北方某长流程污水处理厂处理工艺设计探讨

摘 要：【目的】以北方某畜牧业城市的新建污水处理厂为例，探讨长流程污水处理工艺。【方法】分析进水指标、特征污染物，采用“水解酸化+生物池+混凝沉淀+反硝化深床滤池+超滤膜”核心工艺，合理布置、节约用地。【结果】经该污水处理工艺处理后，出水稳定达到一级A标准。【结论】研究结论可为类似地域和生活污水特质的处理项目提供实践指导和理论参考。

关键词：污水处理；特征污染物；长流程；畜牧业

中图分类号：X703" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）09-0114-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.024

Discussion on the Design of Treatment Process for a Long-Process Wastewater Treatment Plant in Northern China

LIU Fan JI Haixia

（Beijing General Municipal Engineering Design amp; Research Institute， Beijing 100082，China）

Abstract： [Purposes] Taking a newly built sewage treatment plant in a northern animal husbandry city as an example， this paper discusses the long-process sewage treatment process.[Methods] The influent indicators and characteristic pollutants were analyzed， and the core process of \"hydrolysis acidification+biological tank+coagulation sedimentation+denitrification deep bed filter + ultrafiltration membrane\" was adopted to reasonably arrange and save land use.[Findings] After the treatment of the process， the effluent stably met the first-class A standard.[Conclusions] The purpose is to provide practical guidance and theoretical support for similar regional and domestic sewage treatment projects.

Keywords： sewage treatment; characteristic pollutants; long-process; animal husbandry

0 引言

我国地域辽阔，基于生活、环境、饮食等差异，各地市政污水中的污染物指标及含量有所不同，对生活污水处理工艺选取有较大影响［1-2］。一般而言，我国南方年降水量较大，污水处理厂处理水质受降水影响较大，雨季污染物受到稀释浓度降低，污水处理工艺流程较常规，生物处理停留时间较短。我国北方地区较干旱，污染物浓度较高，冬季寒冷，不利于微生物新陈代谢，污水处理工艺会出现长流程工艺，生物处理停留时间较长［3］。

北方某畜牧业城市新建污水处理厂，因受当地产业结构和饮食习惯影响，当地污水中污染物浓度远高于其他城市污水。除常规污染物外，还包含油脂、动物血液、碎肉、骨渣、毛及粪便等特殊物质，导致进水水质复杂。同时，进水化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、水质中的悬浮物（suspended substance，SS）、总氮含量较高。针对上述问题，通过对进水指标及特征污染物进行分析，进而确认处理工艺。围绕主要有机污染物削减路线选择的同时，也考虑到系统对SS去除和脱氮除磷的需求。

本研究以该污水处理厂为例，对比分析了预处理、生化处理、深度处理工艺、污染物去除方法及设计方案，可为其他类似污水处理项目提供参考。

1 工程概况

北方某生活污水处理厂，于2023年建成投产。粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池，以及附属用房土建规模为4万m3/d，设备规模为2万m3/d，其余建、构筑物设备及土建规模均为2万m3/d，占地面积为4.7 hm2。出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。工艺采用以“水解酸化+生物池+混凝沉淀+反硝化深床滤池+超滤膜”作为核心工艺的工艺流程，污泥处理采用板框脱水工艺。设计进出水水质见表1。

本工程处理进水以生活污水为主，同时含有企业排放污水。调研发现，当地污水管网的管控不完善，随工业企业不断增加，污水处理厂进水各项污水指标严重超过原设计标准。当地产业结构主要为奶制品制造企业、生物制肽业、畜牧业与屠宰业等。进水COD、SS、总氮浓度高、处理难度大，过高污染物浓度直接影响生物脱氮除磷效率，流程上增加预处理单元削减一部分有机物及SS。同时，为保证处理后水质达标，生化段后增设深度处理单元对出水COD、TN、NH3-N进行把关。在围绕有机物处理选择工艺路线的同时，结合系统脱氮除磷需求，综合考虑投资、运行、维护等方面因素，确定合理的工艺流程。

2 工程设计

2.1 工艺流程及厂平面布置

本工程工艺流程较长，各构筑物单元需集约布置，减少水力转折，节约厂区费用。厂区平面布置如图1所示。按照功能进行分区，包括生产管理区、水处理生产区，共有建（构）筑物15座。平面布置上将水厂生产管理区与生产区通过绿化景观带有效分隔。

生产区包括污水处理系统和污泥处理系统两部分。污水处理系统包含粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉沙池、隔油池、膜格栅及提升水池、水解酸化池、生物池及污泥泵房、二沉池及集配水井、深度处理车间、超滤膜车间、再生水池及再生水泵房等。污泥处理系统主要包括污泥脱水系统。

厂区东北角为远期预留用地，地块完整，确保工程远期建设对厂区运行影响降到最低。

2.2 预处理工艺选择

本工程进水污染物浓度较高，COD、SS及TN等指标含量偏大，若不处理直接进入后续生物单元，将直接影响工艺的处理效果，导致出水不达标和设备堵塞。需进行预处理，降低后续生物处理的负荷，增加污水处理厂运行稳定性。

2.2.1 进水杂质及SS去除。分析该市现状污水处理厂进水情况，进水杂质较多且杂质体量大，特殊物质主要为动物血液、碎渣、毛发、油脂等。通过设置格栅对污染物进行拦截。一共设置4级格栅，空隙间距为30 mm和10 mm两级粗格栅、空隙间距3 mm细格栅、空隙间距1 mm精细格栅。

SS去除可通过设置沉砂池，在去除砂的同时降低SS含量。目前主流工艺沉砂池有旋流沉砂和曝气沉砂两种。研究表明，旋流沉砂池去除砂渣中，砂粒主要集中在0.15 mm以上，占比为96.02%。而曝气沉砂池砂粒主要集中在0.096 mm以上，占比为99.16%［4］。因此，曝气沉砂池对较小砂粒有更好的去除效果。同时，曝气沉砂池曝气过程中砂粒间会相互摩擦，可裹挟去除砂粒表面附着的油脂，有很好隔油效果，有利于后续对砂的处置，综合后本次采用曝气沉砂池为主要除砂工艺。

一般工程经验认为，原水SS在400 mg/L以下时，可考虑不设置沉淀单元。本次进水SS含量847.24" mg/L，须设置沉淀单元。当地污水中动物油脂体量较大，隔油沉淀池可以去除污水中悬浮的动植物油及去掉大部分的SS。设计油脂去除率约为80%，悬浮物去除率约为30%。本次在流程上增加隔油沉淀池。

2.2.2 有机污染物去除。因进水中COD、总氮等指标较高，沉淀后直接进入生化处理会导致生物池的后续处理负荷变大，流程变长。故需设置有机物预处理单元。

污水预处理去除有机物的方法可以分为2大类：物理化学预处理和生物预处理［5-6］。考虑到传统物理化学法药剂成本较高，且易造成二次污染。水解酸化对难降解有机物的降解更具优势。本工程进水COD含量852.2 mg/L，BOD5含量359.2 mg/L，B/C值约为0.42。经水解酸化后，出水中B/C值可进一步提高20%～50%，使后续好氧处理工艺的选择范围更为灵活。本次有机物预处理拟采用水解酸化处理工艺。

2.3 生化处理工艺选择

生化处理主要负责去除有机物，同时兼具脱氮除磷。污水能否进行生化处理从以下指标进行分析。

2.3.1 BOD5/CODCr。BOD5/CODCr值是用可评价污水的可生化性的广泛采用的一种最为简易的方法，参考数据见表2。

本工程B/C值约为0.42，采用生物处理方法进行处理是较为经济合理的方法。

2.3.2 BOD5/TN。BOD5/TN值可作为分析污水能否采用生物脱氮的指标之一。BOD5/TN＞3～5，在工程上即可认为污水碳源足够，满足硝化菌代谢需要。本工程进水BOD5浓度为359.2 mg/L，TN浓度为110.8 mg/L，BOD5/TN=3.24，碳源满足条件，采用生物脱氮时，可保证反硝化的顺利进行。

2.3.3 BOD5/TP。低分子易降解的有机物诱导磷释放的能力较强，高分子难降解的有机物诱导磷释放的能力较弱，所以较高的BOD5负荷可以取得较好的除磷效果。工程中认为进行生物除磷的低限是BOD5/TP=20。本工程BOD5浓度为359.2 mg/L，TP浓度为14.3 mg/L，BOD5/TP=25，适合采用生物除磷工艺。

工艺选择上，传统A2/O工艺，总氮理论极限去除率为80%（400%回流），本工程总氮去除率要求达到86.5%，传统A2/O工艺无法实现。多段A2/O工艺是对传统工艺的优化升级，具有更好的脱氮除磷能力。工艺前端保留传统的A2/O段处理工艺，增加后置缺氧段，低浓度硝化液进入后置缺氧段时混合部分原水，增加碳源含量，使内源反硝化状态加快，从而提高反硝化效率，得到无硝酸盐出水。增加第二好氧段，可以去除后置缺氧段引入的氨氮。据研究，多段A2/O过工艺，氮去除率可达80%～85%或更高，因此本次设计采用多段A2/O工艺。

2.4 深度处理工艺选择

经过生物处理后，污染物大幅下降，但距离出水达标仍有一定差距。预测本工程二级出水及达标出水污染物分析见表3。

二级出水受限于生化单元处理效率，出水TN、SS、TP不能达标，需要进一步去除。

混凝、絮凝沉淀工艺能除磷90%～95%，CODcr、BOD5和SS的去除率分别可达到60%、60%和85%，是有效的深度处理方法。对于超标的TN，二级出水后主要以NOX-N形式存在。采用反硝化深床滤池，可利用反硝化细菌将NOx-N转换成N2，完成脱氮反应过程。故本次采用絮凝沉淀及反硝化深床滤池工艺作为深度处理工艺。同时为确保再生水水质安全，根据当地用水部门要求，工程增设超滤膜系统，在水质波动时进行把关。

通过以上分析，最终确定本项目工艺流程为“预处理+水解酸化池+多段A2/O生物池+二沉池+絮凝沉淀及反硝化深床滤池+超滤”如图2所示。

2.5 主要设计参数

水解酸化池：采用升流式，停留时间8 h，上升流速为0.36 mm/s。

多段A2/O生物池：分为2个系列，有效水深7.2 m，总设计停留时间39.5 h，设计污泥浓度为2 500～4 000 mg/L，污泥回流比为50%～100%，混合液最大回流比为300%。

絮凝沉淀池：分为2个系列，絮凝时间15 min，沉淀区峰值表面负荷7.08 m3/（m2/h），上升流速1.97 mm/s。主要包括混凝反应池、絮凝反应池、斜板沉淀池。

反硝化深床滤池：分为4个系列，过滤面积为165 m2，平均流量滤速为5.08 m/h，峰值滤速为7.59 m/h。

2.6 工程投资及成本

本工程概算总投资为2.84亿元，其中工程费投资约2.47亿元，污水处理厂部分工程费1.95亿元，管线部分工程费0.52亿元。年单位处理成本为5.79元/m3，单位经营成本为4.12元/m3。

3 结论

对于畜牧业、屠宰业类生活污水，预处理阶段应采用多级格栅，降低后续生化处理设备的负担。深度处理阶段，应针对SS、TP、TN设置处理单元。工程以“预处理+水解酸化池+多段A2/O生物池+二沉池+絮凝沉淀及反硝化深床滤池+超滤”为核心工艺，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。可为同类型其他污水处理厂设计路线选择提供借鉴。

参考文献：

［1］郭泓利，李鑫玮，任钦毅，等.全国典型城市污水处理厂进水水质特征分析［J］.给水排水，2018，54（6）：12-15.

［2］李锦.城市污水处理厂运行对比分析［J］.皮革制作与环保科技，2022，3（19）：123-126.

［3］归显扬，陈岗.高排放标准污水处理厂设计：以某北方污水处理厂为例［J］.云南化工，2023，50（2）：127-130.

［4］张春艳，董涛，乔万玺，等.旋流沉砂池和曝气沉砂池除砂效果对比［J］.水处理技术，2014，40（2）：54-56.

［5］高红英，张博.城市污水预处理方案改良设计［J］.科技与创新，2019，（23）：24-25，29.

［6］胡广杰，王素兰，魏锐，等.水解酸化工艺预处理混合型城市污水［J］.环境工程，2012，30（5）：17-20，27.