浅谈凝结沉淀法技术在污水厂提标改造工艺设计中应用

近年来我国城市经济建设得到快速发展，工业废水也随着工业的生产逐渐的增加。同时科学技术的不断创新，各种新材料和新技术广泛的应用于工业生产中，更是造成污水中污染物含量的急剧增长；随着我国对环境保护要求的不断提高，对城市污水处理厂出水的要求越来越严格，因此提标改造成为城市各污水处理厂污水处理的重中之重；本文结合南方某污水处理厂实际情况，对城市污水处理厂提标改造工艺设计进行了详细的分析，希望能给城市污水处理厂提标改造提供有利参考。

1、污水处理厂基本概况：随着改革开放大好形势的不断深入，我国的污水处理事业也得到了快速的发展。我国的污水处理技术也由过去只具有去除有机物功能的污水处理工艺技术发展为具有除磷脱氮多功能的工艺技术；目前污水处理能力最强的省是广东省，其次是江苏和山东；南方某污水处理厂通过进行提标改造技术，不仅提高了处理效率，而且对环境保护具有重要意义；对城市污水处理厂进行提标改造，标志着我国污水处理事业的不断壮大，标志着污水处理技术在我国发展的成果，标志着我国政府对污水处理事业的重视，也标志着我国污水处理事业发展到崭新的阶段。

 

1.1、污水处理厂现状：南方某污水处理厂厂区范围内的提标改造，污水厂现状规模为20万吨/天。

1）工程内容包括：南方某污水处理厂现状规模为20万吨/天，出水水质达标改造要求为根据南方某污水处理厂现状出水水质指标，增加沉淀出水过滤、消毒工程及配套设施等，新建管道D1220×10～D1620×12约600米。

2）出水满足一级A排放标准和《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二时段一级标准的要求（其中，生化需氧量10mg/L,化学需氧量40mg/L，石油类1mg/L，总氮15mg/L，总磷0.5mg/L，悬浮物10mg/L，磷酸盐(以P计) 0.5mg/L，氨氮5mg/L，类大肠菌群数1000个/L），提标改改造工程处理规模为20万吨/天。

3）工艺要求：该项目不新设排污口，及现有一期工程共用一个排放口排放尾水，尾水排放口进行规范化设置，安装流量计量和主要污染物在线自动监测装置，并及环保部门实现联网等。新华污水处理厂污水处理反应池如图1所示

图1   污水处理反应池

1.2、污水处理厂改造的必要性

1）设备老化且年久失修：过程从长远来看，因为没有适当的维护和管理，造成了污水处理厂设备有很多不同层次的损坏，对污水处理造成严重影响。还有某些原因，由于资金不到位和有些是领导不够重视，造成设备老化不能正常运行，不能达到污水处理的标准。

2）处理能力和处理要求不匹配：城市发展是快速的，及此同时工业生产和生活中排放的废水中的杂质也更加复杂，处理较以前增加了许多难度；但很多城市的污水处理厂在设计过程中没有考虑到未来城市发展的状况，所以在设施的处理量方面没有预留出足够的空间，无法满足现有的处理指标。尤其是在这个阶段中水质的要求逐渐提高，因此要对旧污水处理厂进行升级改造更新。

3）建厂时调试没有到位：污水处理厂建成后工艺的调试过程中是非常重要的，它是保证污水处理设备的正常运行，并能达到处理标准的基础；然而在许多污水处理厂早期建设的过程中，对工艺的调试过程没有给予足够的重视，调试不到位，导致在操作后期设备运行不稳定，处理技术不达标，并且会增加运行成本。

2、污水处理厂提标改造工艺设计

2.1、提标改造要求：所谓污水厂的提标改造就是在现有污水厂不进行大规模的改、扩建的前提之下，通过增建处理设施或改进原工艺，来提高污水处理能力和效率，污水处理厂改造一般遵循以下原则：

1）对污水厂的运行做全面系统的分析及研究，最大化挖掘原有设备的潜能，用较少的投入取得较好的效果。

2）充分利用污水厂在实际运行过程中积累的经验参数（进水量、各污染物指标、污泥沉降性能、污泥龄等）作为提标改造的设计参数。

3）升级改造时，需要对多种工艺方案进行比较，尽量选择运行管理并且效果最优、经济可行的工艺。

4）在提标改造过程中尽量不干扰现有工艺的运行，确保整个污水厂的正常运行。

2.2、设备材料

1）建筑材料, 地砖,墙砖, 涂料,内外墙材料；

2）氧化沟, 消毒设备, 二沉池,配水井及污泥泵,清水池及泵站；

3）变压器, 高压配,电低压配电, 污泥脱水机房,鼓风机房；

4）计量井, 阀门井,生物除臭,给排水管件；

5）电器开关, 照明灯,具电缆电线；

6）粗格栅池,提升泵池,细格栅池,旋流沉砂池；

7）污泥干化设备,污泥泵,刮泥机,除砂机；

8）格栅,泵,阀门, 仪器仪表,自动化控制系统, 管材。

2.3、污水处理厂提标改造工艺路线：污水处理厂提标改造主要包括工艺改造、水力改造和设备改造，其中最常用的是工艺改造；工艺改造作为污水处理厂提标改造的主要方面，其具体措施包括：

1)初沉池改造：污水厂中初沉池主要用来降低悬浮固体(TSS的去除率为50%～70%，图2)的含量，保证后续生物处理系统的正常运行，但另一方面，初沉池对碳源也有一定比例的去除(BOD的去除率为25%～40%，图2)，造成污水厂生物反应池进水碳源不足问题更加突出，影响生物脱氮除磷效率。目前针对污水厂已建初沉池，结合具体工程条件，若需要进行改造，其一是将初沉池改为厌氧区或(预)缺氧区，增加生物反应池水力停留时间；其二是利用初沉池污泥发酵产生挥发性脂肪酸(VFA)，充分利用内部碳源，提高系统脱氮除磷效果；研究表明，初沉发酵池宜在进水BOD5/TN偏低(BOD5/TN<4)、SS/BOD5偏高(SS/BOD5>1.2)时设置，可有效提高生物系统的污泥活性，减少外部碳源投加量。

 

2）调整活性污泥工艺：早期建造的污水处理厂多采用活性污泥工艺，不具有脱氮除磷功能，可以改造成具有脱氮除磷功能的A²/O工艺，改良A²/O工艺、倒置A²/O工艺等，同时达到脱氮除磷的目的；目前A²/O及其变形工艺在我国应用最为广泛，是污水处理厂的主要工艺；我国对于A²/O工艺设计、施工以及运行都已经具有十分丰富的经验，因此在选择工艺升级改造时，大多数情况下要优先选择A²/O工艺；若以去除氮优先，可采用倒置A²/O；若要减少回流污泥对除磷的影响，可以采用A-A²/O；如果是以去除磷为主要目的，采用多点进水倒置A²/O工艺最好。

3）同时采用活性污泥和生物膜工艺：利用两个工艺的特点和优势，达到高效脱氮除磷。通过向好氧池内投加填料形成生物膜工艺，两者形成的复合工艺对于用地紧张的污水厂改造具有巨大的优势，简单易行并且不占用新的用地；在A²/O生物池内投加悬浮填料，形成了活性污泥法和生物膜复合工艺，提高了生物池内污泥浓度和容积利用率，使其处理能力达到及其他设施相适应的20万m³/d，同时充分利用填料内的微观厌氧、缺氧环境，提高了污水中有机物和氮、磷的去除率。悬浮填料目前是一种新型的填料，可以直接投加在池内，不需要另外设置填料支架防止填料流失，填料挂膜后密度和水接近，只要有比较小的气量就可以悬浮的水中，及别的填料相比，可以节省很多成本，也方便以后更新操作；在池底微孔曝气器曝气作用下填料处于流化状态，这样既可以增加了废水及悬浮填料上生物膜的接触，又由于填料具有切割分散气泡的作用，增加了气泡及废水的接触，从而提高了气泡中携带氧的利用率。

4）增加化学处理过程：在沉淀池或污水处理反应池内投加金属盐和聚合物等化学药剂，通过化学反应和凝聚作用生成沉淀物，从而去除悬浮物和除磷。

5）增加深度处理工艺：应用新型过滤、混凝、沉淀、吸附、气浮及消毒等工艺，采用曝气生物滤池工艺和膜技术，应用膜生物反应器技术等。污水深度处理技术是在污水预处理及主处理的基础上，对二级处理水用物理化学处理法、生物处理法及膜处理法去除二级出水中存留的细菌、重金属等危害人体健康的有害有毒物质，从而达到污水的回收和利用的一种处理技术。污水深度处理可有效地去除SS和TP，并且随着SS的进一步去除，出水中其它污染物指标，如BOD5、COD等也可得到进一步的去除；污水深度处理作为一种新型的处理方法，常用的方法有混凝沉淀法、砂滤法、臭氧氧化法、离子交换法、膜处理法、活性炭法、催化氧化法、曝气生物滤池技术等。

（1）混凝沉淀法是深度处理中最常用的工艺，我国多数污水处理厂在进行升级改造中都使用此方法；利用投加混凝剂将二级处理出水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物凝聚成大颗粒的絮团，在沉降设备中进行絮团和水的分离。

（2）砂滤法是一种集絮凝、沉淀、过滤为一体的处理方法，使工艺处理流程更简单；由于投资费用低，在污水深度处理中应用越来越多。

（3）臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化性，氧化污水中的有机物，并能去除异味和臭味，主要优点就是没有二次污染，且流程简单，反应迅速。

（4）离子交换法是利用液相和固相中离子间的可逆性化学反应分离物质离子交换法能有效地去除离子，但对大部分有机物和无机物无法去除。

（5）膜处理分为纳滤、超滤、微滤、反渗透，是用一定的具有选择性分离功能的材料来分离水中污染物质，由于膜处理对水质适用性强，并且运行稳定，在运行过程中不需要投加其它物质，因而不改变分离物质性质。

（6）曝气生物滤池技术是新发展起来的一种新型生物膜污水处理技术，同时具有生物氧化和截留悬浮固体的作用，其容积负荷和水力负荷都比较大，水力停留时间也较短，出水水质也好，最重要的是运行过程耗能低，费用比较少。

（7）目前在污水厂二级生物处理出水之后增加深度处理工艺，是保证出水水质稳定达到一级A标准的重要一步；根据工程设计进出水水质分析及主要污染物控制目标，深度处理工艺设计一般可分为4类，如图3所示，工程设计时，若二级处理出水水质指标接近或可达到一级A标准，且达标率较高、污水厂进水水质也趋于稳定，可采用直接过滤(混凝-絮凝-过滤)或接触过滤(混凝-过滤)工艺；若二级处理出水中NH3-N、TN较低，TP和SS指标相对较高，可采用混凝-絮凝-沉淀-过滤工艺，出水经消毒处理后，确保达到一级A标准；其次，若二级处理出水水质相对一级A标准差距较大，NH3-N和TN也较高，可采用曝气生物滤池强化脱氮，后续增加混凝-絮凝-沉淀-过滤-消毒工艺，确保出水水质稳定达标；最后，若二级处理出水仍需进行脱氮除磷，污水厂用地又十分紧张，出水标准也较高(或高于一级A标准)，则可采用MBR工艺，出水经消毒处理后达标排放。

总之污水深度处理处理效果明显，一般用于对出水水质要求高，出水回用的工程。深度处理虽然效果显著，但是费用更高，必须根据处理水质，工程规模和出水要求选择适合的深度处理工艺。

2.4、污水处理厂提标改造工艺设计及运行：南方某污水处理厂采用AAO处理工艺，日处理能力20万t，出水排放指标执城镇污水处理厂污染物排放标准一级B标准；按一级B标准排放的尾水水质仍远劣于地表水Ⅳ类水质标准，属于低碳源、高氮磷污水，造成水体富营养化的风险较大，须对新华污水处理厂进行提标改造，以满足环保要求。污水处理厂提标改造前污水进、出水水质如表1所示

表1 污水处理厂提标改造前污水进、出水水质

 

1）根据南方某污水处理厂现状运行情况，二级处理出水水质指标均达到一级B标准，但除了COD可达一级A标准，其余指标均未能达到一级A标准的要求，因此拟对污水厂现有二级生物处理系统予以改造，提高对BOD₅、NH₃-N、TN、TP的去除率。

 

2）一般来说对于常规城镇污水水质，为使出水达到一级B 标准，将二级生物处理工艺升级为具有生物脱氮除磷的工艺即可完成，但如果出水水质执行一级A 标准的话，处理难度会加大，按照要求污水处理厂出水标准由城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准和提升为一级A标准；根据国内外经验，利用新型过滤工艺可以提高对SS 和有机物的去除率，化学除磷可以强化对TP 的去除，强化脱氮工艺可以提高TN 的去除率；污水处理厂提标改造后污水进、出水水质如表2所示

 

3）从前述中可知，南方某污水处理厂提标改造后出水中除了COD全年满足一级A标准，其余指标BOD₅、SS、NH₃-N、TN及TP全年都满足一级A标准的要求；本次改造工程设计污水进、出水水质标准，工程要求的污水处理程度很高，污水处理工艺的选择十分重要；污水二级处理工艺对SS的处理效率最高可达90%，出水中悬浮物的多少直接影响出水中各种污染物的含量，因此必须采取深度处理措施，降低出水中SS指标，确保出水中SS达标，对BOD5的处理效率可高达95%，同时根据污水处理厂的运行经验，常规污水二级处理工艺总氮的去除率约为10~25%，总磷的去除率约为15~20%，而A2/O污水生物处理工艺TN、TP同步的去除率可达70%多，但若工艺流程分别以脱氮或除磷为重点，则可以得到不同的氮、磷去除率；根据以上对各污染指标的处理率可见，南方某污水处理厂现有污水处理设施已满足变化后的进、出水水质处理要求。

 

3、结语：本文以南方某污水处理厂提标改造为案例，对污水厂提标改造设计进行了深入探析；提标改造后的水回用对于水资源有效利用和环境保护具有重要意义，能够形成水资源的可持续发展；提标改造工程实施后，可进一步提高珠江流域的水质为城市服务，为社会服务，可改善城市市容，提高卫生水平，保护饮用水源，保护人民身体健康，促进城市旅游事业的发展，同时该项目建设可改善城区投资环境，使工业企业不会再因为水污染而影响企业的展，吸引更多的内外商投资，促进城市经济发展，可见南方某污水处理厂提标改造工程社会效益显著。