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摘要：随着社会经济的快速发展与人们环保意识的增强，水域污染问题越发得到重视，国家环保总局于2005、2006年先后发文强调，目前，城镇污水处理厂一级A提标改造在许多流域和省市大量实施。本文通过分析项目特征，提出采用微絮凝+D型滤池组合工艺作为该项目的污水提标改造工艺。
关键词：生活污水；提标改造；微絮凝；D型滤池；一级A
1.前 言
随着社会经济的快速发展与人们环保意识的增强，水域污染问题越发得到重视，国家环保总局针对特殊和重要水体在环发[2005]110号文“关于严格执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》的通知”中第一次提出：“为防止水域发生富营养化，城镇生活污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭式、半封闭水域时，应执行《标准》中一级标准的A标准”，并于次年（2006年）第21号公告中再次重申，由于我国绝大部分污水处理厂处理后的出水排放水体为上述几种类型的水体，这实际上在政策及法规层面上将《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》中一级标准A标准的适用范围扩大到绝大多数城镇污水处理厂，目前，城镇污水处理厂一级标准A标准的提标改造工作已在许多流域和省市被大量实施。
本项目污水处理厂工程规划总规模6万m3/d，分三期建设，其中：一期2万m3/d，二期2万m3/d，三期2万m3/d。一、二期工程已先后投产运行。
一期工程采用的污水处理工艺为“卡鲁塞尔氧化沟”工艺，二期工程采用的污水处理工艺为A/A/O微曝氧化沟工艺，一、二期设计排放标准均为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。实际出水CODCr、BOD5、SS已经达到或接近《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）“一级A标准”，现状存在的主要问题是总氮与总磷，因此，本次提质改造的主要任务就是要保证总氮与总磷的排放达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）“一级A标准”。
本提标项目设计进水为一、二期二级处理出水，设计出水指标为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）“一级A标准”，具体指标及去除率如下：
2.工艺论证
2.1CODCr、BOD5的处理
尾水提标工程设计进水水质CODcr=60mg/L，BOD5=20mg/L。从污水可生化性考虑，污水中BOD5/CODcr=0.33，可生化性较好，但实际上进水的CODcr与BOD5的浓度均较低，且前端的生物池已消耗完大部分易生化的有机物质，不适宜通过进一步生化处理达到去除的目的。因此，强化二级生物处理工艺的是本工程出水CODcr、BOD5达到一级A排放标准的重要的环节。
根据对国内多个同类型的污水厂实际运行数据分析来看，只要设计合理，运营管理到位，本工程污水经强化除磷脱氮工艺处理后，CODcr降到50mg/L以下较容易实现。从目前一期工程运营情况来看，污水处理实际出水水质CODcr稳定在25～30左右，容易达标；BOD5的指标也基本能达到10mg/L的水平。
2.2氨氮及总氮的处理
生物脱氮是利用自然界氮的循环原理，采用人工方法控制达到脱氮的目的。首先，污水中的含氮有机物在氨化菌作用下将有机氮分解转化为氨态氮，这一过程称为氨化过程。而后在有氧状态下，通过硝化作用将氨态氮转变成硝酸盐氮（硝化过程可以分成两个阶段。第一阶段是由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐，第二阶段由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐。）。紧接着在缺氧并有足够碳源的条件下，通过反硝化细菌作用使硝酸盐氮转变成氮气逸出，达到脱氮的目的。整个生物脱氮过程就是微生物从有机物中获取能量进行氮的分解、还原反应的过程。硝化及反硝化过程主要受pH值、温度、DO值以及硝化碳源等因素影响。反硝化细菌的生长主要在缺氧并且有充裕的碳源环境下进行，才可促使反硝化作用顺利进行，但一般认为，C/N≥3.5才能进行有效脱氮。同时，由于硝化菌增长速度较为缓慢，必须使系统有足够长的污泥龄才能保障硝化细菌的正常生长。
根据该污水处理厂一、二期的运营数据，在个别时段（如低温时段），污水厂的生物处理仅依靠进水提供碳源的话，出水总氮可能达不到一级A的排放标准，因此，可以通过外加碳源的措施，保证出水氨氮和总氮的达标。
2.3SS的处理
由于一、二期工艺设计合理，在进水水质相对稳定且运营管理得当时，部分时段的生物处理系统的出水SS值接近10mg/L，甚至达到或优于一级标准A标准的排放标准要求，但绝大多数污水处理厂的进水水质和水量并不是恒定的，会随着用水时段发生波动，再加上环境条件（如季节变换、温差）的变动，因此，实际运行过程中，SS只能控制在一定的变化范围内，多数时段的生物处理系统出水SS值是高于10mg/L或者存在明显波动的，因此，需要增加沉淀或过滤处理措施，保障出水SS稳定达标。
一般认为，浊度低于20NTU的水为低浊度水，本工程的进水的浊度在15～20之间，属于低浊度水范围。由于浊度低，水中的胶体颗粒互相碰撞的机率很低，颗粒周围的水化膜加厚，妨碍了颗粒凝聚。通过混凝所形成的絮体较轻，不易下沉，难以通过沉淀工艺从水中分离出去，因此，SS的去除不宜采用沉淀工艺。
因此，SS的去除适合采用过滤工艺，由于本工程的设计进水浊度较低，在过滤之前可通过投加混凝剂后快速混合，让水中的悬浮颗粒脱稳、凝聚成肉眼看不见的微絮体（粒径在40～60μm）时，再进入滤池进行过滤。
2.4总磷的处理
磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但生物除磷工艺对工艺条件的变化较敏感，而且必须保持非常低的出水悬浮物浓度，因为富集磷的活性污泥磷含量可达6%，而一般活性污泥中的含磷量仅为2%。也就是说，如果出水悬浮物浓度为20mg/L，这就意味着悬浮物已带出1.2mg/L的磷，而溶解性磷通常很难降到0.7mg/L以下，因此单靠生物除磷很难将处理出水中的磷降到0.5mg/L以下的出水标准的要求。
该污水处理厂二期工程已设有化学除磷系统，主要通过将絮凝剂直接投加到生物池与二沉池之间，投加量约为20mg/L。提标改造工程的总磷可通过以生物除磷为主、化学除磷为辅的手段，确保出水的总磷浓度在排放标准以内。
2.5混凝剂的选择
化学除磷的药剂主要有石灰、铝盐和铁盐。
1）投加石灰法
投加石灰法除磷是向污水中投加生石灰，使污水中的磷酸盐与石灰发生化学反应生成难溶解的磷酸钙类沉淀物，再通过沉淀排出系统外从而达到除磷目的。虽然磷酸钙盐类沉淀物容易沉淀分离，但是石灰法除磷所需的石灰投加量基本上取决于污水的碱度（研究发现，污水中碱度所消耗的石灰量通常比形成磷酸钙类沉淀物所需的石灰量多几个数量级），而不是污水的含磷量。
并且，采用石灰法除磷时，系统的pH值保持在10以上，高pH会抑制和破坏微生物的生长、繁殖和活性，因此，石灰法一般只能用于前置沉淀和后置沉淀法除磷，不能用于协同沉淀，所以不推荐采用。
2）投加铝盐和铁盐
常用于污水化学除磷的铁盐主要有硫酸亚铁、氯化亚铁和三氯化铁。虽然铁盐在化学除磷方面有较好的效果，但是铁盐具有腐蚀性，所以在处理、储存和投加过程中都需要特别小心，严格操作，作好防腐等措施，以避免人身伤害以及钢铁和混凝土的过快腐蚀和严重腐蚀。同时，铁盐的使用还会加重水的色度，影响感观，不推荐采用。
常用于污水化学除磷的铝盐有硫酸铝和聚合氯化铝（PAC），硫酸铝是最常用的铝盐混凝剂，近年来，液态硫酸铝因不需溶解和价格低廉被广泛使用。聚合氯化铝（PAC）是氢氧化铝和氯化铝的络合物，其有效成分（以Al2O3计）的含量高达28-32%（纯硫酸铝的有效成份（以Al2O3计）含量约为15.3%，工业硫酸铝的有效成份（以Al2O3计）含量约为17%），虽然价格比硫酸铝不占优势，但由于其有效成份（以Al2O3计）含量高，投加量相比硫酸铝少得多，因此，越来越多的污水处理项目采用聚合氯化铝（PAC）作为首选的化学除磷药剂。
综上所述，聚合氯化铝（PAC）在有效性和低温混凝性能等方面具有明显优势，本工程采用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂。
2.6过滤工艺比选
综上，COD、BOD、SS、总磷的去除均需要采用过滤工艺。目前，国内在污水处理厂尾水提标改造的工程中，使用得最多的滤池是滤布滤池和D型滤池。
综合比较，在相同处理效果前提下，D型滤池虽然在占地面积和运行费用上稍高于滤布滤池，但其总投资远远小于滤布滤池。
根据水质水量，考虑工艺的经济性和实用性，应选用技术先进、投资省、占地小、运行费用低、节能减排、操作管理方便的成熟处理工艺，因此，D型滤池更加适合本工程实际。
3.工艺路线
4.方案设计
由于该县的经济发展较迅速，污水排放量也随之增加，因此，考虑到远期城市的发展，为污水处理厂的远期扩容预留足够的空间，结合目前该县污水处理厂用地紧张的现状，避免重复建设，尾水提标改造工程土建按6万m3/d一次完成，设备按4万m3/d配置。
4.1提升泵房
功 能：一、二期沉淀池的出水管经改造后，公用一根DN1200的管道进入集水池，通过水泵提升至D型滤池；药剂通过水泵叶轮搅拌混合。
类 型：地下式钢筋砼结构。
内净尺寸：L×B＝8.30×8.24m，池深4.75m。
数 量：1座。
4.2D型滤池
功 能：通过过滤，在滤池进水的SS≤20mg/L的前提下，保证出水水质的SS≤10mg/L，以进一步去除水中SS及BOD5、CODcr、总磷等污染物。
滤 速：正常滤速19.45m/h，强制滤速23.34m/h。
单格面积：24.6m2
分 格：6格
滤池反冲洗分4个阶段，各阶段参数如下：
a.单独气洗：历时3-4min，气洗强度28-32L/m2.s
b.气水同时反冲洗：历时8-10min，气洗强度28-32L/m2.s，水洗强度6L/m2.s
c.清水漂洗：冲洗历时3-4min，冲洗强度6L/m2.s
d.反冲洗全过程伴有表面扫洗，表面扫洗强度2.8L/m2.
4.3滤池设备间、配电间
功 能：设备房主要放置反冲洗水泵反冲洗风机，其作用是为D型滤池提供反冲洗水，气；加药间主要放置乙酸钠、PAC投加系统；配电间主要为尾水提标改造设备提供动力。
数 量：1栋
平面尺寸：17m×8m。
5.经营成本分析
6.结束语
为贯彻国家可持续性发展战略，响应政策及法规的要求，进一步加大受纳水体水环境的保护力度，保护上游水资源环境，有效解决受纳水体、水域营养化问题，需提高尾水排放标准。因此本尾水提标工程的建设是十分必要和紧迫的。
通过认真分析该项目特征，结合实际情况，采用多种工艺进行论证比选，确定采用“微絮凝+D型滤池”组合工艺将该县污水处理厂出水标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级B标准提高至一级A标准是可行的。
文中已阐明，除了采用“微絮凝+D型滤池”组合工艺，还应加强对二级处理的运营管理，强化处理效果，双管齐下才能保证该项目出水能稳定达到设计要求。
参考文献：
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[4]戴界红.小型污水处理厂A2/O工艺提标改造技术措施与运行.中国给水排水，2010.
[5]陈清后.影响生物脱氮除磷的因素[J].污染防治技术，2007.
论文作者:龚中明
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
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