隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，水體納污能力嚴重不足，水環(huán)境污染問題形勢嚴峻。近年來，國家加大了對水污染的治理力度，出臺了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)和《水污染防治行動計劃》(水十條)等一系列標準和政策，要求重點流域、區(qū)域的城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質滿足一級A標準[1]。目前，我國城鎮(zhèn)生活污水普遍采用的處理工藝為活性污泥法，常規(guī)和強化二級處理工藝不能或難以穩(wěn)定達到一級A排放標準，因此，必須采用深度處理工藝進行提標改造。

目前，深度處理技術主要有高效沉淀池工藝、濾布濾池工藝、V型濾池工藝、深床反硝化濾池工藝、膜處理工藝、活性炭吸附工藝、高級氧化工藝等[2-8]，去除污染物的原理及種類也不盡相同。對于大部分城鎮(zhèn)污水處理廠來說，由于排水體制問題(主要是雨污分流不徹底)，SS和TP是制約大部分城鎮(zhèn)污水處理廠穩(wěn)定達一級A標準的主要因素[7]。深度處理工藝的選擇要結合各污水處理廠實際情況，因地制宜，全面考慮進水水質水量、出水水質要求、工藝運行穩(wěn)定性、改造難度、占地面積、施工難度方面等因素。絮凝沉淀和過濾工藝技術成熟可靠，通過投加絮凝劑沉淀(輔助化學除磷)以及濾料的攔截和篩濾作用，可有效去除污水中的TP、SS。因此，高效沉淀池、濾布濾池工藝以及兩種工藝的組合在城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造中應用廣泛。

1.1 項目背景

三峽庫區(qū)某城鎮(zhèn)污水處理廠設計處理規(guī)模為12萬 m3/d，原處理工藝為“預處理+AAO+二沉池+液氯消毒”，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。污泥經(jīng)脫水后外運至水泥窯協(xié)同焚燒處置，尾水排入長江，工藝流程如圖1所示。該廠主要服務沿線居民生活污水，服務人口約為44萬人，服務面積約為12.2 km²,設計進、出水水質如表1所示。為滿足環(huán)保要求，改善庫區(qū)水環(huán)境，按照水污染防治行動計劃要求，對該廠進行提標改造，出水水質由一級B標準提升至一級A標準。

圖1 原污水處理廠工藝流程
Fig.1 Flow Chart of Existing WWTP

表1 原設計進、出水水質
Tab.1 Designed Influent and Effluent Water Quality of Existing

1.2 實際進出水水質分析

該污水處理廠建成投運以來，運行情況良好，出水水質均能滿足一級B標準，實際進水、出水水質如表2所示。由表2可知，平均濃度和90%覆蓋率的實際進水基本都在設計范圍內(nèi)，95%覆蓋率的進水TP和SS超過原設計值。該污水處理廠實際平均進水BOD/COD為0.53，可生化性較好，提標改造前TP和SS的一級A標達標率分別為69.9%、40.4%，而COD、BOD、TN、NH-N均能達到一級A標準。因此，提標改造的重點是進一步削減TP和SS污染物指標，使之穩(wěn)定達到一級A標準。

表2 實際進、出水水質 
Tab.2 Actual Influent and Effluent Water Quality

1.3 實際處理水量分析

提標改造前，實際處理水量如表3所示。由表3可知，由于該廠服務范圍內(nèi)雨污分流不徹底，進水水量波動較大，實際處理水量為6.19萬～14.55萬 m³/d，平均處理水量為9.71 m³/d，其中，95%覆蓋率的處理水量超過設計處理能力。因此，在提標改造設計時，需充分考慮深度處理工藝的耐水量負荷沖擊能力。

表3 實際處理水量
Tab.3 Actual Capacity of Water Treatment

2.1 提標改造設計水質

通過對實際進出水水質進行分析可知，雖然95%覆蓋率的TP和SS超過設計進水值，但本次提標改造主要是為了進一步去除TP和SS。因此，提標改造設計進水水質按原設計考慮，不做調整。如存在進水TP和SS超過設計值情況，可通過合理的工藝調控進行控制，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

2.2 提標改造工藝路線選擇

鑒于該污水處理廠用地緊張、進水水量波動較大，在選擇提標改造工藝時，優(yōu)先選擇占地面積小、低能耗、處理效果穩(wěn)定可靠的成熟工藝，以減少工程投資，降低運行成本。目前，國內(nèi)一級A提標改造常見工藝為“絮凝沉淀+過濾”，通過化學除磷保證出水TP達標，過濾后進一步降低水中SS，確保出水SS小于10 mg/L。高效沉淀池是集機械混合、載體絮凝、斜管沉淀、污泥濃縮為一體的組合型沉淀池[9]。其原理是在傳統(tǒng)的沉淀池基礎上，充分利用速混合原理、接觸絮凝原理和淺池沉淀原理，把機械混合凝聚、機械強化絮凝、斜管沉淀分離3個過程有機結合起來，與普通的沉淀池相比，高效沉淀池具有絮凝沉淀效果好、沉淀速度快、表面負荷高、抗沖擊能力強、占地面積小、排泥濃度高等優(yōu)勢。結合本項目實際情況，絮凝沉淀單元選擇高效沉淀池。

過濾是深度處理工藝核心單元，常見的過濾工藝有氣水反沖洗均質濾池、高效纖維濾池、濾布濾池，表4就幾種常見過濾工藝進行對比。由表4可知，濾布濾池工藝具有運行管理方便、建設投資小、占地面積小、自動化程度高、水頭損失小等優(yōu)點。該工藝是近幾年發(fā)展起來的一種新型過濾裝置，主要依靠一定孔徑的濾布對水中有機物和SS的黏附及攔截作用，去除水中的固體顆粒物質，在城鎮(zhèn)生活污水處理廠提標改造中應用廣泛。

表4 過濾工藝對比表
Tab.4 Comparison of Differen Filtration Processes

綜上所述，本項目提標改造工程選擇“高效沉淀池+濾布濾池”作為深度處理工藝，改造后的工藝流程如圖2所示。二沉池出水經(jīng)提升泵提升后進入高效沉淀池，通過絮凝沉淀后進入濾布濾池進一步降低SS，最終進入接觸消毒池消毒后達標排放。本次提標改造保留原二沉池進水PAC投加點，一方面通過化學除磷進一步降低TP含量，以緩解后續(xù)工藝段的運行負荷，確保出水水質穩(wěn)定達標；另一方面通過投加PAC，增加污泥沉降性能，縮短沉降時間，以應對進水水量過大和污泥沉降性能較差導致的二沉池翻泥問題。

圖2 提標改造后的工藝流程
Fig.2 Flow Chart after Upgrading and Reconstruction

2.3 構筑物設計參數(shù)

2.3.1 中間提升泵房

新建中間提升泵房1座，用于將二沉池出水提升至高效沉淀池，提升泵尺寸：L×B×H=12.6 m×7.3 m×6.3 m，有效容積為579 m3。提升泵池內(nèi)設有4臺潛水軸流泵，3用1備，單臺Q=2 167 m3/h，H=3.0 m，N=30 kW。

2.3.2 高效沉淀池

新建高效沉淀池1座2組，單組處理水量為6萬 m³/d(高峰變化系數(shù)為1.30)，由混合池、絮凝池、沉淀池組成。二沉池出水經(jīng)提升泵提升后進入高效沉淀池，經(jīng)過混合池混合攪拌、絮凝池絮凝反應、沉淀區(qū)沉淀后，上清液經(jīng)集水槽收集進水渠，最后進入濾布濾池。為便于維護維修和減小運營成本，設置了超越管道，可根據(jù)實際情況采用高效沉淀池和濾布濾池聯(lián)合運行或單獨運行�；旌铣貑纬毓に嚦叽纾篖×B×H=3.0 m×3.0 m×8.0 m，有效容積為72 m³，混合停留時間為100 s；快速混合攪拌器2臺，N=11 kW，D=1 500 mm，G=300～500 s-1。絮凝池單池工藝尺寸：L×B×H=16 m×5.4 m×8.0 m，有效容積為691 m³，絮凝停留時間為12 min；絮凝攪拌器4臺，N=5.5 kW，D=2 500 mm，G=40～150 s-1。沉淀池單池工藝尺寸：L×B×H=16 m×16 m×8.0 m，有效容積為691 m3，表面負荷為12 m³/(m²·h)，傳動刮泥機2臺，N=3.7 kW，D=16 000 mm；剩余污泥泵和回流污泥泵(轉子泵)各2臺，N=15 kW，H=20 m，Q=40～100 m3/h。斜管2套(斜長為1.5 m，高度為1.3 m，厚度為1.1 mm，間距為80 mm)。

2.3.3 濾布濾池

新建濾布濾池1座3組，設計處理水量為12萬 m3/d(高峰變化系數(shù)為1.30)，采用外進內(nèi)出模式，濾布為聚酯纖維，濾布孔徑小于10 μm，設計平均濾速為7.3 m3/(h·m²)，有效過濾面積為678 m2。單組濾布濾池工藝尺寸L×B×H=12 m×9.0 m×4.0 m，配套反沖洗泵6臺，N=3.7 kW，H=17 m，Q=57 m³/h。

3.1 運行參數(shù)控制

高效沉淀池與濾布濾池組合工藝依靠混合、絮凝、沉淀、攔截去除TP、SS污染物。TP的去除主要由PAC投加量決定。PAM投加量對SS去除有較大影響，PAM投加量不足，不能絮凝形成較大礬花，細小顆粒隨出水進入濾布濾池，易造成濾布濾池堵塞，且增加SS出水超標風險，過量投加PAM，會增加藥耗成本，同時，易造成濾布濾池堵塞。污泥回流比的作用是增加顆粒物的含量和增強絮凝效果，適量的排放剩余污泥有利于維持污泥濃度和保持污泥的活性，防止污泥上浮影響出水水質。濾布濾池過水能力主要依靠液位進行控制，液位較高，表面濾布存在堵塞情況。因此，合理控制PAC投加量、PAM投加量、污泥回流量、剩余污泥排放量、污泥濃度、濾布濾池液位是確保工藝良好穩(wěn)定運行的關鍵。

借鑒錢志軍等[10]的研究成果，結合該污水處理廠實際情況，經(jīng)過調試階段的摸索，確定該工程實際運行的參數(shù)如下：PAC投加量為5.0 mg/L，有效鋁含量為16%；PAM投加量為0.25 mg/L；污泥回流量為100 m3/h；污泥濃度為1 500～2 500 mg/L，剩余污泥排放量根據(jù)污泥濃度適時排放，當斜管區(qū)污泥上浮時，可提高排放量；濾布濾池液位高于3.0 m時自動反沖洗。

3.2 運行效果分析

采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合深度處理工藝進行提標改造后，出水各項指標均達到設計要求。2018年實際進出水水質如表5所示。由表5可知，“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝對TP和SS的去除效果明顯。與提標改造前實際出水水質相比(表2)，平均出水TP降低了0.41 mg/L，平均出水SS降低了4.2 mg/L，TP削減量提高17.5 t/a，SS削減量提高157.7 t/a，環(huán)境效益明顯。由于高效沉淀池的沉淀作用和濾布濾池的攔截作用，出水COD、BOD、TN、NH₃-N均有一定程度的降低。

表5 提標改造后進、出水水質
Tab.5 Influent and Effluent Water Quality after Upgrading and Reconstruction

提標改造后，運行單耗也發(fā)生了變化，高效沉淀池工藝段PAC平均投加量為5.0 mg/L，PAM平均投加量為0.25 mg/L，提標改造新增電耗約為6.5×10-2 kW·h/m3，由于高效沉淀池投加了絮凝劑，干污泥產(chǎn)泥量增加了340 kg/(萬  m³)。

為了分析各深度處理單元對SS和TP的去除情況，本文對各深度處理單元進出水TP、SS進行了監(jiān)測，如表6所示。經(jīng)高效沉淀池處理后,出水TP和SS分別為0.25、6.6 mg/L;經(jīng)濾布濾池進一步處理后,出水TP和SS分別為0.14、5.3 mg/L。高效沉淀池對TP和SS的去除率分別為55.36%、35.92%，濾布濾池對TP和SS的去除率分別為19.64%、12.62%。由于進水水量波動較大，進水水量為8.04萬～14.08萬 m3/d，降低了高效沉淀池和濾布濾池的處理效果，導致出水TP、SS存在一定波動，但各工藝段出水TP、SS均能穩(wěn)定達一級A標準，說明高效沉淀池和濾布濾池工藝具有一定的抗水量沖擊能力。

表6 各深度處理工藝段進出水TP、SS濃度
Tab.6 Influent and Effluent Water Concentration of TP and SS in Each Advanced Treatment Process

針對三峽庫區(qū)某污水處理廠SS和TP不能穩(wěn)定達一級A標準的情況，提標改造采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。實際運行數(shù)據(jù)表明，各項出水水質指標均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準，污染物的減排量進一步提高，對當?shù)厮�環(huán)境的改善和三峽庫區(qū)水環(huán)境保護有積極的作用，產(chǎn)生的環(huán)境效益顯著。本文從生產(chǎn)運行的角度總結了高效沉淀池和濾布濾池工藝的控制要點，獲取了較為珍貴的實際生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，對同類型項目的設計和運行管理具有一定的指導借鑒意義。

參考文獻

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