中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司 陕西西安 710018
摘要：**工业园污水处理厂率先采用改进型曝气生物滤池作为二级生化处理工艺处理污水，当COD、BOD、氨氮、TN进水浓度分别在342~514mg/L、177~251mg/L、25~45mg/L、50~70mg/L范围内时，该改进型曝气生物滤池对相应指标的平均去除率分别为89.82%、91.17%、92.06%、75.38%，改进型曝气生物滤池可以达到高效降解有机物和去氮的目的。本厂最终出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。该工程单位总处理成本为0.93元/m3，其中经营成本为0.83元/m3。
关键词：改进型曝气生物滤池；有机物；去氮；成本；
1.工程概况
**市**工业园污水处理厂采用 BOT 模式建设，规划面积共计4.21km2，设计处理规模为20000m 3 /d，其中一期工程处理规模为5000 m 3 /d，处理达标后的尾水排放至**河。本工程一期总投资为2500.31万元，一期工程占地面积8033.8m2。本工程把整个污水处理厂分成三部分，第一部分为进水预处理部分，即格栅井和集水井提升泵房，土建规模2万m3/d；第二部分为污水主处理单元和污泥处理单元，分二期建设，一期规模0.5万m3/d，二期规模1.5万m3/d；第三部分为综合办公区，一次建设完成。
2工程设计
2.1设计污水进、出水水质
**工业园主要发展机械、电子、制药三大产业，该园区几乎所有企业排放的污水主要污染物主要以COD、氨氮、SS为主。而根据本项目接纳废水水质的复杂性以及当地相关文件要求，本项目要求企业对本厂废水预处理后再排入污水处理厂，其中一类污染物必须在企业车间或生产设施废水排放口处理达标后排入污水处理厂，污水处理厂接管标准具体见表1。
表1 污水处理厂接管标准 单位：mg/L（pH除外）
Tab.1 influent requirement of the sewage treatment plant unit: mg/L(except pH)
2.2工艺比选分析
在工业园污水处理方案中，常用的二级生化处理工艺有SBR、氧化沟、曝气生物滤池等工艺。而曝气生物滤池相比前两种工艺具有以下特点：（1）比表面积大。由于采用了小粒径固体作为载体并且载体呈流化状态，提供了巨大的表面积；（2）容积负荷率与污泥负荷率高。曝气生物滤池的容积负荷率α值是普通活性污泥法的13倍以上，阶段曝气池的10倍以上[1,2]；（3）耐冲击负荷能力强。由于曝气生物滤池采用填料载体微生物膜，其生物量非常大，加之滤料截留和生物膜的絮凝作用，抗冲击负荷能力强，耐低温，不发生污泥膨胀。
此外曝气生物滤池工艺具有工程投资小、占地面积小的优点[3，4]，但运行费用相对较高，因项目受场地限制，所以本工程选用改进型曝气生物滤池工艺作为污水生化处理的推荐方案，本工艺占地面积只有氧化沟工艺的1/3，并在冬季5~8℃低温下，仍可保证高效的有机物降解和去氮效果。[5.6]，本工程改进型曝气生物滤池采用串联式两级三段曝气工艺，第一级曝气生物滤池为碳氧化/硝化曝气生物滤池（C/N-BAF），第二级为反硝化曝气生物滤池（N-BAF）。C/N-BAF采用底部曝气，N-BAF在填料中部三段曝气；BAF均为上流式曝气生物滤池。
2.3工艺流程
图1 本工业园污水处理工艺
Fig. 1 sewage treatment process of Industrial Park
园区各企业污水经企业自行预处理达到污水处理厂接管标准要求以后，进入工业园排水管网。由管网输送到本项目纳水节点进水口，经粗细格栅机去除较大悬浮物后，送至沉砂池，沉砂池固液分离出水，经调节池再经泵打入本项目硅藻土水处理反应池，反应后再经沉淀池处理实现固液分离，处理后的污水再进入两级改进型曝气生物滤池工段（C/N曝气生物滤池和N曝气生物滤池），曝气生物滤池由下部进水，经生物滤料过滤后，上部出水，出水进入消毒池后排放。初沉池污进污泥浓缩池后，经机械脱水后妥善处置。曝气生物滤池反冲排水回调节池，进入污水处理流程再处理。
2.4主要水处理工艺设计参数
2.4.1调节池、沉砂池
设1座。有效容积为1000m3，尺寸为14.6×10.6×7.5（H）m；沉砂池尺寸为50×1×1.32（H）m，与调节池合建；调节池水力停留时间为4.8h，配备3台自藕式不堵潜水泵，规格为Q=120m3/h，H=15m，N=11KW；3台低速潜水搅拌机，规格为N=2.2KW。潜水泵根据水位及曝气生物运行情况控制，液位低或反冲洗时停止。超高液位时，污水流入事故池。
2.4.2反应、沉淀池
反应池和沉淀池各设2座，尺寸分别为3.2×3.2×7.5（H）、10.2×21.6×7.5（H）m；在反应池原水中加入硅藻精土水处理剂的复合除磷药剂，用以去除污水中一部分有机物和氮，去除绝大部分SS和磷。该药剂投加浓度控制在30~50mg/L之间，日用量在0.15~0.25吨之间。反应池主要设备：深水搅拌机2台，规格为D=2.6m，n=25r/min，N=2.2KW；加药泵2套，规格为Q=3000L/h，P=0.40MPa，N=2.2kw；溶药搅拌器2台，规格为N=0.75kw。反应后的污水经沉淀池实现固液分离，污水再进入后续工艺进行处理。沉淀池停留时间为7h，表面负荷为2.0m3/m2h；
2.4.3 C/N型曝气生物滤池（C/N-BAF）
本工程所选改进式曝气生物滤池采用串联式两级三段曝气工艺；C/N-BAF共计4座，有1座为清水池，尺寸均为7.2×5.5×6.8（H）m；污水从第一级C/N-BAF底部进入，绝大部分化学需氧量、BOD、氨氮在此进行降解。过滤水速为1.34m/h(最高3.0m/h)，生物反应过滤区面积为108m2，滤料层厚度为3.5m，有机容积负荷为3.3kgBOD/(m3?d)，硝化负荷为0.8kgNH3-N（m3滤料?d），曝气量气水比为6:1。在运行过程中，随着时间的推移，生物膜逐渐加厚，滤料截留的SS不断增加，水头损失严重，此时要对滤池进行反冲洗。C/N-BAF的水力停留时间为6h；反冲洗周期48~72h，每次反冲洗30min。
2.4.4 N型曝气生物滤池（N-BAF）
N-BAF共计4座，有1座为清水池，尺寸均为7.2×5.5×6.8（H）m；C/N-BAF顶部的出水进入N-BAF底部，本阶段主要进行总氮反硝化反应，同时化学需氧量、BOD可进一步降解。N-BAF的过滤水速为1.34m/h(最高3.0m/h)，生物反应过滤区面积为108m2；滤料层厚度为3.5m；有机容积负荷为2.0kgBOD/(m3?d)；曝气量气水比为1:1；BAF水力停留时间为6h，反冲洗周期为48~72h，每次反冲洗30min。C/N-BAF和N-BAF均选用Φ5~Φ3陶粒，堆积密度为760kg/m3,孔隙率80%,比重在1.51kg/m3左右；C/N-BAF和N-BAF共用以下设备：配有4台（3用1备）曝气风机，规格为Q=11m3/h,P=0.05Mpa,N=22KW；曝气器共计8900套；3台（2用1备）反冲洗泵，规格为Q=330m3/h,H=20m,N=35KW，3台（2用1备）反冲洗风机，规格为Q=19.44m3/h,P=0.07Mpa,N=37KW。此外N-BAF还设有内回流泵2台，规格为Q=3000m3/h，H=4m，N=55kw，回流比200%。
3去除效果分析
2015年11月开始启动运行，自运行调试起48小时内，改进型曝气生物滤池成功实现了微生物的挂膜，当时当地气温在5~17℃之间，整个工艺运行10天后出水水质便达到稳定。之后定期对改进型曝气工艺的进出水COD、氨氮、TN进行检测，共持续2个月时间，以考察本单元工艺对污水的净化效果。具体见图2-图4所示。
图3 改进型BAF对氨氮的去除效果
Fig.3 effect of modified BAF on ammonia nitrogen removal
同样，本工艺对氨氮的去除情况与COD相似。C/N-BAF去除了进水大部分氨氮，将其硝化为硝酸盐和亚硝酸盐氮；而N-BAF将前段剩余的氨氮继续进行硝化；当进水氨氮浓度维持在30~45mg/L时，C/N-BAF和N-BAF对氨氮的平均去除率分别为75%、78%,最终N-BAF的出水氨氮维持在1.0~4.5mg/L之间。进水氨氮浓度在25~45mg/L范围内时，该串联式改进型曝气生物滤池相应平均去除率分别为92.06%。
图4 改进型BAF对TN的去除效果
Fig.4 effect of modified BAF on TN removal
由图4可知，当进水TN浓度在50~70mg/L之间波动时，C/N-BAF、N-BAF对TN的平均去除率分别为26%、71%，最终N-BAF的出水TN维持在9.0~16.0mg/L之间，串联式改进型曝气生物滤池相应平均去除率分别为75.38%。由此可见，C/N-BAF工艺主要实现对污水COD的降解以及氨氮的硝化作用，而由于本阶段反硝化作用微弱，致使污水中的硝酸盐和亚硝酸盐氮大量累积，最终TN浓度并没有明显的下降；而在N-BAF工艺处理阶段，TN的去除效果明显大幅提升，可见此阶段主要进行了反硝化作用。由于N-BAF段进行了填料中部的三段曝气，使得填料底部为缺氧环境，上部主要为好氧状态，因此C/N-BAF段出水剩余的COD、氨氮可进一步在N-BAF段的好氧环境中得到有效降解和硝化，又由于N-BAF段内循环的设置[3]，通过内回流使污水中的硝酸盐和亚硝酸盐可以充分在填料底部的缺氧环境中进行反硝化和短程反硝化作用生成氮气后排放。最终本阶段对TN的去除效果较为理想。
目前该工业园污水处理厂运行水量基本稳定在(0.4～0.45)×104m3/d范围内，进出水pH值保持在6~9之间，整个工艺运行效果稳定，处理效果良好。2016.1~2016.10期间的监测数据见表3所示。
表3 污水处理厂实际处理效果
Tab.3 actual treatment effect of sewage treatment plant
由上表可知，本工业园污水处理厂出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。
4经济技术分析
本项目总投资2500.31万元，资金来源为银行贷款1750.30万元，自筹资金750.01万元，建设期利息125万元，铺底流动资金50万元。环保投资2500.31万元，占项目总投资的100%，该工程单位总处理成本为0.93元/m3，其中经营成本为0.83元/m3。
5结论
（1）改进型曝气生物滤池可作为高效去除有机物和氮的二级生化主体工艺。在进水COD、BOD、氨氮、TN浓度分别在342~514mg/L、177~251mg/L、25~45mg/L、50~70mg/L范围内时，该串联式改进型曝气生物滤池相应平均去除率分别为89.82%、91.17%、92.06%、75.38%。
（2）改进型曝气生物滤池具有占地面积小，自动化程度高，运行稳定的优点。本项目选用的改进型曝气生物滤池工艺的占地面积只有氧化沟工艺的1/3，并在冬季5~8℃低温下，仍可保证高效的有机物降解和去氮效果。
（3）本项目主体工艺选用改进型曝气生物滤池，可以有效节省基建费用、运转费用和设备维护费用。本工程直接处理成本为0.93元/m3，在同行业污水处理成本处于中等偏低水平。
参考文献：
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[7]张自杰.排水工程( 第4 版)［M］.北京: 中国建筑工业出版社，2000.
论文作者:冯梅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/21
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