设计案例 | 原位改造+提标工艺“组合拳”助力高排放标准城镇污水厂改造

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栏目导读

以作品为媒，让图纸说话，感受每一个工程项目背后的设计理念和思想。“设计案例”与国内各大设计院所联名合作，深入剖析我国市政给排水新改扩建工程项目设计过程中的理念和经验，相互启迪，引领发展。

作者简介

AUTHORS

王磊（1990— ），男，主要从事污水处理设计、污水处理应用技术研究工作，E-mail：29190333@qq.com。

本文引用格式

王磊. 反硝化滤池+臭氧活性炭在高标准城镇污水处理厂原位提标改造中的应用[J]. 净水技术, 2023, 42(7):160-167,182.

WANG L. Application of denitrification filter and ozone activated carbon in in-situ upgrading of high-standard urban WWTP[J]. Water Purification Technology, 2023, 42(7):160-167,182.

本期摘要

随着国家提高敏感流域污水厂排放标准的政策出台，以“混凝沉淀+过滤”为主的传统提标工艺已无法满足高标准排放的要求，新的提标改造工艺方案亟待提出。文中介绍了湖北中部某污水厂由现状一级B排放标准提标至“准地表III类水”标准(SS＜10 mg/L，TN＜5 mg/L，CODCr、BOD5、氨氮、TP执行地表III类水标准)的工程案例。工程内容分为改造与提标两部分，根据污水厂运营问题及高标准排放要求，制定了满足两部分要求的组合工艺——扩建生化系统+混凝沉淀+反硝化滤池+过滤+臭氧氧化+活性炭池，并对各构筑物详细参数及项目竣工后的运行效果进行了介绍与分析。结果表明，应用原位改造与提标工艺相结合的组合工艺可以有效提高污水厂处理效果，出水可以稳定达到“准地表III类水”的高标准排放要求。

研究背景

自2007年蓝藻暴发事件以来，全国各污水处理厂新建及改造项目全面执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准，常规生物处理后增加“混凝沉淀+过滤”作为普遍提标工艺得到了全面推广及应用。近年随着国家对污染防治及环境保护的力度不断加强，污水处理厂尾水排放要求不断提高，各地分别出台更为严格的地方标准。针对部分敏感流域的污水厂，如三河三湖、一江一库以及南水北调水源地及沿线，更是要求出水执行高标准排放要求。相较于一级A标准，高标准排放要求对CODCr、氨氮、TN和TP指标的控制提出了更高的要求。对国内部分高标准污水厂提标工程案例进行梳理和总结，发现针对不同污水厂现状条件及水质要求，各案例采用的处理工艺不尽相同，移动床生物膜反应器（MBBR）工艺、Bardenpho工艺、多级厌氧好氧（AO）改造、高效沉淀、精密过滤、反硝化滤池、膜生物反应器（MBR）工艺、臭氧氧化、活性炭吸附等诸多工艺都得到了应用，但其提标改造思路基本都围绕着现状池体原位改造与新建深度处理系统延长工艺流程所展开。本文介绍了湖北中部某污水厂由现状一级B排放标准提标至“准地表III类水”的工程案例，介绍了该厂改造及提标设计方案并对运行效果进行分析，为后续同类污水厂提标至高标准排放的项目提供借鉴。

该污水厂运营面临的问题

①受厂外合流制管网及当地生活习惯影响，水量波动较大，雨季及日间部分时段，污水厂存在超负荷运行的情况。

②受当地城区排水管（沟）疏通整治影响，污水厂进水SS提高明显，大量无机泥沙与垃圾进入污水厂，影响污泥活性，增加污泥处理系统负担。

③原污水厂出水按一级B标准设计，现状改良AAO池（在传统AAO池厌氧池前增加预缺氧池，减少厌氧释磷影响，采用多点进水，提高碳源利用率）水力停留时间（HRT）不足（其中预缺氧为0.5 h，厌氧为1 h，缺氧为2 h，好氧为7.0 h，合计11.5 h），生物脱氮除磷能力受限。

④原污水厂鼓风机已使用超过10年，设备老化，效率降低，供气效果不佳；水泵、搅拌器与曝气管除老化问题外，还因受污水中大量无机泥沙影响，叶轮磨损严重，曝气管堵塞。导致该厂改良AAO池回流不稳定，流态不理想，曝气不均匀，进一步降低了生物系统处理能力。

提标改造工艺思路分析

为顺利实现本次污水厂提标改造工程的工程目标，将设计内容分为两部分。第一部分为针对污水厂运营问题，提出相应解决措施，充分挖掘并发挥现有处理构筑物处理能力。第二部分为针对高标准排放要求结合污水厂实际进出水情况具体分析并制定相应的提标工艺。综合统筹两部分设计内容，制定完善的工艺流程并完成处理构筑物的设计。

2.1

运营问题解决措施

①针对污水厂水量波动大的问题，在曝气沉砂池后新建调节池一座，与现状处理系统并联。雨季及日间超负荷水量通过溢流进入调节池暂时存放，待夜间水量低谷时再提升至后续生化处理系统。

②针对污水厂进水SS提高，且含有大量无机泥沙与垃圾的问题，在曝气沉砂池与生化系统之间新建预沉池一座，在泥沙进入生物处理系统前予以截留。

③针对污水厂改良AAO池HRT不足，生物脱氮除磷能力受限的问题，在改良AAO池边新建兼氧池一座，通过新增隔墙与管道连接将其串联在改良AAO池的缺氧池与好氧池之间，延长生化系统HRT，原池各功能区与回流系统不作调整。兼氧池同时安装搅拌器与曝气管，根据气温条件，调整兼氧池运行模式，在夏季时，硝化过程有保障，打开搅拌器，关闭曝气管，作为缺氧池使用，强化反硝化过程，保证TN达标；在冬季时，硝化过程减弱，关闭搅拌机，打开曝气管，作为好氧池使用，强化硝化过程，保证氨氮达标。

④针对污水厂设备老化的问题，更换鼓风机，水泵、搅拌器及曝气管等核心设备，同时结合此次改造内容（新建调节池、兼氧池），对原设备参数（流量、功率、数量等）作相应调整以适应此次提标改造工程。

2.2

高标准排放要求下提标工艺的选择

①污水厂提标前出水CODCr最大值为59.3 mg/L，设计进水CODCr为350 mg/L，相应去除率为83.1%，新增兼氧池将生化系统HRT延长至19.1 h后，预测CODCr去除率可达90%~95%，相应出水CODCr为17.5~35.0 mg/L，尚无法全面达标，同时结合周边多座类似污水厂运行情况，通过混凝沉淀+过滤的深度处理工艺无法去除溶解性CODCr，出水较难稳定在20 mg/L以下，因此，需增加深度降解CODCr处理工艺。对现状污水处理CODCr深度降解工艺进行综合比选如表3所示。

因污水厂以生活污水为主，处理难度相对较低，4种工艺皆能满足CODCr深度降解需求，结合污水厂规模较大的实际情况，采用芬顿化学氧化、臭氧催化氧化或活性炭吸附的（药剂、电耗、换炭）运行成本较高，因此，选择臭氧生物活性炭工艺作为CODCr深度降解工艺。

②提标前出水BOD5与SS指标平均值分别为7.0 mg/L与10.4 mg/L，基本接近“准地表III类水”，且处理难度相对较小，故此次提标不再设置针对工艺。

③提标前出水氨氮与TN平均值为2.95 mg/L和14.9 mg/L，“准地表III类水”要求为1（2） mg/L与5 mg/L，相应去除率分别为66.1%与66.4%，为去除率最高的污染物，是本工程的重点控制指标，因此对强化脱氮工艺进行综合比选如表4所示。

结合污水厂生化池无机泥沙较多的情况，不宜采用MBBR工艺。考虑到本工程出水TN＜5 mg/L，采用活性污泥法可能存在水质波动，TN无法稳定达标，因此，选择出水保证率高的反硝化滤池作为强化脱氮工艺。为改善滤池末端无氧出水的问题，将其置于臭氧接触池前端，同时碳源投加采用自动控制保证精度。

④提标前出水TP平均值为0.48，已达一级A标准，说明生物除磷在原污水厂中已发挥了较理想的作用，此次“准地表III类水”要求TP≤0.2 mg/L，需另外增加化学除磷工艺，在现状二沉池后增加混凝沉淀+过滤工艺，选择高效沉淀池与精密过滤车间。

结合2.1小节运营问题解决措施的内容，确定本次提标改造工程工艺流程，如下图所示。

提标改造工程设计

①预沉池及调节池（合建）。1座，分4格，第1格为预沉池，其余3格为调节池。预沉池末端设置溢流堰，超负荷污水通过溢流进入调节池暂存，夜间由调节池提升泵送至后续处理系统。总尺寸为51.2 m×41.6 m，其中预沉池尺寸为51.2 m×10.4 m，有效水深为6.0 m，均值负荷为7.04 m³/(m²·h)；调节池尺寸51.2 m×31.2 m，有效水深为6.0 m，有效容积约为9 500 m³，停留时间约为2.5 h。

②兼氧池。3座，每座分4格，设计水温为12 ℃，污泥质量浓度为4 g/L。总尺寸为26.3 m×52.3 m，总停留时间为7.6 h，单格尺寸为13.0 m×26.0 m，停留时间为1.9 h。第1格为缺氧池，安装搅拌机；第2、3格为兼氧池，同时安装搅拌机与曝气器；第4格为好氧池，安装曝气器。根据水质情况和处理要求，灵活切换兼氧池模式，延长原改良AAO池停留时间，加强脱氮效果。

③高效沉淀池。1座，分2格，总尺寸为37.5 m×26.5 m，混合停留时间为1.90 min，反应停留时间为11.40 min，均值液面负荷为7.37 m³/(m²·h)。

④反硝化滤池+精密过滤车间+臭氧接触池+活性炭滤池（合建）。1座，总尺寸为48.6 m×50.2 m。其中反硝化滤池设置8格滤池，单格面积为72.6 m²，滤料高为1.8 m，均值滤速为6.5 m/h，反硝化负荷为0.43 kgNO3-N/(m³·d)，接触时间为16.7 min。气反冲洗强度为15 L/（m²·s），水反冲洗强度为5 L/（m²·s）；精密过滤车间，设置5套精密过滤器，每套处理量为850 m³/h，滤网孔径为10~1000 μm，材质为316L不锈钢；臭氧接触池分为2格，有效水深为8.30 m，臭氧接触时间为30 min，臭氧投加量为10 mg/L；活性炭滤池分为6格，单格面积为72.6 m²，滤料高为2.5 m，均值滤速为8.6 m/h，空床接触时间为17.4 min。水反冲洗强度为12 L/(m²·s)。

结论

（1）通过对污水厂现状运营问题的研究，提出了增设预沉池及调节池、扩建生化系统（新建兼氧池）以及更换主要工艺设备等措施，充分挖掘并发挥了原有处理系统的能力，提高了对BOD5、氨氮、TN、TP的处理效果。

（2）根据污水厂实际水质情况结合准地表III类水的各项特征污染物高标准排放要求，新增了臭氧+生物活性炭工艺、混凝沉淀+过滤工艺以及反硝化滤池的强化脱氮工艺，对COD、SS、TP、TN的去除率进一步提升。

（3）该污水厂在提标改造工程后，出水水质由原来的一级B标准提升至“准地表III标准”，出水稳定达标，系统经济运行，原位改造与提标工艺相结合的思路可适用于类似提标至高排放标准的提标改造项目。

以上内容节选自《净水技术》2023年第七期“城镇给排水工程设计案例专栏”文章《反硝化滤池+臭氧活性炭在高标准城镇污水处理厂原位提标改造中的应用》，欢迎水业学者、科研与技术人员参考引用。

为方便阅读，本文对原文进行了删减，扫描下方二维码可免费阅读原文。

作者：王磊

编辑：孙丽华

排版：西贝

校对&审核：《净水技术》执行主编 阮辰旼

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