归显扬,陈 岗
(安徽节源环保科技有限公司，安徽 合肥 230088)
随着我国城市化水平的不断发展，居民生活和企业生产用水量不断增长，产生和排放的污废水量也日益增多，这对我国城市污水处理设施的处理能力提出了更高的要求[1-2]。根据国家发改委等10个部门联合发布的《关于推进污水资源化利用的指导意见》 《城镇污水处理提质增效三年行动计划(2019-2021)》等文件要求，需对城镇污水进行进一步的处理。提高排放标准，同时减轻对环境水体的影响是污水处理未来的发展趋势[3]。
本文从实际工程案例出发，通过对处理工艺进行深入分析，探讨污水处理厂出水满足回用要求的技术手段，以期为国内其他类似行业和地区污水的设计提供参考。
某北方县规划建设污水处理厂一座，用于收集处理县工业园区和物流园区的工业废水和生活污水。根据此县产业发展总体规划，工业园区企业主要以石墨新能源材料制造、风电及机械产品制造、碳素新材料制造、电石及下游产品制造，以及特种合金产品制造、煤炭加工为主；
物流园区主要分为三大产业片区，发展以货物流、煤炭运输与仓储、有色矿产品运输与仓储、煤炭商贸业、第三方物流、保税物流等。
本污水处理厂工程分为三期建设，近期建成规模为 3000 m3/d，中期为 6000 m3/d，远期设规模为1.0×104m3/d，厂区征地面积为 26640 m2，其中近期工程占地面积为 13080 m2。
2.1 设计进出水水质
污水厂进水包含工业废水、石墨企业污水、生活污水等。因项目所在地水资源短缺，本污水处理厂处理后的出水主要回用于企业道路浇洒、绿化用水等，出水水质同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准和《城市污水再生利用 城市杂用水质》(GB/T 18920-2002)要求。设计进出水水质和处理程度详见表1所示。
2.2 处理工艺流程
本项目从CODCr、BOD5、SS、TN、NH3-N、TP等污染因子的去除因素进行预处理、生化处理及深度处理工艺的比选。
表1 设计进出水水质和处理程度
2.2.1 预处理工艺
从进水来源分析，本工程来水中颗粒物以无机颗粒为主。平流沉砂池具有构造简单、处理效果较好、运行费用低等优点，因此本工程设计中采用平流式沉砂池。
本污水处理厂收集部分工业污水，进水水质、水量存在波动。为了降低进水水质、水量的变化对生化处理工艺的影响，本项目设计了调节池，用于平衡进水水质、水量的冲击。
2.2.2 生化处理工艺
从设计进出水水质表(表1)看出，本项目进水CODCr含量较高，对TN、TP去除率都有较高的要求，采用常规的活性污泥处理工艺不能满足处理要求，必须采用具有脱氮除磷功能的生化处理工艺。同时，硝化和反硝化过程将成为控制生化处理单元设计的主要因素。
常见的具备脱氮除磷功能的活性污泥生化处理工艺有：1)A/O(厌氧/好氧)法；
2)改良型A/O法；
3)A2/O法；
4)改良型A2/O法；
5)倒置A2/O工艺；
6)MUCT工艺；
7)多模式A2/O工艺；
等等。改良型A2/O法作为一种成熟的处理工艺，相对于其他工艺，通过在生化池预缺氧区、厌氧区和缺氧区布置进水点，并根据进水浓度调节各点进水量，能充分利用污水内碳源，减少外加碳源投加量，从而降低运行成本；
通过在厌氧区前端增加预缺氧区，有利于后续单元除磷脱氮，减少回流污泥硝态氮的不利影响；
在好氧区后设置缺氧区、后好氧区，可以强化反硝化脱氮作用，提高对TN的去除率。因此本工程设计中采用改良型A2/O作为生化处理工艺，可以满足处理要求。
本工程进水中的工业污水经企业内部预处理后，难降解有机物占比较大，通过在好氧池设置水解酸化反应池，可去除10%～30%的CODCr和10%～20%的BOD5；
同时将污水中悬浮性有机固体和难生物降解的大分子物质(包括碳水化合物、脂肪和脂类等)水解成溶解性有机物和易生物降解的小分子物质，提高废水的可生化性[4]。
2.2.3 深度处理工艺
生化处理约可去除85%的SS和CODCr，出水须经深度处理，进一步去除SS、CODCr等后，才能满足回用要求。过滤是深度处理的关键。根据进水水质、生化处理后的出水水质特点，适合本工程的过滤滤池有：活性砂滤池、高效纤维滤池、滤布滤池和D型滤池。与传统砂滤池相比，D型滤池具有占地省、投资少、运行费用低、节能减排等优点；
与传统的纤维束/球滤池相比，具有反洗效果好、安全性能高、使用寿命长的优点。因此，本工程选择D型滤池作为深度处理核心工艺，可以满足处理要求。
2.3 处理工艺流程
经综合分析，本项目污水处理采用“粗细格栅-平流沉砂池-调节池”作为预处理工艺，采用改良型AAO工艺作为二级处理的主体工艺，采用“高效沉淀池-D型滤池”作为深度处理工艺。污水处理工艺流程图如图1所示。
图1 污水处理工艺流程图
3.1 污水处理系统
1)粗格栅渠道。地下钢混直壁平行渠道2条，配置循环齿耙式格栅除污机2台(1用1备)、铸铁镶铜方闸门4台。
2)细格栅和沉砂池。细格栅渠道按钢筋混凝土结构设计，1条，几何尺寸为 15.0 m×0.9 m，深 1.6 m。配置回转式固液分离机1台、螺旋式砂水分离器1台。
3)调节池。钢筋混凝土结构，1座，几何尺寸为 15.0 m×12.0 m，深 5.95 m，有效水深 5.55 m，设计规模为 3000 m3/d，停留时间为 8 h。设可提升式潜污泵3台(2用1备、变频调节)、双曲面搅拌器2台。
4)事故池。钢筋混凝土结构、1座，平面尺寸为 30 m×20.3 m，深 5.4 m，有效水深 5 m，设计规模为 3000 m3/d，停留时间为 24 h。设双曲面搅拌器6台。
5)水解酸化池。半地上钢筋混凝土结构，1座2格，几何尺寸为 20.2 m×8.5 m，深 6.6 m，停留时间为 8 h。设可提升式潜污泵3台(2用1备)。主要功能为在去除一部分有机物的同时，确保大分子尽可能多的降解为小分子，从而提高废水的可生化性。
6)生物池。1座2组，每组可单独运行，生物池设计为半地下式的钢筋混凝土结构，由预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池和后好氧池组成。平面尺寸为 22.4 m×19.3 m×5.7 m，有效水深为 5.2 m；
有效容积为 2188 m3，其中，预缺氧段 63 m3，厌氧段 188 m3，缺氧段 500 m3，好氧段 1062 m3，后缺氧段 250m3，后好氧段为 125 m3；
污泥负荷为 0.1 kg/(kg·d)；
总的设计污泥龄为 17 d；
平均流量下总停留时间为 17.5 h，其中，预缺氧区 0.5 h，厌氧区 1.5 h，缺氧区 4 h，好氧区 8.5 h，后缺氧区 2 h(可做好氧运行)，后好氧区 1 h；
悬浮固体质量浓度为(MLSS):4000 mg/L；
容积负荷为 0.42 kg/(m3·d)；
污泥外回流比为50%～150%；
混合液内回流比为200%～400%；
曝气量为 16.7 m3/min。主要配置潜水搅拌器14台、盘式曝气器550个、内回流泵4台。
主要功能是：通过曝气、提供充足的溶解氧条件下，在生物池中营造出厌氧、缺氧和好氧的环境，利用生物池中大量的活性污泥微生物，对污水中的污染物进行降解，从而达到净化水质的目的[5-6]。
7)二沉池。半地下式钢筋混凝土圆形中心进水、周边出水辐流式沉淀池，2座，直径φ10 m，池深 5.5 m，池边水深 4.2 m，表面负荷为q=0.8 m3/m2·h，沉淀时间 2.5 h。设中心传动刮泥机2套，采用静压排泥。
8)高效沉淀池。半地上钢筋混凝土结构，1座，平面尺寸为 10 m×5 m×6.3 m。主要设计参数：混合时间 3.3 min；
絮凝时间 9.9 min；
沉淀表面负荷 6.3 m3/(m2·h)；
污泥回流量4%～8%；
PAC(液态，有效铝含量10%)投加量为 100 mg/L；
PAM投加量为 1.0 mg/L。设混合搅拌器1台；
絮凝搅拌器1套；
絮凝反应装置1套；
中心传动浓缩刮泥机1台，直径φ5 m；
污泥循环泵2台(1用1干备)；
污泥排放泵1台。主
9)D型滤池。一体化设备2套，主要设计参数：滤速≤16.4 m3/h·m2，进水SS≤30 mg/L，出水SS≤10 mg/L，工作周期12～24 h；
气洗强度 60 L/(m2·L)，空气压力 60 kPa，水洗强度：7.3 L/(m2·L)，水压力 0.125 MPa；
反洗过程：水洗1～2 min，气洗1～2 min，气水同洗8～10 min，水洗3～4 min，总历时 20 min。成套配备反洗风机2台(1用1备)，采用空气悬浮鼓风机。
10)鼓风机房。框架结构单层厂房，1座，几何尺寸为 26.4 m×7.2 m，层高 6 m。设罗茨鼓风机3台(2用1备)。
11)加药间。地上式框架结构，1座，平面尺寸为 9 m×12 m×6 m。内设：PAM、PAC、NaCA、NaClO投加系统各1套。
3.2 污泥处理系统
1)污泥浓缩池。钢筋混凝土水池，1座，上部设置保温维护结构，直径φ4 m，有效水深 4 m；
设计参数：进泥含水率99.2%，出泥含水率98%，污泥浓缩固体通量 47.8 kg/m2。设中心传动浓缩机1套，采用静压排泥，吸泥机直径φ4 m。
2)污泥脱水机房。地上式框架结构，1座，平面尺寸为 24 m×12 m×15 m。设污泥提升泵2台、桨叶式调理搅拌机1台、污泥进料泵2台、板框压滤机1套、清洗水泵2台、压榨水泵2台、螺杆空压机1台、PAM制备装置1套、污泥调理系统2套等。
3.3 除臭系统
本项目主要针对粗格栅及提升泵房、细格栅及平流沉砂池、污泥调理池、污泥浓缩池、污泥脱水间部分区域进行除臭，采取活性炭吸附除臭；
拟建2套除臭系统。1#生物除臭系统设计风量为 1500 m3/d，主要处理粗格栅及进水泵房、细格栅沉砂池的臭气；
2#生物除臭系统设计风量为 2500 m3/d，主要处理污泥浓缩池、调理池、污泥脱水间的臭气。
本污水处理厂建成调试后，运行效果稳定。实测(2021年8月—2022年7月)平均进出水情况见表2。
表2 实测进、出水水质 mg·L-1
从表2看出，污水厂实测平均出水水质达到设计要求。
本项目工艺流程灵活可靠，自动化水平高，管理方便，设计特点如下：
1)改良AAO工艺在污水处理厂的提标改造等方面都有成功的应用[7-10]。本工程生化处理选用以改良AAO工艺为主的活性污泥法工艺方案，通过在生化池预缺氧区、厌氧区和缺氧区多点进水，并根据进水浓度调节各点进水量，可充分利用污水自身碳源，减少外加碳源投加量，降低运行成本；
通过在厌氧区前端增加预缺氧区，可以减少回流污泥硝态氮的不利影响；
在好氧区后设置缺氧区、后好氧区，可以强化反硝化脱氮作用，提高对TN的去除率。通过对运行模式、功能区布置的改进、优化，保证了生化处理效果。
2)本污水厂进水含有一定的工业废水，具有难降解有机物较多。通过在生化处理工艺前端设置水解酸化池，能改善进水的可生化性，有效提高后续生物池的处理效果[3,11]。
3)深度处理工艺方面，采用高效沉淀池和D型滤池的组合，可节约占地、减少投资和运行费用，满足出水回用的要求。
本项目在分析进出水水质和工艺比选的基础上，通过在生化处理前设置水解酸化池，能有效提高来水的可生化性；
通过选用改良型AAO工艺作为生化处理工艺，并对运行模式和功能区进行改进和优化，有效的保证了生化处理效果，可为国内其他类似行业和地区的污水处理提供设计参考。同时，本项目通过采用“高效沉淀+D型滤池”作为深度处理工艺，保证了出水水质同时满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准和《城市污水再生利用 城市杂用水质》(GB/T 18920-2002)，出水可回用于企业道路浇洒、绿化用水，对缓解当地水资源紧张的局面，具有重要的现实意义。