陳 顥

（南京市市政設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

0 概述

某市城區(qū)共有A 座、B 座和C 座三座污水處理廠，三座污水廠于2010 年全部完成了升級改造工程，運(yùn)行至今，出水水質(zhì)都穩(wěn)定達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。該文以三座污水廠升級改造后的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析其進(jìn)出水水質(zhì)的變化、升級改造的措施及運(yùn)行情況。

A 座污水廠服務(wù)范圍45km2，排水體制為雨污分流制，廠外配套污水管網(wǎng)較為健全，進(jìn)水主要以生活污水為主，基本不含工業(yè)廢水。2008 年升級改造工程后，污水處理工藝為“預(yù)處理+新型三溝式氧化溝+機(jī)械絮凝斜管沉淀池+V型濾池+紫外消毒”工藝，當(dāng)前紫外消毒已閑置，改用次氯酸鈉消毒。一、二期工程污泥處理采用“重力濃縮+帶式壓濾脫水”工藝，三期工程污泥處理采用“重力濃縮+離心脫水”工藝，污泥脫水后含水率≤80%后外運(yùn)。污泥處置原位送至市生活垃圾衛(wèi)生填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置，現(xiàn)已改為焚燒處置。

B 座污水處理廠的污水收集范圍約15.8km2，包括生活及工業(yè)廢水，采用雨污分流制。污水處理采用“粗格柵及進(jìn)水泵房+細(xì)格柵及旋流沉砂池+UCT 生化池+二沉池+機(jī)械混凝斜管沉淀池+V 型濾池”處理工藝，出水采用紫外線輔助次氯酸鈉接觸消毒。剩余污泥由污泥回流泵房及斜管沉淀池排出，經(jīng)勻質(zhì)池后進(jìn)入脫水機(jī)房，經(jīng)濃縮脫水一體機(jī)脫水后含水率≤80%后外運(yùn)。污泥最終送至市生活垃圾衛(wèi)生填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置。

C 座污水處理廠主要收集范圍服務(wù)范圍約13.7km2，包括生活及工業(yè)廢水；一期污水處理采用“預(yù)處理+新型三溝式氧化溝+混凝沉淀池+V 型濾池+次氯酸鈉消毒”工藝。二期采用“預(yù)處理+倒置AAO 生化沉淀池+混凝沉淀池+濾布濾池+次氯酸鈉消毒”工藝?，F(xiàn)狀污泥處理采用“重力濃縮+帶式脫水”工藝，污泥脫水后含水率≤80%后外運(yùn)。污泥最終送至市生活垃圾衛(wèi)生填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置。

1 進(jìn)水水質(zhì)

A 座污水廠升級改造工程建設(shè)規(guī)模9.0 萬m3/d，B 座污水廠升級改造工程建設(shè)規(guī)模3.0 萬m3/d，C 座污水廠升級改造工程建設(shè)規(guī)模6.0 萬m3/d。三座污水處理廠運(yùn)行總體比較穩(wěn)定，進(jìn)水水質(zhì)記錄分析見表1 和表2。

表1 進(jìn)水水質(zhì)分析

從表1 可以看出，A 座污水處理廠廠外實際進(jìn)水與原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)相比，COD、SS、BOD 和NH3-N 濃度顯著降低，TP 濃度適當(dāng)降低。廠外實際進(jìn)水水質(zhì)與以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠水質(zhì)存在明顯差異。

B 座污水處理廠廠外實際進(jìn)水與原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)相比，COD 和SS 濃度顯著降低，NH3-N、TP 濃度基本相當(dāng)。廠外實際進(jìn)水水質(zhì)與以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠水質(zhì)存在一定差異。

C 座污水處理廠廠外實際進(jìn)水與原設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)相比，BOD 和SS 濃度顯著降低，COD、NH3-N、TP 濃度適當(dāng)降低。廠外實際進(jìn)水水質(zhì)與以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水處理廠水質(zhì)存在一定差異。

由表2 中實際進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析可知，A 座污水處理廠B/C 比值為0.36，B 座污水處理廠B/C 比值為0.38，C 座污水處理廠B/C 比值為0.32。

表2 各污水廠進(jìn)水水質(zhì)平均值比較

A 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.41，B 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.40，C 座污水處理廠的SS/COD 比值為0.36。

一般而言，工業(yè)廢水具有相對較高的有機(jī)物濃度及較低的B/C 比值，生活污水較工業(yè)廢水具有更高的SS/COD 比值；由上述數(shù)據(jù)分析可知，C 座污水處理廠的B/C 比值和SS/COD比值最低，因此，C 座污水處理廠進(jìn)水中工業(yè)廢水的比例相對A 座和B 座污水處理廠的比例更高。

2 升級后出水水質(zhì)效果分析

由于提升污水處理工藝流程中脫氮除磷的能力，進(jìn)一步滿足水環(huán)境保護(hù)的需求是某市三座污水處理廠升級改造的主要工程目標(biāo)；因此，有必要對三座污水處理廠升級改造后脫氮除磷的實際效果進(jìn)行重點分析。

2.1 升級改造前、后污水處理工藝

A 座污水處理廠現(xiàn)有三溝式氧化溝工藝具有較強(qiáng)的除磷脫氮能力，目前出水水質(zhì)除TP 和SS 濃度指標(biāo)外，其他已經(jīng)穩(wěn)定達(dá)到改造要求的出水水質(zhì)指標(biāo)，因此該廠原預(yù)處理及生化處理段無須改造，在后續(xù)增加深度處理段，深度處理段采用“機(jī)械混凝沉淀池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，在機(jī)械絮凝沉淀池內(nèi)投加藥劑，進(jìn)行化學(xué)除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。1）粗格柵及進(jìn)水泵房。共設(shè)置8 臺潛污泵。粗格柵4 套，柵隙20mm；中格柵4 套，柵隙10mm。2） 細(xì)格柵及平流沉砂池。一期細(xì)格柵2 套，柵隙10mm；二期格柵2 套，柵隙5mm；旋流沉砂池2 格，每池停留時間43s。三期格柵2 套，柵隙5mm；旋流沉砂池2 套，直徑2.8m。3） 改進(jìn)型三溝式氧化溝。一期運(yùn)行周期8h，每天運(yùn)行三個周期。二期水力停留時間23.8h，泥齡19.3d，單個運(yùn)行周期8h，每天運(yùn)行3 個周期。三期水力停留時間21.6h，泥齡21d，每個運(yùn)行周期8h，每天運(yùn)行3 個周期。4）中間提升泵房。4 臺軸流泵，Q=1500m3/h，H=8m，N=55kW。5） 機(jī)械絮凝斜管沉淀池。混合時間2min，絮凝時間12min，沉淀時間21min，清水區(qū)上升流速0.8mm/s。6）V 型濾池。1 座10 格，單格面積60.5m2，設(shè)計濾速6.5m/h，石英砂濾料，有效粒徑d10=0.9mm～1.1mm，濾料厚度1.15m，礫石粒徑2mm～4mm，厚度50mm。7） 消毒。在濾池出水總管上投加次氯酸鈉消毒工藝。8）濃縮池.直徑9m，有效水深3m，停留時間15h。9）勻質(zhì)池。直徑為9m，有效水深3m。10）污泥脫水機(jī)房。一期設(shè)有3 臺帶式壓濾機(jī)，其中2 臺帶寬1m，1 臺帶寬2m。二期設(shè)有3 臺帶式壓濾機(jī)，帶寬2m。三期臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，2 臺，轉(zhuǎn)鼓直徑600mm，轉(zhuǎn)鼓長度2160mm，處理量15m3/h～35m3/h，功率N=75kW。

B 座污水處理廠現(xiàn)有UCT 工藝具有較強(qiáng)的除磷脫氮能力，通過適當(dāng)調(diào)整其運(yùn)行參數(shù)，利用現(xiàn)有構(gòu)筑物及設(shè)備的設(shè)計余量，能使出水水質(zhì)指標(biāo)除TP 和SS 指標(biāo)外，均達(dá)到提標(biāo)改造要求的出水水質(zhì)要求，無須對原廠預(yù)處理及生化處理段進(jìn)行改造；后續(xù)增加的深度處理段處理采用“機(jī)械混凝沉淀池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，在機(jī)械絮凝沉淀池內(nèi)投加藥劑，進(jìn)行化學(xué)除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。1）粗格柵。柵隙20mm，數(shù)量2 套。柵前水深0.9m。中格柵柵隙10mm。數(shù)量2 套。柵前水深0.7m。2）進(jìn)水泵房。潛污泵4 臺，小泵Q=442m3/h，H=13m，N=22kW；大泵Q=922m3/h，H=13m，N=44kW。3）細(xì)格柵及沉砂池。柵隙5mm，數(shù)量2 套。柵前水深1.2m。旋流式沉砂池表面負(fù)荷150m3/m2·h，最大停留時間30s。4）UCT生化池。水力停留時間8.2h，泥齡12d，污泥產(chǎn)率1.12kgDS/kgBOD5，有效水深5.5m。5）二次沉淀池。輻流沉淀池，2座，表面負(fù)荷0.97m3/m2·h，有效水深3m，沉淀時間3h。6）污泥泵房?；亓魑勰嗔?438m3/h，剩余污泥量27.6m3/h。7）鼓風(fēng)機(jī)房?？偣饬?00m3/min；4 臺羅茨風(fēng)機(jī)。8）接觸池。接觸時間30min，有效水深2.5m。9）中水回用系統(tǒng)。配置兩臺立式離心泵，Q=50m3/h，H=69m，N=18.5kW，一用一備。

C 座污水處理廠現(xiàn)有改進(jìn)型三溝式氧化溝工藝具有較強(qiáng)的除磷脫氮能力，該廠原預(yù)處理及生化處理段無須改造，后續(xù)增加深度處理段工藝大跌提標(biāo)改造的技術(shù)要求。由于現(xiàn)狀C 座污水廠廠區(qū)內(nèi)空間有限，因此，混凝沉淀池選用占地較小的高效混凝沉淀池，為保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，提標(biāo)改造工藝采用“高效混凝沉淀池+V 型濾池（一期）/混凝沉淀池+濾布濾池（二期）”，在高效混凝沉淀池內(nèi)投加藥劑，進(jìn)行化學(xué)除磷，同時去除BOD、COD、SS 和TP 等保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。1）粗格柵及進(jìn)水泵房。潛污泵，2 臺小泵，2 臺大泵，1 用1 備。小泵Q=831m3/h，H=12m，N=45kW；大泵Q=1675m3/h，H=12m，N=95kW。2）細(xì)格柵及旋流沉砂池。一、二期格柵除污機(jī)4 臺，柵隙3mm，配套砂水分離器。3）新型三溝式氧化溝。污泥負(fù)荷0.11kgBOD5/（kgMLSS·d），水力停留時間21h。4）中間提升泵房。潛污泵，2 臺小泵，2 臺大泵。5）回用水泵房。3 臺離心泵，2 用1 備。6）混凝沉淀池（一期）?；炷龝r間1.5min，絮凝時間11.52min，沉淀區(qū)負(fù)荷4.32m3/ m2·h。7）V 型濾池（一期）。共分5 格，單格面積52m2，設(shè)計濾速4.8m/h。石英砂濾料，采用氣水反沖洗，沖洗時間12min。8）混凝沉淀池（二期）?；炷龝r間1.53min，絮凝時間10.37min，負(fù)荷1.26m3/ m2·h。9）濾布濾池及接觸消毒池（二期）。濾速8.1m/h，消毒池停留時間2.18h。10）鼓風(fēng)機(jī)房（二期）。3 臺離心鼓風(fēng)機(jī)，單臺Q=85m3/min，P=72kPa，N=160kW。11）濃縮池。停留時間8h，直徑Φ14m，有效水深4.7m。12）勻質(zhì)池。停留時間4h，直徑Φ9m，有效水深4.0m。13）污泥脫水機(jī)房。一期2 臺帶式壓濾機(jī)，單臺處理能力21m3/h，二期4 臺帶式壓濾機(jī)，單臺處理能力15m3/h。

2.2 污水處理廠工序能力指數(shù)分析

為了綜合評價三座污水處理廠提標(biāo)改造工程的實施效果和表征出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，該文引入產(chǎn)品質(zhì)量控制中的工序能力指數(shù)（CP） 概念。工序能力指數(shù)是衡量工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)要求滿足程度的指標(biāo)，說明產(chǎn)品合格保證率的高低[1]。由工序能力指數(shù)值可直接得到工藝成品率，因此就能定量表明該工序滿足工藝規(guī)范要求的能力。污水處理廠的實際運(yùn)行出水水質(zhì)的穩(wěn)定性屬于單側(cè)上限標(biāo)準(zhǔn)評價，工序能力指數(shù)數(shù)值的高低可以衡量污水水質(zhì)處理效果的好壞；其計算公式[2]如下。

式中：TU—污染物排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。X—出水水質(zhì)平均數(shù)值。S—出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值。

由表3 中實際出水COD 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析可知，B 座和C座污水處理廠升級改造后對COD 的處理效果相近但要明顯好于A 座污水處理廠；由于UCT 強(qiáng)化了厭氧池的功能，改進(jìn)型三溝氧化溝增加前置厭氧選擇器，進(jìn)一步提高了處理水的可生化性，進(jìn)一步加強(qiáng)COD 的處理效果。

表3 COD 工序能力指數(shù)分析結(jié)果

由表4 中實際出水BOD5運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，B 座污水處理廠升級改造后對BOD 的處理效果明顯好于A 座和C 座污水處理廠；由于UCT 工藝中二沉池回流液是先到缺氧池，再由缺氧池回流至厭氧池，避免硝酸鹽回流至厭氧池，同時將可溶性的BOD5送至厭氧池，為厭氧池內(nèi)有機(jī)物的水解提供最優(yōu)的生化反應(yīng)環(huán)境。

表4 BOD5 工序能力指數(shù)分析結(jié)果

由表5 中實際出水SS 運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，C 座污水處理廠升級改造后對SS 的處理效果明顯比A 座和B 座污水處理廠要好；由于A 座和B 座污水廠深度處理工藝是采用“機(jī)械混凝絮凝池+斜管沉淀池+V 型濾池”工藝，而C 座污水處理廠深度處理工藝是采用“高效混凝沉淀池+V 型濾池（一期）/混凝沉淀池+濾布濾池（二期）”工藝，因此C 座污水處理廠對SS 的處理效果相對A 座和B 座污水處理廠更好。

表5 SS 工序能力指數(shù)分析結(jié)果

從表6 中實際出水NH3-N 運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，B 座和C 座污水處理廠升級改造后對NH3-N 的處理效果相近，但要明顯比A 座污水處理廠好；由于B 座和C 座污水處理廠UCT 特殊的回流方式和改進(jìn)型三溝式氧化溝增加的前至厭氧選擇器，最大程度地利用污水中易生物降解的有機(jī)碳源，采用這樣的設(shè)計在冬季較低的水溫條件下，仍能保證較高的對氨氮的去除效果。

表6 NH3-N 工序能力指數(shù)分析結(jié)果

從表7 中實際出水TP 運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，A 座和C 座污水處理廠升級改造后對TP 的處理效果相近，但明顯比B座污水處理廠要好；由于三溝式氧化溝具有較好的脫氮除磷效果；另外，A 座污水處理廠深度處理段增加了一體化除磷設(shè)施，進(jìn)一步提高了化學(xué)除磷的效果；C 座污水處理廠生化段采用的改進(jìn)型三溝式氧化溝，前反硝化與厭氧池結(jié)合在一起，對生物除磷反應(yīng)更加有益；持續(xù)低濃度的硝酸鹽有助于對磷有富集作用的微生物菌群的選擇性生長和積累；從而，使活性污泥中的這些微生物菌群在沒有足夠COD 的曝氣區(qū)中，也能更加有效地進(jìn)行生物除磷；同時，后續(xù)深度處理段通過投加化學(xué)藥劑進(jìn)行進(jìn)一步除磷，使對磷的去除效果更加顯著，去除效率更高。

表7 TP 工序能力指數(shù)分析結(jié)果

3 結(jié)論

某市三座污水處理廠的升級改造工程是生態(tài)環(huán)境治理的大背景下勢在必行的舉措，提標(biāo)改造工程實施后三座污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)均穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)；通過對比三座污水處理廠升級改造后的出水水質(zhì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析了三座污水處理廠各自污水處理工藝的優(yōu)缺點，為下一步指導(dǎo)優(yōu)化后期的實際運(yùn)行工況有一定的啟示作用；另外，該文的研究對太湖流域和周邊其他地區(qū)的城鎮(zhèn)類似污水處理廠的升級改造工作有一定的指導(dǎo)和參考價值；積累了提標(biāo)改造工程成功實施的經(jīng)驗。