低温低碳源条件下污水处理厂提标改造研究

李少堃，张晨

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300181）

1 引言

随着生态文明建设要求的落实，污水处理厂改造项目越来越受到关注。研究表明，相关项目普遍更重视提标增质，并采取一系列降本降耗措施，确保污水处理厂与最新环保排放标准一致。考虑到河北城市环保发展要求趋向严格，本文对某污水处理厂的情况进行说明，通过研究项目具体情况，做好环保设备与技术应用，使该厂环保性能与经济效益指标符合规范，为城市环保工作助力。

2 研究背景

在城镇化建设进程持续推进的背景下，水环境污染加剧，国务院出台的《水污染防治行动计划》指出，改造污水处理厂、处理设备刻不容缓[1]。随后，包括河北省在内的多地政府均结合实际情况制定了相应的条例，希望能使出水品质达到最高标准。本文以河北某污水处理厂为例，对该厂提标改造方案进行了深入研究，一期改造规模约为2×105m3/d，通过UV消毒、生物滤池与沉淀池相结合的方式，使出水品质得到显著改善，确保水质能够达到一级标准。

3 河北某污水处理厂情况

3.1 厂房概况

该厂出水品质相对稳定，仅有磷、氮浓度无法达到二级标准。该厂处理效率为4×105m3/d，通过活性污泥法处理污水，采取机械浓缩+中温硝化+脱水的方法处理污泥（见图1），在此期间所形成的沼气通常作为燃料用于燃气锅炉、发电机，其中，沼气储柜的作用主要是对储气量进行调节，将多余的沼气聚集在特定空间并点燃。

图1 污泥系统运行流程

3.2 现存不足

该厂所持有的经营许可证表明，其经营年限是23年，在此期间，考核污水品质的指标保持不变。换言之，对既有厂房进行提标改造的做法并不可行，同时还要保证提标改造不会给厂房运行产生影响。另外，该厂所使用的AB法可有效去除BOD5和CODCr，但在去除TN方面的表现并不理想，极易导致经过处理的水出现不可生化、碳氮比较小等问题，进而给碳源总量造成不利影响[2]。要使提标改造厂房的出水品质达到行业最新标准，一方面要增加碳源使用量，为反硝化脱氮效果提供保证，另一方面要控制碳源成本和运行成本，确保本项目具备理想的经济效益。

4 提标改造方案说明

4.1 方案概述

4.1.1 创新之处

设计人员以出水品质要求、当地气候特征为落脚点，将提标改造的原则归纳为“可靠、安全、占地面积小、建设成本低”，同时指出应保证在温度较低的冬季，处理系统仍然能够正常运行，使出水品质达到行业标准。在对多方面因素加以考虑后，最终决定引入沉淀池与生物滤池相结合的系统，该系统的运行流程如图2所示。

图2 污泥/污水处理流程

沉淀池负责去除污水中的TP和SS，对沉淀池、混凝池还有絮凝池进行合建，将混凝池及絮凝池设置在沉淀池的前方，分别向池内投加适量絮凝剂、混凝剂，缩短絮凝、混合工序所花费时间[3]。经过预处理的污水，将通过池底所安装斜板进入沉淀池，然后，被送往集水槽并统一出水。

生物滤池则负责去除污水中的TN、NH4+-N。作为新型生物膜处理技术，生物滤池主要分为反硝化滤池、硝化滤池两部分，其中，反硝化滤池位于后端，可保证流经滤床的污水中的硝酸盐被快速转换为N2，硝化滤池则位于前端，其核心功能在于确保硝化菌、NH4+-N充分接触，利用硝化菌所具有的化学特性将NH4+-N转换为硝酸盐。

4.1.2 方案优势

与以往提标方案相比，本方案具有以下优势：（1）生物滤池的占地面积较小，建设成本低，可严格控制剩余污泥量，在对低污染水质进行科学处理的前提下，有效抵抗冲击负荷。（2）生物滤池的启动速度极快，可长期在低温环境下运行，挂膜效果理想。（3）利用沉淀池、生物滤池对污水进行深度处理，在保证既有厂房正常运行的基础上，将污水中TP、SS和TN等物质高效去除。

4.2 科学选址

为降低管理和操作难度，将改造成本维持在较低水平，设计人员决定将新厂建在既有厂房的北侧。

4.3 确定水质

设计人员以该厂实际水质、设计水质（见表1）为依据，结合行业规定对进、出水品质进行了明确，见表2。

表1 该厂出水品质mg/L

表2 提标改造设计水质mg/L

4.4 选择碳源

由于本项目要利用碳源达到反硝化脱氮的目的，使出水品质达到行业最新标准，在选择碳源期间，应重点分析碳源的安全性和使用成本。设计人员决定使用成本相对较低的甲醇，考虑到甲醇与明火、热源相遇后，有一定概率引起爆炸或燃烧事故，因此，应在厂内增设存储、投加甲醇的设备，同时对报警装置进行安装，严格控制甲醇系统与既有建筑的距离，保证该系统能够得到稳定且可靠的运行。

4.5 设计要点

4.5.1 生物滤池

前置滤池由14个面积为170 m2的单格组成，内部滤料直径约为4 mm，由滤料堆积所形成滤料层的厚度能够达到4 m，滤速稳定在3.8 m/h左右，最快可达到4.5 m/h[4]。后置滤池由8格组成，内部滤料直径增加到4.5 mm，由其所堆成滤料层的厚度保持不变，仍为4 m，正常工况下，滤速能够达到5 m/h，最快能够达到8m/h左右。

4.5.2 消毒池

本方案指出，应利用紫外线设备消毒污水。作为物理消毒工艺的代表，紫外线消毒具有接触时间短、安全系数高等优点。现场共安装了4组紫外线灯，每组灯包括100根灯管，负责对沉淀池所输送水进行消毒，并将经过消毒的尾水送往指定渠道。

4.5.3 污泥系统

考虑到高密池内浓缩水含有大量泥渣，直接排放会污染附近环境，设计人员决定引入污泥系统，利用离心脱水机处理浓缩水，将其分为滤液、泥饼两部分，其中，滤液被运往排放系统，由排放系统驱使提升泵，确保滤液能够顺利回流，泥饼则统一外运并进行填埋。现场计划安装3台处理量能够达到约40 m3/h的离心脱水机，3台机器互为备用，这样设计的目的是保证始终有2台脱水机处于正常运行状态。

4.5.4 格栅间

该厂格栅间内共装有4台细格栅，格栅间隔为3 mm，可以有效过滤污水内头发、纤维或其他杂质，控制冲洗滤池的频率，使运行费用维持在较低水平。

4.5.5 沉淀池

现场计划搭设8座沉淀池，每座沉淀池均有絮凝池、混凝池对应，其中，絮凝池平均容积可达250 m3，混凝池容积约为36 m3。高密池直径均为12 m，配备斜管全长1 m，斜板所形成阴影的面积约为125 m2。

4.5.6 加药系统

加药间内设有投加系统，负责向絮凝池、混凝池投加药剂，设计人员以该厂规模、日常运行情况为依据，将PAM浓度设定为1 mg/L、PAC浓度设定为1.2 kg/m3。除此之外，考虑到在低温低碳源环境下处理污水，还要用到甲醇，为保证甲醇投加合理，设计人员对存储甲醇、投加甲醇的系统进行了升级。其中，存储系统包括2个储罐，每个储罐的容量均为90 m3，储罐位于钢筋混凝土池内，并配有检测液位高度的仪器和集水井，确保工作人员能够准确掌握储罐状态，避免出现甲醇大量泄漏的情况。投加系统由4台投加量在660 L/h的计量泵组成，同时在加药间内指定位置安装报警器，对空气中甲醇浓度进行实时监测，在甲醇浓度达到1.5%的第一时间发出预警，由专业人员前往现场对泄漏点进行维修，以免引起更严重的后果。

5 改造效果

现阶段，本项目已顺利竣工并投运，出水品质符合一级标准。投运至今，处理系统始终未曾出现重大故障，2021年全年，系统去除TN的效率始终维持在80%左右，TP去除率约为90%，NH4+-N去除率则达到了93%。另外，由于当地气候较为干燥，各季节温度变化明显，水温给CODCr去除率带来了巨大影响，在温度较高的夏季，污泥活性较为理想，去除CODCr的效果基本能够达到预期，出水所含CODCr的浓度约为11 mg/L，而在温度较低的冬季，随着水温降低，污泥活性有所减弱，CODCr浓度往往会增加到约20 mg/L。

综上，本方案的优点主要体现在3个方面，首先是处理系统建设成本低、占地面积小，对外界环境具有极强的适应能力；其次是提标改造期间既有厂房可维持正常运行，最后是能够应对当地冬季干燥且寒冷的天气，将外界因素给出水品质造成的影响降至最低。未来，有关人员应以当地利用再生水的情况为依据，对处理再生水的技术进行升级，确保磷、氮和其他可能引起富营养化问题的有机物得到高效去除，使出水品质得到进一步的提高。

6 结论

本文总结了低温低碳条件下污水处理厂提标方案，在研究过程中，明确该方案的创新价值，并对应用优势进行展望。通过做好生物滤池、消毒池、细格栅部分的优化，并增设沉淀池，使污水处理厂的改造目标得以实现。以上技术方案的应用能够最大程度提高出水质量，满足目前低温低碳源标准。