鸿山镇生活污水处理厂设计与实践_王全安.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12鸿山镇生活污水处理厂设计与实践王全安（福建省建筑轻纺设计院有限公司，福建 泉州 350001）【摘要】为使城市生活污水处理厂尾水中总氮、总磷等指标稳定达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级A标准，以鸿山镇污水厂（设计规模10 000 m3/d）为例，对现有污水处理厂的工艺流程进行提标改造，在原工艺流程中部添加了厌氧-缺氧-好氧法生物膜反应器（AAOMBR）生物膜反应器和除磷磁混凝沉淀池工艺，以期为相关工程设计提供参考。【关键词】污水厂；提标改造；总氮；总磷【中图分类号】X703【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0025-030引言目前，石狮市已建成石狮中心区城市污水处理厂、永宁污水处理厂、经济开发区污水处理厂 3 座生活污水处理厂，其服务范围主要包括石狮市中心城区、永宁镇、蚶江镇以及祥芝镇部分地区。然而印染集控区所在的锦尚镇、鸿山镇、祥芝镇以及永宁镇部分地区还未建成排水管网系统，生活污水收集率较低。且集控区中也暂无达标生活污水处理厂，辖区内已建有投入运行的锦尚污水处理厂、鸿山污水处理厂、祥芝污水处理厂，目前只应用于处理区域内的工业废水而不消纳生活污水。由于当地缺乏有效的城镇污水处理设施，未经处理即直接排放的生活污水会对当地水环境造成严重的生态污染，进一步威胁自然饮用水水源，因此，鸿山镇生活污水处理设施建设项目迫在眉睫。本项目根据石狮市自然资源局关于鸿山镇生活污水处理设施建设项目规划许可批前公示（狮自然资告 2019 127 号）要求，于石狮市鸿山镇伍堡工业集控区鸿山污水厂区内建设生活污水处理设施，其中要求项目废水需经深度处理至达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）中一级A 标准后通过排海管道排放。因此，本项目基于提标改造工程背景、提标改造工艺流程与工程设计、提标改造工程运行效果、提标改造工程投资与运行成本 4 个方面介绍鸿山污水厂区的提标改造，以期为城镇污水厂提标改造提供依据1。1提标改造工程背景鸿山镇生活污水处理设施拟建于伍堡污水处理厂厂区内，因此，要对伍堡污水处理厂现状进行分析。伍堡污水处理厂位于鸿山镇伍堡集控区内，用于处理各园区内的工业废水，处理能力为 90 000 m3/d。1.1进出水水质鸿山镇生活污水处理设施建设项目一期设计规模为 10 000 m3/d，二期设计规模为 10 000 m3/d，一、二期设计总规模为 20 000 m3/d。提标改造前主体工艺流程如下：原水粗格栅提升泵池细格栅旋流沉砂池序批式活性污泥法厌氧好氧工艺法混凝沉淀池出水。提标改造前该生活污水厂进水水质及相关执行水质达到标准，现阶段实际生活污水水质超标情况较为严重，需要严格处理生活污水至达标才能排放2。1.2水质特性分析污水采用传统生物处理工艺进行处理，其中生物脱氮除磷工艺的良好运行需要严格的运行管控，主要监控进水污染物的配比，因此本研究从进水可生化性、碳氮比及碳磷比等角度进行分析。1.2.1污水的可生化性（BOD5/COD）污水的可生化性一般为 BOD5/COD 的比值，该指标一般用于判定待处理污水是否适合使用生物法进行预处理或深度处理，当其比值不小于 0.3，一般认为该废水适合使用生物法处理，而该比值越大即表示废水可生化性越好1-2。从前期调研中可知，本项目在水质情况良好时污水中 BOD5/COD 比值为 0.5，这表明该废水属于可生物降解废水，适合使用生物法进行处理。1.2.2碳氮比（BOD5/TN）碳氮比（BOD5/TN）是判断在污水处理过程中能否使用生物脱氮效率的重要指标。在脱氮过程中，主要控制环节为生物的反硝化，而该过程需要利用水中含碳有机物作为电子供体，因此，水中含碳有机物含量越高，生物脱氮效率更高。理论上以 BOD5/NH3N节能环保25DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.066LOW CARBON WORLD 2022/12是否大于 2.86 来判定是否需要额外添加碳源，而实际工程中会取一定余量，一般以 BOD5/NH3N 大于 3来判定反硝化过程可以正常进行。在前期调研中，本项目在水质情况良好时污水中 BOD5/NH3N 为 3.75，因此生物脱氮时不需要外加碳源。1.2.3碳磷比（BOD5/TP）碳磷比（BOD5/TP）是判断在污水处理过程中能否使用生物除磷工艺的重要指标。参照国家设计规程的相关规定，一般要求碳磷比大于 17，并且污水中碳磷比越高，除磷效果越好。在前期调研中，本项目在水质情况良好时污水中碳磷比为 30，但由于在项目运行过程中存在进水水质不稳定的情况。因此，为达到提标改造的要求，应在本项目中对废水中的磷进行预处理，以达到提标改造的排放要求。2提标改造工艺流程与工程设计2.1提标改造工艺流程从去除效率、维护成本、运行成本及占地等方面综合考虑，最终确定提标改造工艺流程为：原水粗格栅集水池细格栅沉砂池配水井AAOMBR 膜池磁混凝沉池消毒工艺巴氏槽出水池排放。提标改造工艺具体流程如下：通过管网收集生活污水，随后进入格栅渠，通过粗格栅拦截大粒径悬浮物。将污水引入集水池，通过提升泵将污水提升至后续处理工艺的位置。污水进入细格栅后，细格栅拦截污水中的小粒径悬浮物。污水进入沉砂池后，通过沉砂池将比重比水大的颗粒物分离。污水进入调节池后，通过污水提升泵，将污水提升至后续处理工艺的位置。污水进入一体化 AAOMBR。首先，在反应器的厌氧段中，厌氧菌将污水中的复杂有机物进行水解，充分利用本污水生化系统的碳源、释放可利用的碳源。同时，后续回流的聚磷菌在此处进行磷的释放，有利于在好氧条件下更加充分地吸磷。其次，污水进入缺氧段，反硝化菌在缺氧的环境下占优势，反硝化菌在缺氧的环境中较容易培养，经过好氧硝化后的混合液回流至此池，反硝化菌将亚硝态氮和硝态氮转化成氮气，随后氮气从反应设备中逸出，从而达到生物脱氮的目的。再次，污水进入MBR 膜段，好氧菌将污水中的有机物最大化降解。氨化后的含氮物质在氧气的条件下被硝化菌硝化成硝态氮和亚硝态氮，有利于回流至缺氧池中进行脱氮。同时，聚磷菌在好氧条件下，大量吸附污水中的含磷物质，使出水的磷含量大大降低。最后，污水回流至缺氧池，进行反硝化。污水进入除磷磁混凝沉淀池，通过添加除磷剂、混凝剂、回流的部分污泥和回收后的磁粉，将污水中的游离磷酸盐和其他含磷物质转换成非溶解状的沉淀物，通过沉淀排泥的形式，将污水中的总磷降低至目标值。当污水进入消毒池时，往消毒池投加次氯酸钠进行消毒。污水进水巴氏槽，再进入出水池，通过污水提升泵提升至排放口排放3。污泥处理工艺流程说明：一体化 AAOMBR 末端的污泥排至污泥浓缩池，通过污泥浓缩、脱气后，将部分污泥回流至一体化 AAOMBR 的厌氧区，从而保障生化系统的污泥浓度，同时保障厌氧区的溶解氧浓度。浓缩后的污泥排至工业污水处理系统的污泥脱水系统中，统一处理。除磷磁混凝沉淀池的污泥排至污泥浓缩池。2.2提标改造工程设计2.2.1 AAOMBR一体化AAOMBR 是生物处理系统的核心工艺和设备。微生物在该设备中分解和去除污水中的污染物。氨氮在好氧情况下转化为硝酸盐及亚硝酸盐；反硝化细菌在厌氧条件下还原硝酸盐，释放出氮气，这个过程是缺氧反硝化，也称生物脱氮。整个污水处理厂共 4 套 AAOMBR，直径 深度 H=13.0 m8.0 m，结构形式为碳钢防腐，处理能力为 10 000 m3/d。AAOMBR 的主要设备如下：420 根微孔曝气管，每根微孔曝气管直径 长度 L=69 mm1 000 mm，膜片材质为三元乙丙橡胶；4 套曝气系统；4 套气提回流装置，每套装置处理量为 5 000 m3/d；4套 MBR 膜组件，单套膜面积 6 336 m2，膜材质为聚偏二氟乙烯；8 台产水泵（4 用 4 备），单台流量 Q=180 m3/h，扬程 H=12 m，功率 N=11 kW；4 台反洗泵（两用两备），单台流量 Q=160 m3/h，扬程 H=20 m，功率 N=15 kW；4 台 DN150 电磁流量计，电极材质为 316 L；两台 DN200 电磁流量计，电极材质为316 L；两个产水箱，单个容积 V=30 m3，材质为碳钢防腐；两套超声波液位计，单套量程为 010 m。2.2.2除磷磁混凝沉淀池通过除磷磁混凝沉淀池进行除磷，保障出水总磷的浓度低于出水标准。整个污水处理厂共两座除磷磁混凝沉淀池；规格尺寸为 10.2 m7.8 m8.0 m；结构形式为钢混凝土结构；处理能力为 20 000 m3/d。除磷磁混凝沉淀池主要设备如下：一台磁粉分离器，流量 Q=40 m3/h，功率 N=3.0 kW；一台高节能环保26LOW CARBON WORLD 2022/12速剪切机，流量 Q=40 m3/h，功率 N=1.1 kW；两台污泥输送泵，单台流量 Q=40 m3/h，扬程 H=15 m，功率 N=1.1 kW；两台剩余污泥泵，单台流量 Q=30 m3/h，扬程 H=18 m，功率 N=4.0 kW；两台污泥回流泵，单台流量 Q=40 m3/h，扬程 H=16 m，功率N=4.0 kW；一份斜管填料，孔径 80 mm，厚度 0.8 mm，；一台刮泥机，长 L=7.0 m，功率 N=0.37 kW；两台搅拌机，单台频率为 91 r/min，功率N=3.0 kW。3提标改造工程运行效果该工程现已建设完毕，于 2022 年 1 月 13 日18 日完成项目调试，项目调试运行各污染物的浓度分布情况如图 1 所示。由图 1 可知，提标改造工艺流程中该厂生活污水中 COD、氨氮、总氮及总磷的浓度变化情况。MBR 膜出水 COD 值范围在 14.2019.50mg/L，MBR 膜出水氨氮值范围在 0.381.40 mg/L，MBR 膜出水总氮值范围在 7.9212.30 mg/L，MBR 膜出水总磷值范围在 1.701.83 mg/L。MBR 膜出水COD、氨氮和总氮在调试期间可满足 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）的一级 A 标准。而废水总磷含量高于标准限值，需要结合除磷磁混凝沉淀池工艺进行进一步处理4。4提标改造工程投资与运行成本本工程新增 AAOMBR 和除磷磁混凝沉淀池，总投资约 4 800 万元，工程费用约 3 800 万元。提标改造后，运行成本主要由水费、电费、药剂费和污泥处置费组成，1 t 水处理成本约 0.85 元5。5结语优化鸿山镇污水厂原有工艺流程，在原工艺流程中添加 AAOMBR 和除磷磁混凝沉淀池工艺，提标改造工程运行效果良好，出水水质达到标准要求，其中 MBR 膜出水 COD 值范围在 14.2019.50 mg/L，MBR 膜出水氨氮值范围在 0.381.40 mg/L，MBR 膜出水总氮值范围在 7.9212.30 mg/L，MBR 膜出水总磷值范围在 1.701.83 mg/L。项目整体总投资约4 800 万元，1 t 水处理成本约 0.85 元。参考文献1 杜伊，胡玮璇，王晓燕，等.北京市北运河水体中化学需氧量组分含量及其可生化性研究J.湿地科学，2017，15（3）：470-477.2 唐燕秋，陈佳，张可，等.重庆市典型城镇污水处理厂进水水质特征研究J.环境影响评价，2022，44（3）：75-78.3 汪琴琴，肖杰，熊春梅，等.侧流技术强化 MUCT 工艺处理低碳氮比生活污水研究J.四川环境，2022，41（3）：20-26.4 石娜，高阳，翟进伟，等.高碳氮比废水作为补充碳源对污水处理效果的影响J.山东化工，2021，50（18）：266-268，270.5 廖伟伶，黄健盛，唐敏，等.不同碳氮比下分散式生活污水处理装置处理效果研究J.环境影响评价，2017，39（2）：68-71.作者简介：王全安（1982），男，汉族，福建福州人，硕士研究生，工程师，主要从事环境保护设计和环境影响评价工作。a.各工段中 COD 的浓度变化b.各工段中氨氮的浓度变化废水 COD 值/（