.2 污水厂提标水质目标

根据相关要求，出水的排放执行广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准和国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准中的较严值。根据本工程设计进水水质和出水水质，污水处理程度如表1 所示。

表1 污水处理程度

2 提标改造方案比选

在现实的城市污水提标改造过程中，往往因为单纯的某项处理技术很难彻底满足一级A 排放标准或再生水水质的要求，所以需要各种污水处理技术的合理组合，而这些结合又与各处理单元之间的互容性以及在经济上的可行性直接相关[1]。根据本工程用地面积受限的特殊性以及进水水质特点和出水水质要求，本着投资合理、运行费用经济、水质安全可靠的原则，从上述诸多工艺中筛选出同样具有除磷脱氮和提标功能的“混凝—沉淀—过滤（混凝沉淀过滤工艺）”“微孔膜过滤（微孔膜过滤工艺）”“膜生物反应器工艺”作为本工程的备选方案，进行技术经济综合分析，优化方案。

2.1 混凝沉淀过滤工艺

在城市污水提标改造中，向二次处理后的尾水投加混凝剂和助凝剂，以破坏水里胶状颗粒的平衡态，在特定水力条件下，利用胶状及其微粒之间的互相冲击和凝聚，而产生易在水面析出的干絮物[2]，随后，在滤池处理中流经多孔介质或滤网做进一步的固液混合物分离。城市再生水厂中使用的“二级处理—混凝—过滤—杀菌”这一基本工艺流程比较多，而当前国内外的城市污水回用工程中也多使用该基本工艺流程。

2.2 微孔膜过滤工艺

近年来，微孔膜过滤技术开始应用，其出水效果尤其是浊度、SS、氨氮含量、细菌等均高于常规方法，是因为微滤膜有相对完整、均衡的多孔结构。微过滤的基本原理是筛网状过滤技术，在高静压差情况下，低于微滤膜孔径的杂质将被拦截在微滤膜表面上，对大小不同的组分进行了隔离。由于微孔过滤技术在国外的废弃物再生处理项目中获得了实际运用，国内外涌现了一批专门制造微孔过滤装置的厂商。

2.3 膜生物反应器工艺

膜生物反应器是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的废水处理工艺，与传统常规方法处理的污泥相比，膜生态反应器对出水水质采用超、微滤膜组件，代替传统二次沉淀池，可以使生态反应器达到比传统活性污泥技术中更多的生物含量，从而增强了生物降解功能，且处理效率也更好[3]。膜分离后出水效率较高，当处理范围主要为生活污泥时，即可达到建设部的回用水水质标准。同时，装置紧凑、占地较小、生活污泥产量较少。

2.4 提标改造工艺比选

3 种提标改造工艺比选如表2 所示。

表2 3 种提标改造工艺比选

经过综合比选可以发现，3 种方法的出水水质均能够达到工程设计要求：相较于方案二、方案三，方案一混凝过滤法的使用范围较广，结构稳妥安全，出水水质比较稳定，安全系数高，从技术上来看是比较可行的，且由于工程设计的投入较少，管理经验多，维修简便，收费少，在经济上也较为合理。从工程技术可行性与经济合理性方面综合考虑后，本工程项目的提标与改造设计建议均采纳方案一。

3 提标改造生产构筑物比选

3.1 提标改造混凝沉淀单元比较

考虑到用地影响，本文主要对高效沉淀池、加砂高速沉淀池、磁混凝沉淀池进行综合分析。

3.1.1 高效沉淀池

高效沉淀池由反应区和澄清区两部分组成[4]，其优点主要是絮凝体循环使用提高了絮凝剂的使用效果，节约了10%～30%的药剂，斜管的布置提升了沉淀效果，具有较高的沉淀速度，可达到20～40 m/h，排放的污泥浓度高，可达到30～550 g/L，一体化污泥浓缩避免了后续的浓缩工艺，产生的污泥可以直接进行脱水处理。

3.1.2 加砂高速沉淀池

加砂高速沉淀池工艺通过加入了作为形成高密度絮体的“种子”和压载物的微砂，使絮体产生较大的密度，从而更易被沉淀除去。该工艺还需要配有粉末活性炭接触、循环系统。和传统技术比较，用微砂制成的絮体拥有较大的密度和较大的稳定性，而且这种絮体拥有更高的沉降速率和上升速度，也使得工艺的体积和占地面积都更小，从而大大降低了施工成本。

3.1.3 磁混凝沉淀池

磁混凝澄清工艺是在污泥循环加载型沉淀技术的基础上再投加磁粉，通过沉淀微细的磁粉检测粒子析出晶核，使溶液的胶状粒子和磁粉检测粒子易于碰撞脱稳并产生小絮体，从而极大地提高了悬浮液的去除效果[5]。磁混凝沉淀池的特性主要表现为沉积效率高于磁混凝沉淀池，为迅速沉积的铁矾化提供了优越的环境条件，并辅以斜管分离的优点，加上良好的水力控制，使其上升流量能够达到较高水平，在常规污水处理时，其最大水力上升流量可以达到20～40 m/h。

3.2 提标改造过滤沉淀单元比较

3.2.1 反硝化深床滤池

反硝化深床滤池处理所使用的石英砂滤材在深滤池工作环境中同时具有过滤和抗硝化的作用[6]。当滤池的进水有溶解氧出现时，反硝化菌通过降解有机物的低分子态氧成为一个离子感受器。在无溶解氧的状态下，反硝化菌通过硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+成为生物体代谢中的离子感受器，O2-成为电子受氢体而形成H2O 和OH-的酸度，以有机物为碳源和电子捐赠者的能源而被氧化为稳定。因此控制滤池进水溶解氧对于降低反硝化滤池碳源投加费用、提高滤池出水稳定性有重要作用。

3.2.2 连续流砂滤池

连续流砂滤池在国内外市场亦称作活性流砂滤池处理法，其特性是无须反冲洗的自动化水泵或通风机，而通过气提的方法可连续洗砂。连续流砂过滤器是一款集混凝、澄清、过滤功能于一身的高效率过滤器，其特点不需要停机反冲洗；使用单层次滤材，无须级配，没有水力分配不均和初滤液等问题；不需要反冲自动化水泵及停机转换用电动、气动阀门；无须单设水泥构筑物、澄清水池，无须水泥构筑物、澄清用机械设备。

3.2.3 回转式精密过滤器

回转式精密过滤器是一种去除悬浮固体的过滤装置，进水SS 小于20 mg/L，出水SS 可小于10 mg/L。回转式精密过滤网主要由设备的主组件、中央过滤系统、反冲洗装置、空气传动系统、自控装置等构成，在滚轮上设有将可方便拆卸的滤网污水直接排入空心滚轮中。滚轮上有高强度的不锈钢滤网，在运行过程中污物从滤网内侧向外排放，而污物中的悬浮物则被拦截于滤网内层。

3.2.4 纤维转盘滤池

玻璃纤维转盘滤池是将玻璃纤维转盘放置于特殊结构的混凝土滤池内，其工作阶段分为过滤、反冲、排泥等。污水重力流经过滤池进行处理，在滤池内设布水堰，由于滤布为完全淹没型，因此污水从滤布外流入，过筛液由中放空管道内回收，重流通过出水堰再流出滤池内处理。

4 提标改造方案确定

根据上述工艺的对比分析，本文推荐磁混凝沉淀池+过滤作为提标改造方案。该方案主要优点如下。

（1）根据本次提标所要求的出水水质，采用磁混凝沉淀池工艺能有效去除SS、TP 等[7]，且磁混凝沉淀池出水能满足本次提标出水要求，因此近期可不设过滤措施，减少近期的工程投资费用。

（2）在磁混凝沉淀池后预留过滤措施的用地为日后本污水处理厂提标至四类水和中水回用留用余地，且不会造成投资上的浪费。

（3）采用该方案从整体上看能节约污水处理厂有用地，便于污水处理厂远期的平面布置，但主要的问题在于工艺流程上若直接预留其他过滤措施所需的水头，则造成近期电耗浪费严重，因此针对工艺流程上是否预留富余水头分析如下（以反硝化深床滤池为例）：如果现阶段直接在流程上预留过滤所需水头，则二次提升泵房的扬程需增加3.5 m 左右，年增加电耗约40 万kW·h，一定程度上浪费了电耗，同时增加了近期的运行成本。

5 结语

该城市污水处理厂建设容量为100 000 万m3/d，污水处理提标改造技术在不影响总体处理容量的前提下采取“混凝沉淀+过滤”的方法，其中胶凝沉降技术推荐使用磁混凝沉淀池技术，过滤方法推荐使用反硝式深床滤池。使用该方法的提标技术改造工艺出流环境好，治理方法多，操作简便，投入和使用成本低，可以有效保证出流环境安全达标排放，降低废水总量的污染，改善周围自然环境。