北方地区污水处理厂工艺方案探讨——以内蒙古自治区某旗县为例.pdf

污染防治研究HUANJINGYUFAZHAN北方地区污水处理厂工艺方案探讨以内蒙古自治区某旗县为例王建民1，云霞2，王永平3（1.内蒙古城市规划市政设计研究院有限公司，内蒙古 呼和浩特 010070；2.内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010051；3.内蒙古自治区生态环境科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010011）摘要：内蒙古中部地区某旗县污水处理厂采用“预处理+Bardenpho工艺+高效沉淀池+反硝化深床滤池”处理工艺，出水满足 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）一级A标准。本文详细介绍了污水水质特点、工艺方案选择及主要构筑物的工艺参数。关键词：污水处理；Bardenpho工艺；高效沉淀池；反硝化滤池中图分类号：X505文献标识码：A文章编号：2095-672X(2023)03-0087-06DOI.10.16647/15-1369/X.2023.03.015Discussion on the process scheme of wastewater treatment plant in a banner countryin Inner MongoliaWang Jianmin1,Yun Xia2,Wang Yongping3(1.Inner Mongolia Urban Planning&Municipal Engineering Design Research Institute Ltd.,Hohhot Inner Mongolia 010070,China;2.Inner Mongolia University of Technology，Hohhot Inner mongolia 010051,China;3InnerMongoliaEnvironmentalScienceResearchInstitute,HohhotInnerMongolia010011,China)Abstract:The wastewater treatment plant(WWTP)which is located in a banner country in the central Inner Mongolia adopts the process of primary treatment+Bardenpho process+high-density sedimentation+denitrification filter.The effluent quality of WWTP meets the level A criteria specified in the Discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant(GB 18918-2002).The wastewater quality,selection of process scheme and process parameters of main structures are introduced in the article.Key words：Wastewater treatment;Bardenpho process;High-density sedimentation;Denitrification filter0引言内蒙古自治区是我国北方重要的生态屏障，总体气候特点是冬季寒冷，干旱少雨，生态环境比较脆弱。随着国家不断推进环境污染防治、加大污水处理设施的建设和改造力度，针对“冬季污水温度低而处理难度大，环境容87WURANFANGZHIYANJIU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN量低而排放标准高”的水质特点选择适应本地区的污水处理工艺是非常有必要的。本文以内蒙古中部地区某旗县污水处理厂为例，探讨其升级改造中的工艺方案选择及主要构筑物的工艺参数。某旗县位于内蒙古自治区中部，是内蒙古重要的牲畜产品基地，畜牧业是该旗的主导产业，旗政府所在地污水处理系统已基本形成，现状污水规模为1.0万m3/d。随着镇区建设步伐的加快，城区面积和人口规模不断扩大，污水总量迅速增加。尤其是夏季排水高峰时，高峰污水量接近1.5万m3/d，现状污水厂的处理能力远不能满足生态环境要求，因此对现状污水处理厂扩容并探讨最优化的工艺方案迫在眉睫。1工艺选择与特点1.1进、出水水质标准根据城镇污水水质监测数据，确定污水处理厂的进厂污水水质。污水处理厂来水均为生活污水，结合当地牛羊肉消耗量较大的饮食习惯，牲畜屠宰加工企业较多，故而COD、TN、TP等指标会较高，因此对于污水处理工艺的选择也会产生较大的影响。出水水质则根据城镇的环境容量和国家相关污水处理排放标准综合确定，执行 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）一级A标准1，具体指标见表1。表1 污水处理厂进、出水水质（单位：mg/L)指标进水水质出水水质去除率CODcr5505091%BOD52001095%SS3501097%TN851583%NH3-N555（8）91%TP70.593%1.2二级污水处理工艺选择污水处理工艺的选择是污水处理厂成功与否的关键，应根据去除碳源污染物、脱氮、除磷、污泥减量、好氧污泥稳定等不同要求和外部环境条件，选择适宜的活性污泥处理工艺2。近年来，国家和地区水污染防治要求不断加强，除了有机污染物外，对于重点湖库、地表水首要污染物氮、磷的防治要求也在进一步加强。根据污水处理厂的进水水质和排放标准，选择对有机物、总氮、总磷均有较强去除效果的污水处理工艺。以下对四种主流污水处理工 艺Bardenpho 工 艺、Crousel 氧 化 沟、CASS工艺及MBR工艺进行比较，详见表2。从处理效果上看，以上工艺系列均可满足处理要求，但每种工艺均有侧重，在建设投资、运行成本、占地面积、运行管理等方面存在比较大的差异。因此污水处理工艺的选择应充分考虑技术可行性、经济合理性、处理重点针对性及对污水水质水量的适应性、运行稳定性等多种因素。结 合 建 设 目 标 进 行 比 选，最 终 采 用Bardenpho污水处理工艺，其工艺特点如下：1.处理效果稳定高效：Bardenpho工艺是由两个缺氧好氧（A/O）工艺串联而成的活性污泥系统，具有两次硝化、反硝化过程，强化了脱氮的处理能力，脱氮效率高达90%95%，从根本上解决了污水处理厂最难达标的水质指标。2.系统运行控制简单：Bardenpho工艺功能分区清晰明确，分别采用不同池体用于脱氮、除磷、去除有机碳，并通过各池内的仪表监控，进行调整控制。3.运行成本大幅降低：为满足脱氮需要，在污水处理的反硝化过程中需投加大量碳源，而本工艺强化了脱氮效能，碳源投加量和运行成本大幅降低。88污染防治研究HUANJINGYUFAZHAN综上所述，Bardenpho工艺功能分区清晰，操作简单，运行稳定，应用广泛，是非常适合本地区污水特点的二级生物脱氮除磷工艺。1.3污水处理工艺流程图1 污水处理厂工艺流程图Bardenpho生物池能够高效去除污染物，极大地为后序处理设施减轻了负担，但是在冬季水温较低、处理效率降低的特殊时段仍然会有水质超标现象，需要增加“高效沉淀池+反硝化深床滤池”深度处理工艺段以强化对TN、TP的进一步去除，保证出水的稳定达标。工艺流程如图1所示。2主要构筑物及工艺参数2.1预处理车间预处理车间内包括粗、细格栅间及提升泵房、沉砂池等为已建设施，土建均按远期处理规模2.0万m3/d考虑，因此，应充分利用现有预处理土建设施，更换相关设备。其中，粗格栅采用2台回转式固液分离机，格栅机宽度800mm，格栅间距20mm。细格栅采用2台回转式固液分离机，格栅机宽度1200mm，格栅间距5mm。泵房采用湿式工艺，更换潜污泵4台（Q=表2 污水处理工艺比较表项目工艺特点优点缺点适用规模综合评价Bardenpho工艺生物池分为厌氧、缺氧、好氧等处理段。将传统活性污泥工艺、生物硝化反硝化工艺和生物除磷工艺有效综合的工艺。脱氮除磷效果明显，工艺成熟稳定。循环流量大，抗冲击负荷能力强。操作管理简便，自控要求低。工艺流程较长、构筑物多、占地面积较大、造价较高。设备数量较多，运行费用较高。适用各型污水处理厂，近年工程实例多好Crousel氧化沟生物池呈封闭沟渠型，混合液在环式渠道中连续循环运行。通过控制曝气形成缺氧、好氧段，属于延时曝气系统。具有推流式流态，运行水力条件好。循环流量大，抗冲击负荷能力强。操作管理简便，自控要求低。功能分区不明显，除磷脱氮效果较差。占地面积较大，造价较高。运行不宜控制，存在污泥膨胀、上浮和泡沫问题。适用各型污水处理厂，近年工程实例较少。一般CASS工艺生物池集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物降解在时间上是一个推流过程，微生物处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化。构筑物数量少，节省占地面积。运行灵活，抗冲击负荷能力强。曝气为间歇式，节能效果显著。间歇运行，操作管理复杂，自控要求高。控制阀门频繁开启，容易出故障。缺少二沉池，污泥稳定性差；缺少回流，除磷脱氮效果一般。适用中小型污水处理厂，工程实例较少。一般MBR工艺膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合，用膜分离过程替代传统活性污泥法中二沉池的新型水处理工艺。流程简单，污泥浓度高，处理效果稳定。池容小，土建成本低，节约占地面积。膜组价格高，设备数量多，建设投资高。膜容易污染，设备数量多，运行要求高。膜运行需要驱动压力能耗高，膜需要定期更换，运行费用高。适用各型污水处理厂，近年工程实例较多。较好89WURANFANGZHIYANJIU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN500m3/h，H=12m，N=22kw），3用1备，根据集水池液位控制运行。沉砂池为旋流沉砂池，无需更换设备。2.2Bardenpho生物池新建生物池采用2条0.5万m3/d与旧线A2O生物池并列运行，为半地下式钢筋混凝土池，单池尺寸 43.0m24.2m，有效水深 5.9m，总深6.7m。生物池由厌氧池、缺氧池、好氧池、后缺氧池、后好氧池组成。主要工艺参数详见表3。（1）厌氧池：主要功能是通过外循环将二沉池的污泥回流至厌氧池与污水混合，从而达到释放磷，同时对部分有机物进行氨化，是生物除磷的必要处理单元。水力停留时间HRT=1.8h，容积V=755m3，设置4台高速混合式潜水搅拌器。（2）缺氧池：主要功能是通过内循环将好氧反应器的硝态氮送至缺氧池进行脱氮。水力停留时间HRT=11.0h，容积V=4560m3，设置8台水下推流器。循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）。（3）好氧池：主要功能是降解去除BOD，同时硝化和吸收磷等。停留时间9.0h，容积V=3730m3，池底部设置 1740 个 260mm 微孔曝气器。（4）后缺氧：主要功能进一步去除TN。停留时间2.3h，容积950m3，设置2台潜水搅拌器。（5）后好氧：主要功能进一步去除BOD有机物。停留时间0.7h，容积282m3，池底部设置140个260mm微孔曝气器。2.3二沉池二沉池与Bardenpho生物池配套设置，采用1座=20.0m幅流式沉淀池。池深H=4.6m，有效水深4.0m，钢筋混凝土结构，表面水力负荷0.7m3/m2.h，沉淀时间4.0h。主要设备为1台中心传动单管吸泥机，以及不锈钢浮渣挡板、出水三角堰板等配套设备。考虑冬季室外温度较低，二沉池设置了钢支承反吊膜保温罩，以保证二沉池正常运行，这也是北方严寒地区污水处理厂需要考虑的必要措施。表3 Bardenpho生物池主要工艺参数序 号123456789项目总平均流量最低水温污泥负荷Ls污泥浓度（MLSS）X总泥龄产泥率最大时标准需氧量污泥回流比R混合液回流比Ri工艺参数1.0万m3/d10 0.05kgBOD5/kgMLSSd3500mg/L20d0.60KgDS/kgBOD5900KgO2/h100%200%300%2.4深度处理车间2.4.1高效沉淀池高效沉淀池是利用物化作用进行快速沉淀的处理单元，主要由反应池、沉淀池、污泥系统、加药系统、电气控制系统组成。通过投加混凝剂PAC、助凝剂PAM与污水在池内完成混合、絮凝过程，并在沉淀区完成泥水分离，可有效去除原水中的TP、悬浮物及大分子有机物。高效沉淀池设置为2组，采用钢筋混凝土结构，主要工艺参数详见表4。表4 高效沉淀池主要工艺参数名称絮凝反应池斜管沉淀池有效容积V混合=1.51.53.1 2=8.1m3。V絮凝=3.23.26.02=122.9m3池内径8.0mV沉淀=8.08.05.92=665.6m3水力停留时间混合时间2.0min絮凝时间17.7min沉淀时间1.8h；沉淀池表面负荷约6.2m3/m2.h90污染防治研究HUANJINGYUFAZHAN2.4.2反硝化深床滤池反硝化深床滤池采用石英砂作为反硝化生物的挂膜介质3，利用池内滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降解双重作用来将污染物加以去除，集生物脱氮及过滤功能合二为一，是保障硝酸氮（NO3-N）及悬浮物去除的处理单元。反硝化深床滤池采用4格钢筋混凝土结构，单格滤池尺寸：LBH=6.0 m4.2 m5.3m，滤料有效粒径23mm，滤料厚度3.0m。主要工艺参数详见表5。2.4.3加药间加药间包含PAC、PAM及碳源投加系统共3套设备，建筑平面尺寸8m5m4m。根据进水水质、水温的情况，选用混凝剂为聚合氯化铝（PAC），投加浓度按6%，投加量按30mg/L配置，投加点设在高效沉淀池混合区。投加方式采用计量泵投加，自动控制，按进水流量、温度、浊度参数变化规律，建立数学模型，自动完成药剂量的调节。冬季低温低浊时考虑投加助凝剂，助凝剂采用PAM，投加量为1mg/L，投加浓度为0.1%，投加点设在高效沉淀池絮凝区，采用计量泵投加。由于进水中的C/N比较低，反硝化细菌在反硝化过程中需要额外的碳源作为养料，所以需要在反硝化池前和反硝化滤池前投加乙酸钠碳源，保证系统稳定运行。投加浓度按130mg/L计，溶液配置浓度按30%计。考虑处理设施的保温措施，需要将高效沉淀池、反硝化滤池以及加药间设置在钢结构厂房内，厂房平面尺寸LBH=42.0m42.0m11.50m。2.5配套设备车间配套设备车间主要包括污泥脱水间和鼓风机房。污泥脱水间新增1台叠螺一体化污泥浓缩脱水机（Q=2030m3/h），鼓风机房新增3台（2 用 1 备）罗茨鼓风机（Q=30m/min，H=68kpa，N=75kW）。3运行效果与经济技术分析本工艺在调试运行后处理效果优良，出水水质优于国家一级A标准，其中最难去除的指标TN能够稳定达标。主要技术数据见表6。建设总投资为 5440.56 万元。运行成本1.97元/m3，其中电费0.50元/m3，药剂费0.04元/m3，维修费0.30元/m3，管理费和其他费用0.542元/m3，折旧费0.588元/m3。扩建项目暂未考虑人工费，财务内部收益率为5，符合行业的财务基准内部收益率标准。表5 反硝化滤池主要工艺参数序 号123456项 目处理规模滤速反洗强度反冲洗周期冲洗水池反冲洗废水池工艺参数处理规模：416m3/h进水TN：30mg/L，出水TN：15mg/L平均滤速：4.00m/h，强制滤速：4.6m/ha.单独气洗：历时35min，气洗强度25L/m2sb.气水联合反冲洗：历时520min，气洗强度25L/m2s，水洗强度4.0L/m2sc.单独水冲洗强度：历时5min，冲洗强度4.0L/m2s48 h尺寸：LBH=7.696m，有效容积：342m3尺寸：LBH=7.696m，有效容积：342m391WURANFANGZHIYANJIU环境与发展HUANJINGYUFAZHAN4结语Bardenpho污水处理工艺具有功能分区清晰，处理效果稳定，管理维护简便、运营成本较低的特点，尤其适合内蒙古冬季寒冷地区的城镇污水处理要求。结合后序的“高效沉淀池+反硝化滤池”深度处理工艺段，确保出水水质稳定达标，是值得推荐的一种生物脱氮除磷污水处理工艺。参考文献1国家环境保护总局.城镇污水处理厂污染物排放标准:GB18918-2002S.北京：中国环境出版社，2002.2上海市住房和城乡建设管理委员会主编.室外排水设计标准:GB 50014-2021S.北京：中国计划出版社，2021.3北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册城镇排水:第三版M.北京：中国建筑工业出版社，2017.收稿日期：2022-12-19作者简介：王建民：（1974），男，内蒙古呼和浩特人，高级工程师，注册公用设备师（给水排水），主要从事市政给排水工程的规划、设计研究工作。通讯作者：王永平（1976），男，汉族，本科，高级工程师，现从事环境工程技术研究工作。表6 污水处理厂出水水质运行数据（单位：mg/L)指标1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月均值一级A标准值CODcr1920212122212322202423242250BOD53.84.34.53.33.63.52.93.12.83.63.743.610SS667556554355510TN13.112.912.711.912.18.4912.511.812.413.713.512.912.315NH3-N2.741.43.42.222.122.131.591.771.091.351.973.092.075（8）TP0.290.330.270.340.250.320.360.280.30.330.340.280.310.592