導語：目前，國內汙水處理廠處理工藝中微生(sheng)物對環境(jing)適應(ying)，特別是水溫有一定要求。然而，北方地區冬季水溫偏低，在設計中如何應(ying)對北方地區特殊氣候環境(jing)值得探討。同時，我國汙水處理廠進水普遍麵臨(lin)著(zhou)碳源不足(zu)的問題。本文以烏魯木齊市某(mou)汙水處理廠提標改造工程為例，介紹低溫低碳條件下汙水處理廠的提標改造方案。

作者簡介

李建（1982— ），中國市政工程西北設計研究院(yuan)有限公司，研究方向為市政供排水

一級A為主流設計標準

2015年4月國務院(yuan)發布“水十條”明確現有城鎮(zhen)汙水處理設施要因地製宜進行改造，要求2020年底前達到(dao)相應(ying)排放標準或再生(sheng)利用要求。隨後，北京、天津、浙江等發達城市頒布了地方標準，對汙水處理廠出水汙染(ran)物排放要求更嚴(yan)格，尤其對氮、磷指(zhi)標提出了更高的要求，甚至優於一級A標準。根據“城鎮(zhen)水務統計年鑒（2020）”統計數據可知(zhi)，至2019年全國1522座汙水處理廠出水水質達到(dao)一級A標準的汙水處理廠數量占比為77%，規模占比為87.63%。

汙水處理廠提標改造存在的共(gong)性問題

漢(han)中市汙水處理廠及西安市第三、四、五針對陝西省生(sheng)活汙水氨氮、總氮高，C/N比較低的特點，在生(sheng)物池投加MBBR填料，提高生(sheng)物段(duan)處理效率，並新建纖維轉盤(pan)濾池進一步(bu)去除汙水中SS，經改造後，上述汙水處理廠出水水質達到(dao)一級A標準。

成都第三、四、五、八汙水處理廠將終沉池改造為MBR膜池，利用MBR膜的特性，使前端(duan)生(sheng)化池形成超高濃度的活性汙泥濃度，提高生(sheng)化係統處理效率，達到(dao)出水水質一級A標準的要求。

甘(gan)南(nan)州合(he)作市汙水處理廠提標擴建改造工程，改造前生(sheng)物處理工藝為CASS工藝，改造時在CASS生(sheng)物池後端(duan)增設兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池進一步(bu)脫氮除磷，濾布濾池進一步(bu)去除SS，達到(dao)出水水質一級A標準的要求。

從以上汙水處理廠提標改造實例可以看(kan)出目前汙水處理廠提標改造的重(zhong)點及難(nan)點一是如何進一步(bu)提高脫氮效率，二是如何解決汙水處理廠進水有機物濃度偏低的問題。

項目背景

新疆(jiang)維吾(wu)爾(er)自治區在2019年提出了實施城鎮(zhen)汙水處理“提質增效”三年行動方案，即三年內實現所有城市、縣市汙水處理能力(li)全覆蓋。烏市地處歐(ou)亞大陸(lu)腹(fu)地，屬溫帶(dai)大陸(lu)性氣候，其特點是寒(han)暑(shu)變化劇(ju)烈(lie)，極(ji)端(duan)最高氣溫為42.1 ℃，冬季最低氣溫可達到(dao)-41.5 ℃。由於烏市特殊的地理條件，年氣溫變化較大，汙水處理廠設計時應(ying)重(zhong)點考慮秋冬季節水溫較低，氨氮、總氮高，C/N比較低等問題。

烏市某(mou)汙水處理廠總處理規模為40萬m3/d，共(gong)分兩(liang)期建設，分別於1997年和2009年投產運行。汙水處理工藝采(cai)用AB兩(liang)段(duan)活性汙泥法，工程建設時設計出水水質為國家《城鎮(zhen)汙水處理廠汙染(ran)物排放標準》（GB18918—2002）二級標準，且氮、磷不做處理。目前汙水處理廠出水水質不能滿(man)足(zu)國家要求，需對其進行提標改造，由於資金問題等汙水處理廠提標工程計劃分三期逐步(bu)實施。

汙水處理廠現狀

根據多年運行數據可知(zhi)，汙水處理廠出水水質除氮、磷外，CODCr、BOD5、SS等均達到(dao)二級排放標準。

原汙水處理廠設計規模共(gong)40萬m3/d，汙水處理工藝為AB兩(liang)段(duan)活性汙泥法，汙水處理工藝流程如圖所示(shi)。

汙泥處理采(cai)用機械濃縮(suo)、一級中溫消化、機械脫水方案，沼氣用於沼氣發電機及燃氣鍋爐(lu)，通過沼氣儲櫃調節儲氣量後，多餘沼氣自動點燃沼氣火炬在大氣中燃燒，汙泥處理工藝流程如圖所示(shi)。

汙水處理廠以下存在問題。

（1）汙水處理廠由外資公司特許經營，經營年限為23年，經營期至2028年；外資公司經營期內汙水處理廠出水水質考核指(zhi)標不作改變。因此，提標工程的實施不能在原廠進行，且不能影響原廠的正常運行。

（2）汙水處理廠采(cai)用AB法，對CODCr、BOD5去除效果較好，對TN幾乎沒有去除效果；其出水C/N值小，可生(sheng)化性較差，碳源嚴(yan)重(zhong)不足(zu)。為確保提標工程出水水質達標，需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行；合(he)理選擇碳源，降低運行成本是本次提標工程的重(zhong)點。

提標工程設計方案

為了便於整(zheng)體協(xie)調、操作及管理，節省投資，提標工程廠址確定在汙水處理廠北側(ce)，和現狀汙水廠毗鄰相建。

進出水質

提標工程設計進水水質結合(he)現狀汙水處理廠設計及實測出水水質取值；出水水質達到(dao)《城鎮(zhen)汙水處理廠汙染(ran)物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，取值如表所示(shi)。

碳源選擇

本工程需投加大量碳源使反硝化脫氮正常進行，可保證出水TN穩定達標。因此，外加碳源選擇時需考慮經濟成本，同時兼顧安全性。本工程選擇甲醇作為碳源具有運行成本較低的特點，但甲醇遇熱源和明火有燃燒和爆炸(zha)的危(wei)險。因此，設計時采(cai)取甲醇儲罐埋地、甲醇投加間及甲醇儲罐設置甲醇泄漏監測報(bao)警裝置，甲醇係統距周邊建築物距離滿(man)足(zu)相關規範要求等措施，確保甲醇係統安全運行。

工藝方案

針對烏市地處高緯度寒(han)冷幹旱地區的特點和汙水處理廠設計出水水質要求，本工程工藝方案不但具有占地省，投資小，經濟、安全可靠的特點，而且該(gai)工藝在冬季低溫環境(jing)下依然有較好的處理能力(li)，能夠保障出水水質達標穩定。選擇“兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池+高密度沉澱池”工藝，汙水及汙泥處理工藝流程如圖所示(shi)。

兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池設置主要目的是去除NH4-N和TN，是一種高效的上流式(shi)生(sheng)物膜汙水處理工藝。兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池包括硝化生(sheng)物濾池及反硝化生(sheng)物濾池。硝化生(sheng)物濾池設置在前端(duan)，當汙水通過濾床時，氨氮被(bei)硝化菌(jun)氧化成硝酸鹽；反硝化生(sheng)物濾池設置在後端(duan)，當汙水通過濾床時，硝酸鹽被(bei)還(huai)原成N2。

混凝池、絮凝池與高密池沉澱池合(he)建，設置在高密度沉澱池前端(duan)。在混凝池、絮凝池分別投加混凝劑及絮凝劑，可加快混合(he)及絮凝的速度；經過反應(ying)後的汙水從高密池斜板(ban)底部流入(ru)，並向上流動，沉澱池出水在頂部翻過收(shou)水堰至集水槽出水。

提標工程方案優點：核心工藝采(cai)用兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池具有占地小、運行費用低、剩餘汙泥量小、可處理低汙染(ran)負荷水質、抗衝擊(ji)負荷能力(li)強、耐低溫、易掛膜、啟動快等特點。同時，兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池結合(he)高密池設置在二級處理係統後作為深度處理單元實施時不影響現狀汙水處理廠正常運行，且可以高效去除汙水中NH4-N、TN、TP和SS。

主要建、構築物設計

（1）兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池

前置硝化濾池共(gong)16格，單格麵積為173 m2，濾料粒徑為4.0 mm，濾料層(ceng)厚度為3.5 m，平均濾速為3.7 m/h，峰(feng)值強製濾速為4.5 m/h，氨氮負荷為0.9 (kg·d)/m3；後置反硝化濾池8格，濾料濾徑為4.5 mm，濾料層(ceng)厚度為3.5 m，平均濾速為5.1 m/h，峰(feng)值強製濾速為8.1 m/h，濾料硝酸鹽負荷為1.29 (kg·d)/m3。

（2）高密度沉澱池

高密度沉澱池共(gong)8座，每座高密度沉澱池前端(duan)各設置一座混凝池和絮凝池。單座混凝池容積為36 m3，單座絮凝池容積為252 m3，單座高密池直(zhi)徑φ=13 m，斜管長度為1.04 m，斜管安裝角度為60°，斜板(ban)投影麵積為128 m2，沉澱區水力(li)負荷為8.2~11.5 m/h。

PAC和PAM製備及投加係統單獨設置在加藥間，藥劑通過投藥泵投加至混凝池及絮凝池，濃度10%PAC投加量為1.2kg/m3，PAM投加量為0.6~1.2 mg/L，製備濃度2 g/L。

（3）甲醇投加係統

甲醇儲存係統：設置2個90 m3甲醇儲罐，可儲存6 d用量，甲醇儲罐設置在全地埋鋼筋混凝土池內，池中填砂，池內設集水井並配置液(ye)位監測儀(yi)，可監測甲醇儲罐泄漏。

甲醇投加係統：投加間設在地上，設置4台計量泵，單台投加量為659 L/h，房間內易泄露甲醇的部位設置甲醇檢測報(bao)警器，隨時監測泄漏情況，當甲醇蒸汽在空氣中的濃度達到(dao)其爆炸(zha)下限的2.0%~2.5%時（即濃度為1.5%），便發出聲(sheng)光信(xin)號報(bao)警，以提示(shi)運維人(ren)員盡(jin)快進行排險處理。

（4）汙泥係統

為減(jian)少泥渣(zha)對外排放，減(jian)少環境(jing)汙染(ran)，將高密池排放的濃縮(suo)排泥水，通過離心脫水機分離為泥餅及濾液(ye)，泥餅外運填埋，濾液(ye)可排放至廢水排放係統，通過提升泵回(hui)流至本廠進水。本工程配置3套脫水機，2用1備，單台處理量為30~40 m3/h。

運行效果

提標工程於2015年年底完成，現已(yi)投產運行6年，其出水水質達到(dao)《城鎮(zhen)汙水處理廠汙染(ran)物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準，且個別汙染(ran)物指(zhi)標優於設計標準。

兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池結合(he)高密池工藝對汙水中NH4-N、TN及TP去除效果顯(xian)著(zhu)，去除率如下：NH4-N≥92%，TN≥75%，TP≥85%。

此外，烏市寒(han)冷幹燥，溫度變化大，水溫變化對CODCr的去除影響顯(xian)著(zhu)。夏(xia)季水溫較高，汙泥活性好，CODCr的去除效果好，出水濃度穩定在10~12 mg/L；但在冬季水溫下降後，出水CODCr濃度上升至20 mg/L左右。這是由於冬季生(sheng)物活性下降，對難(nan)降解汙染(ran)物的處理效果變差。

結論

提標工程在現狀汙水處理廠後端(duan)增加“兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池+高密度沉澱池”，采(cai)用兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池具有占地小、運行費用低、剩餘汙泥量小、可處理低汙染(ran)負荷水質、抗衝擊(ji)負荷能力(li)強、耐低溫、易掛膜、啟動快等特點。同時，兩(liang)級曝(pu)氣生(sheng)物濾池結合(he)高密池設置在二級處理係統後作為深度處理單元實施時不影響現狀汙水處理廠正常運行，且可以高效去除汙水中NH4-N、TN、TP和SS。

該(gai)工藝可以有效應(ying)對烏市地處高緯度寒(han)冷幹旱地區的特點，在冬季低溫環境(jing)下依然有較好的處理能力(li)，能夠保障出水水質穩定且達到(dao)《城鎮(zhen)汙水處理廠汙染(ran)物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準的要求，為低溫低碳條件下汙水處理廠提標改造工程提供了借鑒。

為方便閱讀，本文對原文有所刪(shan)減(jian)，原文發表在《淨水技術》2021年第8期“城鎮(zhen)給(gei)排水工程設計案例專(zhuan)欄”，掃描二維碼閱讀文章全文。

作者：李 建，王 磊，王海梅，馬小蕾，劉海茹，雷克剛

編輯：朱瓊宇

排版：西貝

校對：萬梓薇

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