低温低碳条件下污水处理厂提标改造
——以乌市某污水处理厂为例

李 建，王 磊，王海梅，马小蕾，刘海茹，雷克刚

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000)

近年来全国各城市快速发展，水环境污染问题日趋严重。2015年4月国务院发布“水十条”明确现有城镇污水处理设施要因地制宜进行改造[1]，要求2020年底前达到相应排放标准或再生利用要求。随后，北京、天津、浙江等发达城市颁布了地方标准，对污水处理厂出水污染物排放要求更严格，尤其对氮、磷指标提出了更高的要求，甚至优于一级A标准。根据《城镇水务统计年鉴(2020)》统计数据可知，至2019年，全国1 522座城镇污水处理厂中出水水质达到一级A标准的污水处理厂数量占比为77%，规模占比为87.63%。

乌市某污水处理厂总处理规模为40万m3/d，共分两期建设，分别于1997年和2009年投产运行。污水处理工艺采用AB两段活性污泥法，工程建设时设计出水水质为国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)二级标准，且氮、磷不做处理。目前，污水处理厂出水水质不能满足国家要求，需对其进行提标改造，由于资金问题等，污水处理厂提标工程计划分三期逐步实施。

本文主要介绍了该污水处理厂一期提标工程设计方案，一期提标工程设计规模为20万m3/d，工艺采用“两级曝气生物滤池+高密度沉淀池+UV消毒”。提标工程投入运行后出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。

1 污水处理厂现状概况

根据多年运行数据可知，污水处理厂出水水质除氮、磷外，CODCr、BOD5、SS等均达到二级排放标准。

原污水处理厂设计规模共40万m3/d，污水处理工艺为AB两段活性污泥法，污水处理工艺流程如图1所示。

图1 污水处理工艺流程Fig.1 Flow of Wastewater Treatment

污泥处理采用机械浓缩、一级中温消化、机械脱水方案，沼气用于沼气发电机及燃气锅炉，通过沼气储柜调节储气量后，多余沼气自动点燃沼气火炬在大气中燃烧，污泥处理工艺流程如图2所示。

图2 污泥处理工艺流程Fig.2 Process Flow of Sludge Treatment

污水处理厂以下存在问题。

(1)污水处理厂由外资公司特许经营，经营年限为23年，经营期至2028年；外资公司经营期内污水处理厂出水水质考核指标不作改变。因此，提标工程的实施不能在原厂进行，且不能影响原厂的正常运行。

(2)污水处理厂采用AB法，对CODCr、BOD5去除效果较好，对TN几乎没有去除效果[3]；其出水C/N小，可生化性较差，碳源严重不足。为确保提标工程出水水质达标，需投加大量碳源使反硝化脱氮正常进行；合理选择碳源、降低运行成本是本次提标工程的重点。

2 提标工程设计方案

2.1 工程选址

为了便于整体协调、操作及管理，节省投资，提标工程厂址确定在污水处理厂北侧，和现状污水厂毗邻相建。

2.2 设计进、出水水质

提标工程设计进水水质结合现状污水处理厂设计及实测出水水质取值；出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，取值如表1所示。

表1 设计进、出水质Tab.1 Designed Water Quality of Influent and Effluent

2.3 碳源选择

本工程需投加大量碳源使反硝化脱氮正常进行，可保证出水TN稳定达标。因此，外加碳源选择时需考虑经济成本，同时兼顾安全性。本工程选择甲醇作为碳源，具有运行成本较低的特点，但甲醇遇热源和明火有燃烧和爆炸的危险[4]。因此，设计时采取甲醇储罐埋地、甲醇投加间及甲醇储罐，设置甲醇泄漏监测报警装置，甲醇系统距周边建筑物距离满足相关规范要求等措施，确保甲醇系统安全运行。

2.4 工艺方案

针对乌市地处高纬度寒冷干旱地区的特点和污水处理厂设计出水水质要求，本工程工艺方案不但具有占地省、投资小、经济、安全可靠的特点，而且该工艺在冬季低温环境下依然有较好的处理能力，能够保障出水水质达标稳定。本工程通过综合比选后选择“两级曝气生物滤池+高密度沉淀池”工艺，污水及污泥处理工艺流程如图3所示。

高密度沉淀池主要目的是去除SS以及TP。混凝池、絮凝池与高密池沉淀池合建，设置在高密度沉淀池前端。在混凝池、絮凝池分别投加混凝剂及絮凝剂，可加快混合及絮凝的速度；经过反应后的污水从高密池斜板底部流入，并向上流动，沉淀池出水在顶部翻过收水堰至集水槽出水。

2.5 主要建、构筑物设计

(1)细格栅间

格栅间设置3 mm的细格栅4台，防止污水中的纤维及头发等杂质进入滤池，有效减少滤池的反冲洗次数，降低运行费用。

(2)两级曝气生物滤池

(3)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设置1座混凝池和絮凝池。单座混凝池容积为36 m3，单座絮凝池容积为252 m3，单座高密池直径φ=13 m，斜管长度为1.04 m，斜管安装角度为60°，斜板投影面积为128 m2，沉淀区水力负荷为8.2～11.5 m/h。

PAC和PAM制备及投加系统单独设置在加药间，药剂通过投药泵投加至混凝池及絮凝池，浓度为10%的PAC投加量为1.2 kg/m3，PAM投加量为0.6～1.2 mg/L，制备浓度为2 g/L。

(4)UV消毒池

消毒工艺采用紫外线污水消毒设备对污水进行消毒，该方法是物理过程，安全且接触时间短。高密度沉淀池出水至UV消毒池，消毒后尾水排放至现状渠道，本工程设置4套低压高强紫外灯管，灯管共400根。

(5)甲醇投加系统

甲醇储存系统：设置2个90 m3甲醇储罐，可储存6 d用量，甲醇储罐设置在全地埋钢筋混凝土池内，池中填砂，池内设集水井并配置液位监测仪，可监测甲醇储罐泄漏。

甲醇投加系统：投加间设在地上，设置4台计量泵，单台投加量为659 L/h，房间内易泄露甲醇的部位设置甲醇检测报警器，随时监测泄漏情况，当甲醇蒸汽在空气中的浓度达到其爆炸下限的2.0%～2.5%时(即浓度为1.5%)，便发出声光信号报警，以提示运维人员尽快进行排险处理。

(6)污泥系统

为减少泥渣对外排放，减少环境污染，将高密池排放的浓缩排泥水，通过离心脱水机分离为泥饼及滤液，泥饼外运填埋，滤液可排放至废水排放系统，通过提升泵回流至本厂进水。本工程配置3套脱水机，2用1备，单台处理量为30～40 m3/h。

3 运行效果分析

提标工程于2015年年底完成，现已投产运行6年，其出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准，且个别污染物指标优于设计标准，2020年1月—12月该工程进、出水水质的平均值、最高值和最低值数据如图4、图5所示。

图4 进水水质Fig.4 Water Quality of Influent

图5 出水水质Fig.5 Water Quality of Effluent

此外，乌市寒冷干燥，温度变化大，水温变化对CODCr的去除影响显著。夏季水温较高，污泥活性好，CODCr的去除效果好，出水浓度稳定在10～12 mg/L；但在冬季水温下降后，出水CODCr浓度上升至20 mg/L左右。这是由于冬季生物活性下降，对难降解污染物的处理效果变差。

4 结论

(3)此外，建议针对乌市再生水利用现状，考虑利用再生水处理工艺进一步去除难降解有机物和包括氮、磷在内的其他造成水体富营养化的可溶有机物。