龍巖市某縣污水處理廠提標改造工程設計探討

戴楊麗

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350002）

0 引言

為響應國務院提出的《水污染防治行動計劃》的要求，福建省2015年出臺《水污染防治行動計劃工作方案》，要求全面提高流域水質及污水處理廠排放標準。目前，常用的污水深度處理工藝有“高效沉淀+過濾”、磁混凝沉淀及反硝化深床濾池。其中，“高效沉淀+過濾”與磁混凝沉淀工藝的除磷效果較好，但磁混凝沉淀的藥劑費用及運營成本較高；反硝化深床濾池側重于脫氮。高效沉淀池因為具有絮凝沉降效果好、沉淀分離速度快、污泥濃度高、出水水質好、占地面積小、表面負荷高、處理效率高的優點，所以在污水廠提標改造過程中得到廣泛應用［1-2］。精密過濾間的占地面積小，擁有較大的過濾面積，并且對SS（懸浮物）有極好的去除效果［3］，常與高效沉淀池配套使用。董超［1］對比研究北方和南方地區使用的幾種高效沉淀池工藝，從運行效果、藥效情況、運行問題等進行總結，得出高效沉淀池可穩定去除TP（總磷）、SS、COD（化學需氧量）的結論。劉麗等［4］分析生活污水處理廠提標工程的運行情況發現，“高效沉淀池+精密過濾器”工藝出水優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）（簡稱《污水排放標準》）一級A排放標準；姚雨等［5］分析生活污水處理廠改造前后的出水指標，在污水處理廠提質工程中采用“高效沉淀池+精密過濾器”的深度處理工藝；實踐證明，該工藝能減少50%的占地面積，同時節省40%的投資額。龍巖市某縣污水處理廠提標改造工程項目的重點是除磷，擬選用對TP 處理效果好且運營成本較低的工藝，本文提出對該提標改造工程增設“高效沉淀池+精密過濾器”的深度處理工藝。

1 工程概況

龍巖市某縣污水處理廠建設規模為4 萬m3/d，生活污水處理服務范圍為周邊5 個鄉鎮，服務面積為19 km2。2009 年一期建設規模為2 萬m3/d，2018 年二期擴建至4 萬m3/d，工程投入運行以來，污水處理廠進水量逐年增長，日均進水量穩定達到4 萬m3/d。該污水處理廠原設計出水水質為《污水排放標準》中的一級B 標準。目前，污水處理廠出水的大部分指標能達到且優于《污水排放標準》中的一級B 標準。由于污水處理廠下游收納水體總磷環境容量有限，為保證下游水體功能達到要求，污水處理廠出水水質總磷需達到更高的標準（總磷≤0.2 mg/L），并且為響應環保部門關于改善江河水質狀況的要求，污水處理廠出水水質需提高到《污水排放標準》中的一級A 標準，因此需要對該污水處理廠進行提標改造。

2 提標改造設計方案

2.1 現有工藝及處理效果

某縣污水處理廠原工程污水處理方案為“一級預處理+二級生化處理”。一級預處理方案采用“粗、細格柵+旋流沉砂池”工藝；二級生化處理方案采用改進型Carrousel-2000 氧化溝工藝；尾水采用紫外消毒的方式；污泥采用“重力濃縮+藥劑調理+廂式壓濾”工藝脫水處理，處理后的污泥含水率降至60%以下，定期外運至垃圾衛生填埋場填埋。污水處理廠經過多年的運行和改造，出水水質除了TP 和糞大腸菌群數超本文提標改造的要求，其余指標均達到《污水排放標準》中的一級A 標準，改造前進、出水的水質指標見表1。

表1 改造前進、出水水質

2.2 提標改造進、出水水質的確定

為滿足某縣污水處理廠下游閩江流域段國控水質監測斷面達到地表Ⅲ類水質標準的要求，污水廠總磷要求提標至0.2 mg/L的Ⅲ類水質標準。在閩江流域河長制工作中，要求閩江干流及主要支流流域內現有的污水處理廠進行提標改造，出水指標由《污水排放標準》中的一級B 標準提高至一級A 標準。結合2021 年污水處理廠實際進水水質情況，確定本次提標改造工程設計的進、出水水質（表2）。

表2 提標改造工程設計進、出水水質

2.3 提標改造工藝流程

提標改造在原有生化工藝改進型Carrousel-2000氧化溝工藝的基礎上，增加深度處理工藝。深度處理工藝新建高效沉淀池、精密過濾車間，進一步去除TP、CODcr和SS；將原紫外線消毒池改為接觸消毒池，使處理后的水含有一定的余氯，以起到持續消毒的作用。當進水BOD5（生化需氧量）偏低時，在氧化溝前補充碳源（乙酸鈉），強化好氧段硝化及缺氧段反硝化的效果，提高生物脫氮效率。改造后的工藝流程如圖1所示。

圖1 改造后的工藝流程 （單位：cm）

2.4 原有構筑物的復核計算

2.4.1 氧化溝

對氧化溝工藝進行復核計算，污水處理廠現狀出水水質為《污水排放標準》中的一級B標準，氧化溝總池容為25 442.25 m3；總停留時間為15.27 h，其中厭氧區停留時間為1.62 h，缺氧區停留時間為2.50 h，好氧區停留時間為11.15 h；BOD污泥負荷為0.054kgBOD5/（kgMLSS·d）。根據本次設計的《污水排放標準》的一級A標準進水水質及出水水質（其中出水總磷按TP≤0.2 mg/L 的要求執行）核算，氧化溝各區池容、停留時間及BOD 污泥負荷均滿足本次提標改造去除COD、BOD5、氨氮、TN（總氮）的要求。

本工程將TN 從進水的50 mg/L 處理至15 mg/L，根據TN 去除率計算混合液回流比為133%，現狀混合液回流比為300%，滿足提標改造要求。

根據本次提標改造工程的進、出水水質指標，計算氧化溝需氧量為1 052 kgO2/h，現狀氧化溝設置9臺126 kgO2/h 的表曝機，總供氧量為1 134 kgO2/h，滿足提標改造的要求。當進水的BOD5偏低時，需向氧化溝補充碳源（乙酸鈉），進一步提高COD、BOD5、氨氮、TN的去除率。

2.4.2 污泥處理

本次新增污泥量（剩余污泥量+化學污泥量）為967 kg/d，加上原污泥量5 200 kg/d，總污泥量為6 167 kg/d。經計算，現狀污泥濃縮池面積、調理池有效容積及廂式壓濾機過濾總面積均滿足提標改造后的總污泥量處理要求。

經核算，現狀氧化溝及污泥濃縮、脫水設備均滿足本次提標改造的需求，故本次提標改造不需要對現狀氧化溝、污泥濃縮池、調理池及廂式壓濾機進行改造，僅涉及新增建（構）筑物。

3 提標改造工藝實施

本次提標改造考慮廠區的總體布置時，經過方案比較，結合現狀處理構筑物位置及新增用地的可行性，將深度處理用地布置于廠區的西側，靠近現有一、二期生產區域，便于管理及管線銜接。

本工程新建二次提升泵房、高效沉淀池、精密過濾車間、接觸消毒池、加藥間，各建構筑物主要尺寸見表3。

表3 提標改造工程主要構筑物尺寸表

3.1 二次提升泵房

廠區新建1座二次提升泵房，將現狀二沉池出水提升至深度處理設施。二次提升泵房主要設計參數如下：提升泵為潛水軸流泵，共3 臺（2 用1 備），Q（流量）=960 m3/h，H（揚程）=10 m，N（功率）=45 kW，變頻。

3.2 高效沉淀池

高效沉淀池作為深度處理中除磷的主要構筑物，其單體的設計對本次提升改造工程有決定性的作用。高效沉淀池將快速混合、絮凝、沉淀分離工藝集成，是一種具有外部回流功能的污泥接觸式沉淀澄清工藝，在污水深度處理中，可去除TP、SS，同時可消除硬物及重金屬等污染物。高效沉淀池剖面圖如圖2所示。

圖2 高效沉淀池剖面圖 （單位：cm）

3.2.1 混合池

污水進入混合池，與投加的混凝劑聚合氯化鋁（PAC）進行快速混合，混凝劑的水解使水中的SS 脫穩，同時原水中的磷和混凝劑發生反應形成磷酸鹽，去除水中溶解性的磷。

本工程的高效沉淀池設置為1座2組，混合段分為2組，呈對稱布置。單個混合池的尺寸為3.0 m×3.0 m×3.5 m；混合池的混合時間為1.24 min，攪拌速度梯度G值設置為700～1 000 s-1；每個混合池設置一臺功率為3.0 kW的變頻混合攪拌器。

3.2.2 絮凝池

混合后的污水進入絮凝池后，在絮凝池投加高分子絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM），與沉淀池回流的污泥進行慢速攪拌，完成絮凝反應，循環固體可加速絮凝過程并促進形成密實、均勻的絮體顆粒。

混合液通過絮凝反應池底部的管涵進入導流筒，在導流筒的中部、攪拌器的下方設置絮凝劑投加管，混合液在導流筒和攪拌器的配合作用下進行絮凝反應。絮凝攪拌器不僅起到攪拌的作用，更重要的是和導流筒共同作用，完成水力的提升，使水從導流筒內部快速上升，然后從四周擴散下來，形成污泥內循環，產生8～10倍的進水提升循環量，極大地提高了絮凝效果。攪拌器的攪拌速度應與絮凝過程相匹配。

本工程設計的單個絮凝池尺寸為6.5 m×6.5 m×5.0 m，絮凝反應時間為8.5 min，攪拌速度梯度值G取30～60 s-1。每個絮凝池設置一臺功率為11 kW 的變頻絮凝攪拌器。本區設置的污泥回流量占進水量的5%。

3.2.3 斜板沉淀和污泥濃縮區

絮凝池的出水進入沉淀池的預沉降區，污泥進入沉淀池底部，清水通過斜板流入池頂的集水槽；大部分懸浮固體在預沉降區直接分離，剩余的絮凝顆粒在斜板中被去除。沉淀池底部設置帶柵條濃縮功能的刮泥機，濃縮后的污泥一部分回流到快速混合池出水端，剩余的高濃度污泥經排放處理，進一步去除TP和SS。

單個沉淀池的尺寸為15.9 m×15.9 m×8.6 m。為保證出水總磷達標，沉淀區表面水力負荷取較低值，平均表面水力負荷為4.32 m3/m2·h；峰值表面水力負荷為7 m3/m2·h；斜板斜長為1.0 m，斜板傾角為60°。設置2 臺功率為0.75 kW 的中心傳動刮泥機（直徑為16 m）。

3.2.4 污泥回流及排放泵房

考慮到單體的緊湊性，出于節約占地的目的，本工程高效沉淀池的污泥回流及排放泵房設置于絮凝池下方。

泵房內設置污泥回流泵3臺（2用1備），Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW；污泥泵3臺（2用1備），Q=100 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW。

3.3 精密過濾車間

高效沉淀池出水經過精密過濾車間，可去除污水中以懸浮狀態存在的各種雜質，提高污水處理廠的出水水質，使處理水的SS達到排放標準。

精密過濾車間設置2套精密過濾器，單套處理能力為3 萬t/d，N=0.75 kW；單套精密過濾器配套反沖泵1 臺，N=4.0 kW；ZAQF1200×1200 閘門1 臺，L×H=1 200 mm×1 200 mm，單向受壓暗桿式，配手電兩用啟閉機，N=4 kW。

3.4 接觸消毒池

在接觸消毒池投加次氯酸鈉，對生化處理污水進行消毒，使大腸桿菌≤1 000個/L，出水達到《污水排放標準》中的一級A 標準的要求。新建接觸消毒池的停留時間為1.11 h。

3.5 加藥間

需加藥的工藝涉及氧化溝、高效沉淀池及接觸消毒池。加藥設備用于投加乙酸鈉、PAM、PAC（聚合氯化鋁）、次氯酸鈉等藥劑，主要由溶藥設備、儲罐和投加泵組成。主要設備構成如下：①乙酸鈉儲罐4個，體積V=20 m3；②乙酸鈉加藥泵1 臺，Q=650 L/h、H=3.5 bar、N=0.75 kW；③PAM 自動泡藥機1 臺，Q=2 000 L/h，N=3.0 kW；④PAC 儲 罐2 個，V=20 m3；⑤PAC 加藥泵1 臺，Q=200 L/h、H=7 bar、N=0.37 kW；⑥次氯酸鈉儲罐2 個，V=20 m3；⑦次氯酸鈉加藥泵1臺，Q=200 L/h、H=7 bar、N=0.37 kW。

4 結論

（1）經濟技術指標。某縣污水處理廠占地面積為7 680 m2，工程總投資為4 191.34 萬元。提標改造工程新增污水處理收費為0.871 元/噸，財務內部收益率（所得稅后）為8.01%，略大于假設的基準收益率（8.0%）；財務凈現值（所得稅后，i=8.0%）為3.81 萬元；工程靜態投資回收期9.29 年（含建設期）。以上分析指標說明，項目產生了一定的經濟效益，在經濟上具有可行性。

（2）排放指標。某縣污水處理廠進水水質較好，改造前出水水質中僅糞大腸菌群數和總磷達不到《污水排放標準》中的一級A 標準。經工藝方案論證，污水處理廠增加“高效沉淀池+精密過濾車間+接觸消毒”工藝，對污水進行深度處理，除磷效果較好，糞大腸菌群數達標至一級A標準。

本工程的實施不僅可以改善下游江河的水質，減少排放的污染物總量，而且對促進地方經濟的可持續發展及提高城市形象具有重要的意義。