導(dǎo)語：目前，國內(nèi)污水處理廠處理工藝中微生物對環(huán)境適應(yīng)，特別是水溫有一定要求。然而，北方地區(qū)冬季水溫偏低，在設(shè)計中如何應(yīng)對北方地區(qū)特殊氣候環(huán)境值得探討。同時，我國污水處理廠進水普遍面臨著碳源不足的問題。本文以烏魯木齊市某污水處理廠提標(biāo)改造工程為例，介紹低溫低碳條件下污水處理廠的提標(biāo)改造方案。

作者簡介

李建（1982— ），中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，研究方向為市政供排水

一級A為主流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2015年4月國務(wù)院發(fā)布“水十條”明確現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施要因地制宜進行改造，要求2020年底前達到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)或再生利用要求。隨后，北京、天津、浙江等發(fā)達城市頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)，對污水處理廠出水污染物排放要求更嚴(yán)格，尤其對氮、磷指標(biāo)提出了更高的要求，甚至優(yōu)于一級A標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)“城鎮(zhèn)水務(wù)統(tǒng)計年鑒（2020）”統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，至2019年全國1522座污水處理廠出水水質(zhì)達到一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠數(shù)量占比為77%，規(guī)模占比為87.63%。

污水處理廠提標(biāo)改造存在的共性問題

漢中市污水處理廠及西安市第三、四、五針對陜西省生活污水氨氮、總氮高，C/N比較低的特點，在生物池投加MBBR填料，提高生物段處理效率，并新建纖維轉(zhuǎn)盤濾池進一步去除污水中SS，經(jīng)改造后，上述污水處理廠出水水質(zhì)達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

成都第三、四、五、八污水處理廠將終沉池改造為MBR膜池，利用MBR膜的特性，使前端生化池形成超高濃度的活性污泥濃度，提高生化系統(tǒng)處理效率，達到出水水質(zhì)一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

甘南州合作市污水處理廠提標(biāo)擴建改造工程，改造前生物處理工藝為CASS工藝，改造時在CASS生物池后端增設(shè)兩級曝氣生物濾池進一步脫氮除磷，濾布濾池進一步去除SS，達到出水水質(zhì)一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求。

從以上污水處理廠提標(biāo)改造實例可以看出目前污水處理廠提標(biāo)改造的重點及難點一是如何進一步提高脫氮效率，二是如何解決污水處理廠進水有機物濃度偏低的問題。

項目背景

新疆維吾爾自治區(qū)在2019年提出了實施城鎮(zhèn)污水處理“提質(zhì)增效”三年行動方案，即三年內(nèi)實現(xiàn)所有城市、縣市污水處理能力全覆蓋。烏市地處歐亞大陸腹地，屬溫帶大陸性氣候，其特點是寒暑變化劇烈，極端最高氣溫為42.1 ℃，冬季最低氣溫可達到-41.5 ℃。由于烏市特殊的地理條件，年氣溫變化較大，污水處理廠設(shè)計時應(yīng)重點考慮秋冬季節(jié)水溫較低，氨氮、總氮高，C/N比較低等問題。

烏市某污水處理廠總處理規(guī)模為40萬m3/d，共分兩期建設(shè)，分別于1997年和2009年投產(chǎn)運行。污水處理工藝采用AB兩段活性污泥法，工程建設(shè)時設(shè)計出水水質(zhì)為國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）二級標(biāo)準(zhǔn)，且氮、磷不做處理。目前污水處理廠出水水質(zhì)不能滿足國家要求，需對其進行提標(biāo)改造，由于資金問題等污水處理廠提標(biāo)工程計劃分三期逐步實施。

污水處理廠現(xiàn)狀

根據(jù)多年運行數(shù)據(jù)可知，污水處理廠出水水質(zhì)除氮、磷外，CODCr、BOD5、SS等均達到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

原污水處理廠設(shè)計規(guī)模共40萬m³/d，污水處理工藝為AB兩段活性污泥法，污水處理工藝流程如圖所示。

污泥處理采用機械濃縮、一級中溫消化、機械脫水方案，沼氣用于沼氣發(fā)電機及燃?xì)忮仩t，通過沼氣儲柜調(diào)節(jié)儲氣量后，多余沼氣自動點燃沼氣火炬在大氣中燃燒，污泥處理工藝流程如圖所示。

污水處理廠以下存在問題。

（1）污水處理廠由外資公司特許經(jīng)營，經(jīng)營年限為23年，經(jīng)營期至2028年；外資公司經(jīng)營期內(nèi)污水處理廠出水水質(zhì)考核指標(biāo)不作改變。因此，提標(biāo)工程的實施不能在原廠進行，且不能影響原廠的正常運行。

（2）污水處理廠采用AB法，對CODCr、BOD5去除效果較好，對TN幾乎沒有去除效果；其出水C/N值小，可生化性較差，碳源嚴(yán)重不足。為確保提標(biāo)工程出水水質(zhì)達標(biāo)，需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行；合理選擇碳源，降低運行成本是本次提標(biāo)工程的重點。

提標(biāo)工程設(shè)計方案

為了便于整體協(xié)調(diào)、操作及管理，節(jié)省投資，提標(biāo)工程廠址確定在污水處理廠北側(cè)，和現(xiàn)狀污水廠毗鄰相建。

進出水質(zhì)

提標(biāo)工程設(shè)計進水水質(zhì)結(jié)合現(xiàn)狀污水處理廠設(shè)計及實測出水水質(zhì)取值；出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，取值如表所示。

碳源選擇

本工程需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行，可保證出水TN穩(wěn)定達標(biāo)。因此，外加碳源選擇時需考慮經(jīng)濟成本，同時兼顧安全性。本工程選擇甲醇作為碳源具有運行成本較低的特點，但甲醇遇熱源和明火有燃燒和爆炸的危險。因此，設(shè)計時采取甲醇儲罐埋地、甲醇投加間及甲醇儲罐設(shè)置甲醇泄漏監(jiān)測報警裝置，甲醇系統(tǒng)距周邊建筑物距離滿足相關(guān)規(guī)范要求等措施，確保甲醇系統(tǒng)安全運行。

工藝方案

針對烏市地處高緯度寒冷干旱地區(qū)的特點和污水處理廠設(shè)計出水水質(zhì)要求，本工程工藝方案不但具有占地省，投資小，經(jīng)濟、安全可靠的特點，而且該工藝在冬季低溫環(huán)境下依然有較好的處理能力，能夠保障出水水質(zhì)達標(biāo)穩(wěn)定。選擇“兩級曝氣生物濾池+高密度沉淀池”工藝，污水及污泥處理工藝流程如圖所示。

兩級曝氣生物濾池設(shè)置主要目的是去除NH4-N和TN，是一種高效的上流式生物膜污水處理工藝。兩級曝氣生物濾池包括硝化生物濾池及反硝化生物濾池。硝化生物濾池設(shè)置在前端，當(dāng)污水通過濾床時，氨氮被硝化菌氧化成硝酸鹽；反硝化生物濾池設(shè)置在后端，當(dāng)污水通過濾床時，硝酸鹽被還原成N2。

混凝池、絮凝池與高密池沉淀池合建，設(shè)置在高密度沉淀池前端。在混凝池、絮凝池分別投加混凝劑及絮凝劑，可加快混合及絮凝的速度；經(jīng)過反應(yīng)后的污水從高密池斜板底部流入，并向上流動，沉淀池出水在頂部翻過收水堰至集水槽出水。

提標(biāo)工程方案優(yōu)點：核心工藝采用兩級曝氣生物濾池具有占地小、運行費用低、剩余污泥量小、可處理低污染負(fù)荷水質(zhì)、抗沖擊負(fù)荷能力強、耐低溫、易掛膜、啟動快等特點。同時，兩級曝氣生物濾池結(jié)合高密池設(shè)置在二級處理系統(tǒng)后作為深度處理單元實施時不影響現(xiàn)狀污水處理廠正常運行，且可以高效去除污水中NH4-N、TN、TP和SS。

主要建、構(gòu)筑物設(shè)計

（1）兩級曝氣生物濾池

前置硝化濾池共16格，單格面積為173 m2，濾料粒徑為4.0 mm，濾料層厚度為3.5 m，平均濾速為3.7 m/h，峰值強制濾速為4.5 m/h，氨氮負(fù)荷為0.9 (kg·d)/m3；后置反硝化濾池8格，濾料濾徑為4.5 mm，濾料層厚度為3.5 m，平均濾速為5.1 m/h，峰值強制濾速為8.1 m/h，濾料硝酸鹽負(fù)荷為1.29 (kg·d)/m3。

（2）高密度沉淀池

高密度沉淀池共8座，每座高密度沉淀池前端各設(shè)置一座混凝池和絮凝池。單座混凝池容積為36 m³，單座絮凝池容積為252 m³，單座高密池直徑φ=13 m，斜管長度為1.04 m，斜管安裝角度為60°，斜板投影面積為128 m²，沉淀區(qū)水力負(fù)荷為8.2~11.5 m/h。

PAC和PAM制備及投加系統(tǒng)單獨設(shè)置在加藥間，藥劑通過投藥泵投加至混凝池及絮凝池，濃度10%PAC投加量為1.2kg/m³，PAM投加量為0.6~1.2 mg/L，制備濃度2 g/L。

（3）甲醇投加系統(tǒng)

甲醇儲存系統(tǒng)：設(shè)置2個90 m3甲醇儲罐，可儲存6 d用量，甲醇儲罐設(shè)置在全地埋鋼筋混凝土池內(nèi)，池中填砂，池內(nèi)設(shè)集水井并配置液位監(jiān)測儀，可監(jiān)測甲醇儲罐泄漏。

甲醇投加系統(tǒng)：投加間設(shè)在地上，設(shè)置4臺計量泵，單臺投加量為659 L/h，房間內(nèi)易泄露甲醇的部位設(shè)置甲醇檢測報警器，隨時監(jiān)測泄漏情況，當(dāng)甲醇蒸汽在空氣中的濃度達到其爆炸下限的2.0%~2.5%時（即濃度為1.5%），便發(fā)出聲光信號報警，以提示運維人員盡快進行排險處理。

（4）污泥系統(tǒng)

為減少泥渣對外排放，減少環(huán)境污染，將高密池排放的濃縮排泥水，通過離心脫水機分離為泥餅及濾液，泥餅外運填埋，濾液可排放至廢水排放系統(tǒng)，通過提升泵回流至本廠進水。本工程配置3套脫水機，2用1備，單臺處理量為30~40 m³/h。

運行效果

提標(biāo)工程于2015年年底完成，現(xiàn)已投產(chǎn)運行6年，其出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，且個別污染物指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

兩級曝氣生物濾池結(jié)合高密池工藝對污水中NH4-N、TN及TP去除效果顯著，去除率如下：NH4-N≥92%，TN≥75%，TP≥85%。

此外，烏市寒冷干燥，溫度變化大，水溫變化對CODCr的去除影響顯著。夏季水溫較高，污泥活性好，CODCr的去除效果好，出水濃度穩(wěn)定在10~12 mg/L；但在冬季水溫下降后，出水CODCr濃度上升至20 mg/L左右。這是由于冬季生物活性下降，對難降解污染物的處理效果變差。

結(jié)論

提標(biāo)工程在現(xiàn)狀污水處理廠后端增加“兩級曝氣生物濾池+高密度沉淀池”，采用兩級曝氣生物濾池具有占地小、運行費用低、剩余污泥量小、可處理低污染負(fù)荷水質(zhì)、抗沖擊負(fù)荷能力強、耐低溫、易掛膜、啟動快等特點。同時，兩級曝氣生物濾池結(jié)合高密池設(shè)置在二級處理系統(tǒng)后作為深度處理單元實施時不影響現(xiàn)狀污水處理廠正常運行，且可以高效去除污水中NH4-N、TN、TP和SS。

該工藝可以有效應(yīng)對烏市地處高緯度寒冷干旱地區(qū)的特點，在冬季低溫環(huán)境下依然有較好的處理能力，能夠保障出水水質(zhì)穩(wěn)定且達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)的要求，為低溫低碳條件下污水處理廠提標(biāo)改造工程提供了借鑒。

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