准Ⅳ类出水标准下污水处理厂工艺设计实践

张建兵　陈伟楠　张明星　张国威

【摘    要】： 针对进水难降解有机物较高、碳源不足且出水标准要求较高的城镇污水处理厂设计，介绍了合肥于湾污水处理厂采用的处理工艺，实际运行结果表明，各项出水指标满足准Ⅳ类出水排放标准。

【关键词】： 污水处理厂；准Ⅳ类出水；工业废水

【中图分类号】：X703【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）05-52-04

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.013

Design Practice of Wastewater Treatment Plant under Quasi-IV Standard

ZHANG Jianbing CHEN Weinan ZHANG Mingxing ZHANG Guowei

（1. School of Environmental Science and Engineering， Tianjin University， Tianjin 300350， China;

2. Tianjin Municipal Engineering Design& Research Institute Co. Ltd.， Tianjin 300392， China）

【Abstract】：Aiming at the design of urban wastewater treatment plant with high inlet refractory organic matter， insufficient carbon source and high effluent standard， the paper introduces the treatment process adopted by Hefei Yuwan Wastewater Treatment Plant. The actual operation results show that all effluent indexes meet quasi-IV effluent discharge standard.

【Key words】：sewage-treatment plant; quasi-IV effluent; industrial wastewater

工业废水水质和水量波动较大、难降解有机物和有毒物质含量多、成分复杂；而工业园区污水处理工艺针对性不强，成为水污染控制的难点。于湾污水处理厂收集的污水主要以工业废水为主（约70%），根据实测水质及周边污水厂进水情况[1]，大部分时间表现为生物脱氮碳源不足。为有效减轻污水处理不达标排放对下游巢湖的污染，出水水质在稳定达到DB 34/2710—2016《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》标准（适用于城镇污水处理厂I类）的基础上，生化需氧量（BOD）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）4项主要指标浓度值分别不高于6、5、1.5、30 mg/L，达到地表水环境质量Ⅳ类标准（总氮指标除外）。

1 工程概况

于湾污水处理厂工程预处理段、污泥处理处置、生产辅助用房、出水设施按土建10×104 m3/d一次建成，其余构（建）筑物（二级处理段、深度处理及附属用房等）土建及设备安装均按5×104 m3/d实施。

污水处理厂收集的污水主要以工业废水为主（约70%），根据周边污水处理厂进水水质及工业园区多个污水排放口水质综合分析后，确定的本工程进水水质；出水水质标准需达到巢湖流域标准DB 34/2710—2016相关要求，主要指标达到地表水环境质量Ⅳ类标准（总氮指标除外）。见表1。

2 工艺选择

根据设计进出水水质情况，本工程重点水质指标为TN和SS，其次是BOD、COD、NH3-N和TP。

2.1 对TN的去除

本工程设计进水水质的碳氮比约为3，表观值不太理想，全年有大部分时间表现为碳源不足，不能满足脱氮要求。设计TN去除率≥90%，需充分考虑利用污水自身碳源，减少外加碳源，以节省成本。

多级A/O工艺是A2/O工艺的一种，由于节省了内回流，降低了传统A2/O工艺的能耗，因此在最近几年受到广泛关注[2]。多级A/O的理念来源于分点进水工艺，从运行模式上看属于几个A/O的串联，但由于污水分段进入，使得多级A/O整体污泥浓度较传统A/O工艺有较大提升，而出水的污泥负荷却没有增加，因此相对于传统A/O工艺，多级A/O可有效的减少池容，节省工程投资。此外，由于污水分段进行反硝化，多级A/O的总体脱氮效率有很大提升，因此很适合应用在对脱氮要求较高的情况，考虑到氮素的去除一直是污水处理厂关注的重点和难点，在对出水氮磷要求严格时，采用这种方法可较大提高TN出水达标率。因此，二级生物反应池选择多点进水多级A/O工艺以提高系统脱氮效率。

污水深度处理工艺段采用具有反硝化脱氮功能的生物滤池工艺，在滤池进水端投加乙酸钠作为反硝化菌的有机碳源，以保障系统出水总氮达标。

2.2 对SS的去除

设计SS去除率超过95%，在二级生物反应池段选择适当的污泥浓度；在污水深度处理工艺段选择高效循环澄清池，同时通过化学加药辅助沉淀及过滤单元，提高SS出水标准[3～5]。

2.3 工藝流程

污水处理采用曝气沉砂池→多点进水多级A/O生物反应池→矩形周进周出二沉池→循环澄清池→反硝化深床滤池→次氯酸钠消毒的工艺。污泥处理采用离心式机械浓缩脱水一体机工艺，脱水后的污泥，含水率降低至80%以下，经完全密封的槽罐式运泥车运至污泥处置地。见图1。

污水处理厂进水经进水泵房提升后进入细格栅和曝气沉砂池，然后由管道分配进入多点进水多级A/O生物反应池，污水经生物降解后进入周进周出二沉池；经沉淀后的污泥除回流至生物反应池，其余作为剩余污泥进入污泥脱水流程外运处置。二沉池出水进入循环澄清池，污水经混合反应沉淀沉淀处理后进入反硝化深床滤池，沉淀下来的污泥与剩余污泥一起进入污泥脱水流程外运处置。反硝化深床滤池出水进入接触消毒池进行消毒，消毒出水就近排放至店埠河。

3 主要构筑物及设计参数

3.1 总图布置

污水处理厂共设两处大门，分别位于厂区东西两侧，西侧出入口接龙脊山路，东侧出入口接祥和路；东侧主入口主要为厂区人员等进出使用，西侧次入口主要是厂区运输药剂、污泥等使用。厂前区融入绿色花园工厂设计元素，区内设有适当的景亭及绿化，将园林式工厂景观造型的概念融汇于设计。污水处理厂为七大区块，分别为：预处理区；二级生物处理区；深度处理区；污泥处理区；生产辅助区；综合管理区；预留区。见图2。

3.2 多点进水多级A/O生物池

设1座多点进水多级A/O生物反应池，2个系列，主要由一级厌氧池和四级串联AO段组成，其中厌氧区1段、缺氧区分为4段、好氧区分为4段。厌氧区设置在一级缺氧区之后、一级好氧区之前。污水分4段分别接入缺氧区，反硝化菌在缺氧的环境下，利用污水中的有机污染物作为碳源，将上一级好氧区（除第一级缺氧区，其处理的硝态氮来自于二沉池回流污泥）处理后的混合液中大量的硝态氮还原成氮气，完成脱氮过程。在最末段好氧区4设置至前一缺氧池4的内回流，在最后一段缺氧池4设置碳源投加管。

反应池设计规模5×104 m³/d，总有效容积30 360 m³，有效水深6.5 m。一级至四级进水比例分别为20%、30%、30%、20%，污泥负荷0.081 kgBOD/（kgMLSS·d），平均混合液浓度4 530 mg/L，总泥龄15 d，水力停留时间15 h，外回流比100%。

3.3 矩形周進周出二沉池

设1座矩形周进周出二沉池，分4格，与生物池联建，沉淀池是对生化后污水进行泥水分离，以保证出水水质，是全厂核心的处理构筑物之一，其运行的效果和稳定性对全厂水质会产生重要影响。设计参数不同，相同原理的周进周出二沉池也会出现不同的处理效果。回流污泥浓度7 000～12 000 mg/L。

3.4 循环澄清池

本工程对TP和SS去除率要求极高，流程中采用循环澄清池工艺，一是最大限度减少后续滤池SS过滤负荷，将SS降至最低，让滤池主要负责脱氮反硝化功能；二是TP的高效去除，减少前序生化段除磷对碳源的消耗而影响生物脱氮。

循环澄清池由混合区、絮凝区、沉淀区、回流污泥剩余污泥泵房等组成。在混合区投加混凝剂PAC，在絮凝区投加助凝剂PAM。PAC考虑采用原液罐车装载入厂，泵入药液储池后直接液体投加，减少配药劳动工作量及改善配药工作环境；PAM由于溶液挥发性及不易保存等原因，考虑采用现场制备后投加。

设循环澄清池1座，分2格，混合絮凝区停留时间15 min，沉淀池2格，直径13 m。沉淀区表面负荷为9.69 m3/（m2·h），PAC（10%液体）投加量115 mg/L，PAM投加量0.5～1 mg/L。

3.5 反硝化深床滤池

为进一步强化TN和SS的去除效率及稳定性，污水经二级生物处理构筑物处理后，在循环澄清池后设反硝化深床滤池。向滤池中投加碳源，通过滤池中生物膜的异养型反硝化菌将硝酸盐被还原成氮气，从而使出水总氮达标；滤料的过滤作用使出水SS同步达标。

设反硝化深床滤池1座，集生物脱氮及过滤功能于一体，分6格，滤料层厚度2.44 m，正常滤速为7.4 m/h，反冲洗水冲强度为14.7 m3/（h·m²），气洗强度为120 m³/（h·m²），采用球形陶粒滤料，有效粒径2～3 mm。

4 工程特点

4.1 建设标准高

出水水质稳定达到DB 34/2710—2016相关要求，主要指标达到地表水环境质量Ⅳ类标准（总氮指标除外），尾水排放至店埠河，对巢湖流域的水环境质量提升提供重要支撑。

4.2 集成化较高占地面积较小

本工程占地面积较小且处理标准较高，将生物反应池、二沉池、污泥泵房进行联建，减少了工程占地；同时，在生物反应池的池顶加盖进行了绿化处理，提高厂区绿化率的同时，使得整个厂区的绿化环境更友好。

4.3 处理工艺灵活可靠

由于本工程服务范围内来水中有较多工业废水，处理难度高，水质波动大；采用曝气沉砂池→多点进水多级A/O生物反应池→矩形周进周出二沉池→循环澄清池→反硝化深床滤池→次氯酸钠消毒的处理工艺并预留了水解酸化及臭氧高级氧化工艺用地，分别针对TN、TP、SS、难降解COD都设置相应的处理手段，可以稳定可靠运行。

5 运行效果

该污水处理厂已稳定运行超过一年，近期连续2个月的实际运行出水水质见表2。

根据实际运行出水水质情况，该污水处理厂在预留了水解酸化及臭氧高级氧化工艺的条件下，实际出水水质均优于设计值，满足了目前出水标准要求。

6 结语

合肥于湾污水处理厂工程采用曝气沉砂池→多点进水多级A/O生物池→矩形周进周出二沉池→循环澄清池→深床反硝化滤池→二氧化氯消毒工艺，预留了水解酸化、高级催化氧化工艺，运行结果表明，各项出水指标满足了出水排放标准。对含有大部分工业废水的城镇污水处理厂，当进水难降解有机物较高、碳源不足且出水标准要求较高时，可参考本工程的工艺流程及相关设计参数，处理稳定达标运行。

参考文献：

[1]黄羽，唐凯峰，王旭阳，等. 合肥市陶冲污水处理厂二期工程设计技术方案研究[J]. 给水排水， 2020，46（S1）：173-176.

[2]贾建伟，党晓宏，李建洋，等. AMAO（多级AO）工艺在污水厂扩建工程中的应用及运行[J]. 中国给水排水，2019，35（4）： 63-66.

[3]李采芳，杨丹，王志刚. A/O+高效沉淀+深床滤池用于污水厂提标扩建[J]. 中国给水排水，2018，34（16）：88-92.

[4]郑伟波， 单伊娜， 胡如意， 等. 高效沉淀池+反硝化深床滤池用于污水厂提标改造[J]. 中国给水排水，2021，37（16）：124-129+136.

[5]马小杰，王夙，宣梦茹. 深床反硝化滤池的应用现状和工艺设计[J]. 工业用水与废水，2017，48（6）：38-44.