隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水體納污能力嚴(yán)重不足，水環(huán)境污染問(wèn)題形勢(shì)嚴(yán)峻。近年來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)水污染的治理力度，出臺(tái)了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)和《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(水十條)等一系列標(biāo)準(zhǔn)和政策，要求重點(diǎn)流域、區(qū)域的城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)滿足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[1]。目前，我國(guó)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(qiáng)化二級(jí)處理工藝不能或難以穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，必須采用深度處理工藝進(jìn)行提標(biāo)改造。

目前，深度處理技術(shù)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(jí)氧化工藝等[2-8]，去除污染物的原理及種類也不盡相同。對(duì)于大部分城鎮(zhèn)污水處理廠來(lái)說(shuō)，由于排水體制問(wèn)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(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的主要因素[7]。深度處理工藝的選擇要結(jié)合各污水處理廠實(shí)際情況，因地制宜，全面考慮進(jìn)水水質(zhì)水量、出水水質(zhì)要求、工藝運(yùn)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(guò)濾工藝技術(shù)成熟可靠，通過(guò)投加絮凝劑沉淀(輔助化學(xué)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(biāo)改造中應(yīng)用廣泛。

1.1 項(xiàng)目背景

三峽庫(kù)區(qū)某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12萬(wàn) m3/d，原處理工藝為“預(yù)處理+AAO+二沉池+液氯消毒”，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。污泥經(jīng)脫水后外運(yùn)至水泥窯協(xié)同焚燒處置，尾水排入長(zhǎng)江，工藝流程如圖1所示。該廠主要服務(wù)沿線居民生活污水，服務(wù)人口約為44萬(wàn)人，服務(wù)面積約為12.2 km²,設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。為滿足環(huán)保要求，改善庫(kù)區(qū)水環(huán)境，按照水污染防治行動(dòng)計(jì)劃要求，對(duì)該廠進(jìn)行提標(biāo)改造，出水水質(zhì)由一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提升至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

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

表1 原設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
Tab.1 Designed Influent and Effluent Water Quality of Existing

1.2 實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)分析

該污水處理廠建成投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行情況良好，出水水質(zhì)均能滿足一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際進(jìn)水、出水水質(zhì)如表2所示。由表2可知，平均濃度和90%覆蓋率的實(shí)際進(jìn)水基本都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，95%覆蓋率的進(jìn)水TP和SS超過(guò)原設(shè)計(jì)值。該污水處理廠實(shí)際平均進(jìn)水BOD/COD為0.53，可生化性較好，提標(biāo)改造前TP和SS的一級(jí)A標(biāo)達(dá)標(biāo)率分別為69.9%、40.4%，而COD、BOD、TN、NH-N均能達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。因此，提標(biāo)改造的重點(diǎn)是進(jìn)一步削減TP和SS污染物指標(biāo)，使之穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表2 實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì) 
Tab.2 Actual Influent and Effluent Water Quality

1.3 實(shí)際處理水量分析

提標(biāo)改造前，實(shí)際處理水量如表3所示。由表3可知，由于該廠服務(wù)范圍內(nèi)雨污分流不徹底，進(jìn)水水量波動(dòng)較大，實(shí)際處理水量為6.19萬(wàn)～14.55萬(wàn) 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(guò)設(shè)計(jì)處理能力。因此，在提標(biāo)改造設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮深度處理工藝的耐水量負(fù)荷沖擊能力。

表3 實(shí)際處理水量
Tab.3 Actual Capacity of Water Treatment

2.1 提標(biāo)改造設(shè)計(jì)水質(zhì)

通過(guò)對(duì)實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行分析可知，雖然95%覆蓋率的TP和SS超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水值，但本次提標(biāo)改造主要是為了進(jìn)一步去除TP和SS。因此，提標(biāo)改造設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)按原設(shè)計(jì)考慮，不做調(diào)整。如存在進(jìn)水TP和SS超過(guò)設(shè)計(jì)值情況，可通過(guò)合理的工藝調(diào)控進(jìn)行控制，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 提標(biāo)改造工藝路線選擇

鑒于該污水處理廠用地緊張、進(jìn)水水量波動(dòng)較大，在選擇提標(biāo)改造工藝時(shí)，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(yùn)行成本。目前，國(guó)內(nèi)一級(jí)A提標(biāo)改造常見(jiàn)工藝為“絮凝沉淀+過(guò)濾”，通過(guò)化學(xué)除磷保證出水TP達(dá)標(biāo)，過(guò)濾后進(jìn)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(jī)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(chǔ)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(jī)械混合凝聚、機(jī)械強(qiáng)化絮凝、斜管沉淀分離3個(gè)過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，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(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、占地面積小、排泥濃度高等優(yōu)勢(shì)。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，絮凝沉淀單元選擇高效沉淀池。

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

表4 過(guò)濾工藝對(duì)比表
Tab.4 Comparison of Differen Filtration Processes

綜上所述，本項(xiàng)目提標(biāo)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(jìn)入高效沉淀池，通過(guò)絮凝沉淀后進(jìn)入濾布濾池進(jìn)一步降低SS，最終進(jìn)入接觸消毒池消毒后達(dá)標(biāo)排放。本次提標(biāo)改造保留原二沉池進(jìn)水PAC投加點(diǎn)，一方面通過(guò)化學(xué)除磷進(jìn)一步降低TP含量，以緩解后續(xù)工藝段的運(yùn)行負(fù)荷，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；另一方面通過(guò)投加PAC，增加污泥沉降性能，縮短沉降時(shí)間，以應(yīng)對(duì)進(jìn)水水量過(guò)大和污泥沉降性能較差導(dǎo)致的二沉池翻泥問(wèn)題。

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

2.3 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)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(shè)有4臺(tái)潛水軸流泵，3用1備，單臺(tái)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(wàn) 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(jìn)入高效沉淀池，經(jīng)過(guò)混合池混合攪拌、絮凝池絮凝反應(yīng)、沉淀區(qū)沉淀后，上清液經(jīng)集水槽收集進(jìn)水渠，最后進(jìn)入濾布濾池。為便于維護(hù)維修和減小運(yùn)營(yíng)成本，設(shè)置了超越管道，可根據(jù)實(shí)際情況采用高效沉淀池和濾布濾池聯(lián)合運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)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(shí)間為100 s；快速混合攪拌器2臺(tái)，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(shí)間為12 min；絮凝攪拌器4臺(tái)，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(fù)荷為12 m³/(m²·h)，傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，N=3.7 kW，D=16 000 mm；剩余污泥泵和回流污泥泵(轉(zhuǎn)子泵)各2臺(tái)，N=15 kW，H=20 m，Q=40～100 m3/h。斜管2套(斜長(zhǎng)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(shè)計(jì)處理水量為12萬(wàn) m3/d(高峰變化系數(shù)為1.30)，采用外進(jìn)內(nèi)出模式，濾布為聚酯纖維，濾布孔徑小于10 μm，設(shè)計(jì)平均濾速為7.3 m3/(h·m²)，有效過(guò)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(tái)，N=3.7 kW，H=17 m，Q=57 m³/h。

3.1 運(yùn)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(duì)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(xì)小顆粒隨出水進(jìn)入濾布濾池，易造成濾布濾池堵塞，且增加SS出水超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，過(guò)量投加PAM，會(huì)增加藥耗成本，同時(shí)，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(qiáng)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(zhì)。濾布濾池過(guò)水能力主要依靠液位進(jìn)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(yùn)行的關(guān)鍵。

借鑒錢(qián)志軍等[10]的研究成果，結(jié)合該污水處理廠實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)調(diào)試階段的摸索，確定該工程實(shí)際運(yùn)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(shí)排放，當(dāng)斜管區(qū)污泥上浮時(shí)，可提高排放量；濾布濾池液位高于3.0 m時(shí)自動(dòng)反沖洗。

3.2 運(yùn)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(jìn)行提標(biāo)改造后，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2018年實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)如表5所示。由表5可知，“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝對(duì)TP和SS的去除效果明顯。與提標(biāo)改造前實(shí)際出水水質(zhì)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(biāo)改造后進(jìn)、出水水質(zhì)
Tab.5 Influent and Effluent Water Quality after Upgrading and Reconstruction

提標(biāo)改造后，運(yùn)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(biāo)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(wàn)  m³)。

為了分析各深度處理單元對(duì)SS和TP的去除情況，本文對(duì)各深度處理單元進(jìn)出水TP、SS進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，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(jìn)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(duì)TP和SS的去除率分別為55.36%、35.92%，濾布濾池對(duì)TP和SS的去除率分別為19.64%、12.62%。由于進(jìn)水水量波動(dòng)較大，進(jìn)水水量為8.04萬(wàn)～14.08萬(wàn) m3/d，降低了高效沉淀池和濾布濾池的處理效果，導(dǎo)致出水TP、SS存在一定波動(dòng)，但各工藝段出水TP、SS均能穩(wěn)定達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)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(jìn)出水TP、SS濃度
Tab.6 Influent and Effluent Water Concentration of TP and SS in Each Advanced Treatment Process

針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)某污水處理廠SS和TP不能穩(wěn)定達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的情況，提標(biāo)改造采用“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，污染物的減排量進(jìn)一步提高，對(duì)當(dāng)?shù)厮�環(huán)境的改善和三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境保護(hù)有積極的作用，產(chǎn)生的環(huán)境效益顯著。本文從生產(chǎn)運(yùn)行的角度總結(jié)了高效沉淀池和濾布濾池工藝的控制要點(diǎn)，獲取了較為珍貴的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)同類型項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

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