超高排放標準下污水處理廠(chǎng)設計案例解析
北京市某污水處理廠(chǎng)二期工程出水執行北京市地方標準《城鎮污水處理廠(chǎng)水污染物排放標準》(DB11/890—2012)表1中的A標準，水質(zhì)要求極為嚴格。設計中二級生物處理工藝采用改良型五段Bardenpho工藝，深度處理工藝采用混凝+高密度沉淀池+超濾膜+臭氧工藝。
主要介紹了工藝流程、設計參數、設計特點(diǎn)，運行實(shí)踐表明，組合工藝處理效果良好，系統運行穩定，出水各項指標全年穩定達標。
1、工程概況
北京市房山區某污水處理廠(chǎng)二期工程于2013年9月獲得北京市房山區發(fā)展和改革委員會(huì )簽發(fā)的項目核準批復。由于該廠(chǎng)二期工程的受納水體——刺猬河屬于Ⅲ類(lèi)水體，因此該污水處理廠(chǎng)二期工程出水必須達到DB11/890—2012表1中的A標準。
2、設計規模及水質(zhì)
污水處理廠(chǎng)二期工程設計規模為4萬(wàn)m3/d，進(jìn)水以生活污水為主，收水范圍與一期工程相同。設計中進(jìn)水水質(zhì)這一基礎數據的確定是否合理，直接關(guān)系到工藝流程的選擇，也關(guān)系到處理構筑物及設備參數選擇的合理性，進(jìn)而影響出水水質(zhì)。
本工程設計中，對該廠(chǎng)一期工程近3年的進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行統計分析，同時(shí)結合現狀情況，既考慮到區域發(fā)展可能帶來(lái)的水質(zhì)變化，又避免因保證率取值過(guò)高而導致的處理設施和設備配置過(guò)大所造成的浪費，最終確定的進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。
將出水執行標準與集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(即地表水Ⅲ類(lèi)水體)水質(zhì)標準進(jìn)行對比，除SS在《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)中未作明確要求，以及對出水總氮指標有所放寬外，其余指標均與地表水Ⅲ類(lèi)水體標準持平，可謂國內最嚴格的污水排放標準。
3、工藝流程及主要構筑物設計
3.1工藝流程
在設計中，對進(jìn)出水水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了充分比較論證，明確了如下設計原則：
(1)二級生物處理工藝必須采用具有深度除碳、脫氮、除磷功能的生物處理工藝，力爭在二級處理段全部解決氮(TN、NH3-N)的問(wèn)題，絕大部分解決碳(COD、BOD5)的去除，兼顧解決部分磷(TP)的去除。
(2)必須設置深度處理工藝，著(zhù)重解決經(jīng)前序工藝處理后水中殘余的污染物，如：TP、SS、COD，同時(shí)還應有脫色、消毒功能。
(3)在確保出水水質(zhì)達標的前提下，兼顧工藝運行的穩定性和靈活性、操作管理的方便性，并盡可能節約投資和運行成本。
經(jīng)過(guò)對各種工藝的充分比選，最終確定了如圖1所示的工藝流程。
3.2主要構筑物設計
3.2.1粗格柵及進(jìn)水泵站
對一期工程粗格柵及進(jìn)水泵站進(jìn)行改造，更換2臺格柵機，增設3臺潛水離心泵(2用1備，2臺變頻)。格柵寬度800mm，柵條間隙20mm;潛水泵單泵流量1083m3/h，揚程14.5m。
3.2.2細格柵間及曝氣沉砂池
一期工程預處理階段未設置沉砂池，污水經(jīng)進(jìn)水泵提升后進(jìn)入柵隙寬度為1mm的轉鼓式細格柵，然后直接進(jìn)入后續處理流程。經(jīng)多年運行，轉鼓細格柵柵條損壞嚴重，影響了其截留效果。二期工程細格柵間及曝氣沉砂池將對一期工程污水一并進(jìn)行處理，處理后出水分兩路，分別進(jìn)入兩期工程后續處理流程。細格柵間與曝氣沉砂池連建，為地上式構筑物。平面尺寸41.4m×10.6m。
(1)細格柵間。設4條渠道，選用轉鼓式格柵除污機，格柵后配套無(wú)軸螺旋輸送壓榨機1臺。根據格柵前后水位差或定時(shí)控制細格柵和輸送壓實(shí)機聯(lián)動(dòng)運行。柵渠寬度1.5m，柵條間隙3mm，安裝角度35°。
(2)曝氣沉砂池。曝氣沉砂池分2池。水力停留時(shí)間6min，水平流速0.1m/s，單位供氣量0.1～0.2Nm3/m3。池上設桁車(chē)式吸砂機2臺，單臺跨度3.6m，吸砂泵2臺，單泵流量20m3/h，揚程10m，砂水分離器2臺，羅茨鼓風(fēng)機3臺(2用1備)，風(fēng)量5.5m3/min，壓力3.9m。
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3.2.3改良型五段Dardenpho生物池及污泥泵站
將生物池與回流及剩余污泥泵站合建，平面尺寸約80m×75.3m，有效水深6m。
生物池分2組，每組按預缺氧區/厭氧區/缺氧區/好氧區/后缺氧區/好氧區的順序布置各池體?；旌弦河傻谝缓醚鯀^回流，在厭氧區和缺氧區均設置了混合液內回流點(diǎn)，在預缺氧區、厭氧區、缺氧區、后缺氧區均設置了進(jìn)水點(diǎn)，方便根據進(jìn)水水質(zhì)的變化靈活調整進(jìn)水點(diǎn)和內回流點(diǎn)，污泥由二沉池經(jīng)回流污泥泵提升回流至預缺氧區，剩余污泥由剩余污泥泵排放至污泥處理系統，外加碳源投加至后缺氧區。非曝氣區設水下攪拌器，曝氣區設穿孔曝氣管。
3.2.4二沉池及配水井
采用輻流式周進(jìn)周出二沉池2座，單池直徑36m，每池設中心驅動(dòng)單管吸泥機1臺。最大表面負荷1.06m3/(m2˙h)。
3.2.5二次提升泵站
為滿(mǎn)足深度處理及尾水排放的水力要求，在二沉池后設置二次提升泵站1座。為節省用地，將二次提升泵站與深度處理的混合、絮凝池、高密度沉淀池合建。泵站內設潛水離心泵4臺(3用1備，全部變頻)，單泵流量Q=722m3/h，揚程6m。
3.2.6混合、絮凝、高密度沉淀池
高密度沉淀池分為2池，每池前端均設置機械混合池1座、機械絮凝池3座，機械混合池混合時(shí)間60s，機械絮凝池總絮凝時(shí)間15.1min，高密度沉淀池斜管區上升流速7.93m/h。
底泥排放和回流泵房與高密度沉淀池合建，內設污泥螺桿泵6臺(4用2備)，單泵流量20～80m3/h，揚程20m。
3.2.7壓力式超濾膜凈水間
凈水間內設置壓力式超濾膜組件10組，膜孔徑0.03μm;在膜組件前設置自清洗過(guò)濾器3套，過(guò)濾精度200μm對污水處理廠(chǎng)二級出水進(jìn)行精細過(guò)濾;反沖洗廢水排入廠(chǎng)區污水系統;超濾膜出水先進(jìn)入儲水池再進(jìn)入后續流程，儲水池為廠(chǎng)區回用水和膜池反沖洗水提供水源。
3.2.8臭氧接觸池及出水計量槽
臭氧接觸池與巴氏計量槽合建，臭氧接觸池為加蓋封閉池體，有效水深6m，接觸時(shí)間30min，臭氧投加濃度為16mg/L。
3.2.9鼓風(fēng)機房
鼓風(fēng)機房與變配電站合建，內設多級離心鼓風(fēng)機3臺(2用1備)，均變頻調速，總供氣量13500Nm3/h，風(fēng)壓6.7m。
3.2.10綜合加藥間
綜合加藥間設在超濾膜凈水間內，設置兩種藥劑的投加系統：PAC投加系統和碳源投加系統。
(1)PAC投加系統?；瘜W(xué)除磷及深度處理絮凝劑采用液體PAC，商品濃度為10%，投加濃度為5%，投加量為55mg/L(液態(tài)商品計)，投加泵采用氣動(dòng)隔膜計量泵，投藥點(diǎn)設置在機械混合池。
(2)碳源投加系統。采用乙酸鈉作為補充碳源，固態(tài)商品乙酸鈉的純度為60%，投加濃度為10%，投加量為245mg/L(固態(tài)商品計)。投加泵采用氣動(dòng)隔膜計量泵，投加點(diǎn)在生物池的后缺氧區。
3.2.11粉炭投加間及臭氧發(fā)生器間
粉末活性炭最大設計投加量為30mg/L，采用一體化制備投加裝置，干式投加，通過(guò)水射器投加至機械混合池。臭氧最大設計投加量為16mg/L，設臭氧發(fā)生器2套，不設備用，采用流量比例控制臭氧發(fā)生量和投加量。
3.2.12污泥處理系統
二期工程借鑒了一期工程的經(jīng)驗教訓，采用了重力濃縮+帶式濃縮脫水一體機工藝作為污泥處理工藝。
本工程污泥干固量為9227kgDS/d，濃縮池進(jìn)泥含水率為99.5%，脫水機進(jìn)泥含水率為98%，脫水機出泥含水率為80%。
設置輻流式濃縮池2座，單池直徑10m，固體負荷為58.74kgDS/(m2˙d)，每池上設中心傳動(dòng)柵耙污泥濃縮機1臺，脫水機進(jìn)泥采用污泥螺桿泵，設置3臺(2用1備)，單泵流量30m3/h，揚程25m。
污泥脫水機房?jì)仍O帶式濃縮脫水機2臺，單臺能力30m3/h。配套設備包括沖洗水泵、空壓機、絮凝劑制備裝置、加藥螺桿泵及螺旋輸送機等。
3.2.13除臭設計
采用全流程除臭工藝。除臭系統由微生物培養系統和除臭污泥投加系統組成。微生物培養系統由微生物培養箱、生物填料和供氣系統組成，培養箱內安裝AB組合填料，培養箱供氣管道就近接自生物池曝氣管道，溶解氧控制在0.15～0.5mg/L。除臭污泥投加系統包括除臭污泥泵和污泥管道，除臭污泥投加量為生物池進(jìn)水量的2%～6%，可根據實(shí)際運行情況適當調整。
生物培養箱布置在生物池的厭氧、缺氧段，空氣由好氧段空氣干管提供，除臭污泥回流泵設置在回流及剩余污泥泵站，除臭污泥通過(guò)管道回流至粗格柵前進(jìn)水井。設除臭污泥回流泵2臺(1用1備)，單泵流量70m3/h，揚程12m。
3.3工藝特點(diǎn)分析
(1)預處理段選擇了粗格柵、進(jìn)水提升泵站、細格柵、曝氣沉砂池工藝，主要作用是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物，從大塊垃圾到顆粒粒徑為數毫米的懸浮物。
(2)二級生物處理工藝采用了具有深度除磷脫氮功能的五段Bardenpho工藝，并對該工藝進(jìn)行了如下改良設計：①在厭氧區前增設預缺氧區，按預缺氧區-厭氧區-缺氧區-好氧區-后缺氧區-好氧區的順序布置各池體，回流污泥進(jìn)入預缺氧區，從而消除了硝酸鹽對生物除磷的不利影響;
②采用多點(diǎn)進(jìn)水：在預缺氧區、厭氧區、缺氧區、后缺氧區均設置了進(jìn)水點(diǎn)，方便根據進(jìn)水水質(zhì)靈活調整進(jìn)水點(diǎn)和各點(diǎn)進(jìn)水量，從而提高原水中碳源的利用率，降低外加碳源使用量，外加碳源投加點(diǎn)設置在后缺氧區前端;③采用多點(diǎn)混合液回流：在厭氧區和缺氧區設置了混合液內回流點(diǎn)，混合液自第一好氧區末端回流，可根據進(jìn)水水質(zhì)靈活調整回流點(diǎn)及回流量。
(3)深度處理工藝采用混凝+高密度沉淀池+超濾膜+臭氧工藝。該工藝集化學(xué)除磷、高效去除殘余SS和COD、脫色、消毒等多種功能于一體。
(4)重力濃縮池的固體負荷選擇了規范規定的上限[60kgDS/(m2d)]，既起到了預濃縮的作用又有調蓄來(lái)泥流量不均勻性的作用。
4、處理效果分析
4.1處理能力
該污水處理廠(chǎng)二期工程于2015年9月21日正式運行(之前經(jīng)過(guò)了28天的調試)，實(shí)際運行中未投加粉末活性炭。
2016年該廠(chǎng)二期工程處理水量統計分析見(jiàn)表2，進(jìn)水水質(zhì)統計結果見(jiàn)表3。
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由表2、表3可以看出：實(shí)際處理水量已達到設計規模，進(jìn)水各項水質(zhì)指標與原設計值較為吻合，該廠(chǎng)的運行不存在所謂“大馬拉小車(chē)”的問(wèn)題。
4.2出水水質(zhì)
工程2016年逐月實(shí)際出水水質(zhì)見(jiàn)表4;對2016年逐日實(shí)際出水水質(zhì)進(jìn)行數理統計分析，結果見(jiàn)表5。
實(shí)際運行結果顯示，該廠(chǎng)二期工程出水各項指標全年穩定達標，成功達到了深度高效去除各類(lèi)污染物的目的。自正式投產(chǎn)運行以來(lái)，泵、鼓風(fēng)機、攪拌器、曝氣器、臭氧發(fā)生器、超濾膜系統、污泥脫水系統等主要設備未出現過(guò)故障，運行穩定正常。
5、結論
一年多的運行實(shí)踐表明，該工藝處理效果良好，系統運行穩定，無(wú)論寒暑出水各項指標均達到了設計要求。該污水處理廠(chǎng)二期工程投產(chǎn)以來(lái)，極大地改善了刺猬河流域的水體水質(zhì)，取得了顯著(zhù)的環(huán)境效益和社會(huì )效益，得到了房山區水務(wù)局、房山區環(huán)保局以及業(yè)內專(zhuān)家的高度評價(jià)，并為出水執行高標準的污水處理廠(chǎng)設計提供了成功范例。