姚竹君， 王元元， 章琰芳

（浙江中昌水處理科技有限公司， 杭州 311100）

近年來， 我國致力于城鎮(zhèn)污水處理工程的提標(biāo)改造， 增加深度處理工藝及設(shè)施； 根據(jù)污水特點(diǎn)、排放要求， 科學(xué)選擇提標(biāo)改造工藝， 著力提高處理設(shè)施的脫氮除磷能力， 使得出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)或其他相關(guān)規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 城鎮(zhèn)污水處理提標(biāo)改造工藝眾多， 如臭氧-活性碳技術(shù)、 膜分離技術(shù)、 生物濾池技術(shù)、 吹脫技術(shù)等， 其中曝氣生物濾池（BAF）及反硝化深床濾池均具有獨(dú)特的工藝優(yōu)點(diǎn)， 生物脫氮處理效果明顯［1-2］。

1 工程概況

某污水處理廠主要接納市政污水， 一期、 二期設(shè)計(jì)規(guī)模均為5×104m3／d， 主體處理工藝采用A／O 微曝氧化溝-二沉池工藝， 自正式投入運(yùn)行以來，污水處理設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定， 總體出水水質(zhì)達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。 隨著污水處理廠進(jìn)水量增加， 處理水量已達(dá)負(fù)荷， 且出水標(biāo)準(zhǔn)提高至GB 18918—2002 一級A排放標(biāo)準(zhǔn)［3］， 故急需進(jìn)行提標(biāo)改造。 由于污水處理廠一期、 二期工程未考慮脫氮工藝， 設(shè)計(jì)在一期、二期生化段后增加BAF-深床反硝化濾池深度處理系統(tǒng)， 使尾端出水水質(zhì)提標(biāo)至一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

該污水處理廠提標(biāo)改造工程總規(guī)模為10×104m3／d， 變化系數(shù)Kz為1.3。 深度處理進(jìn)出水水質(zhì)為一級B 標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)至一級A 標(biāo)準(zhǔn)， 進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 深度處理單元設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality of advanced treatment unit

3 深度處理工藝流程

提標(biāo)改造后工藝流程見圖1。

圖1 提標(biāo)改造后工藝流程Fig. 1 Process flow after upgrading and reconstruction

中間提升泵房接收來自一期、 二期尾端污水，提升至BAF 進(jìn)行生物降解， 再進(jìn)入反硝化深床濾池完成反硝化脫氮， 最后流至清水池； 同時(shí)設(shè)計(jì)反硝化深床濾池出水回流至BAF。

BAF 采用球形多孔輕質(zhì)陶粒濾料作為生物載體， 集生物氧化降解、 過濾截流于一體， 具有處理負(fù)荷高， 池體體積小， 占地省的特點(diǎn)。 本次工程采用前置BAF， 通過鼓風(fēng)曝氣， 利用濾料上生長、 附著的微生物的代謝作用， 完成對進(jìn)水中剩余氨氮的硝化， 將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽， 并對剩余有機(jī)物進(jìn)行降解， 同時(shí)截留大部分SS。

反硝化深床濾池為下向流固定床式濾池， 平時(shí)主要去除SS。 當(dāng)出水總氮不能達(dá)標(biāo)時(shí)， 通過投加碳源可轉(zhuǎn)換成反硝化濾池使用， 在高效去除SS 的同時(shí)去除總氮［4］。

BAF 與后置反硝化深床濾池的組合工藝能夠有效去除污水中有機(jī)物、 氨氮及總氮， 使出水達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)［5-6］。

4 主要處理單元工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備配置

4.1 曝氣生物濾池

共設(shè)置10 格， 單格尺寸為10.8 m×8.6 m×5.8 m， 單格過濾面積為92.88 m2。 設(shè)計(jì)硝化容積負(fù)荷為0.54 kg［NH3-N］／（m3·d）， 表面水力負(fù)荷為4.49 m／h，陶粒濾料層高4.0 m， 平均時(shí)空床水力停留時(shí)間為53.50 min， 最大時(shí)空床水力停留時(shí)間為41.17 min；反沖洗周期為24 ～48 h， 水沖洗強(qiáng)度為5.0 L／（m2·s）， 氣沖洗強(qiáng)度為14.0 L／（m2·s）（可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況適當(dāng)調(diào)整）， 濾池采用降水位氣水聯(lián)合反沖洗形式， 依次設(shè)計(jì)為降水位3 min， 氣洗3 min， 氣水聯(lián)合洗5 min， 清水漂洗10 min。 此處設(shè)計(jì)參數(shù)中硝化容積負(fù)荷與空床水力停留時(shí)間均略大于CECS 265 ∶2009《曝氣生物濾池工程技術(shù)規(guī)程》［7］及GB／T 37528—2019《脫氮生物濾池通用技術(shù)規(guī)范》［8］中的設(shè)計(jì)要求， 其他設(shè)計(jì)參數(shù)均符合。

（1） 濾頭濾板。 本次工程配水形式為專用濾頭布水系統(tǒng)， 濾板采用鋼筋混凝土整體鋪設(shè)， 模板采用木模。 濾頭采用BAF 專用抗堵塞可調(diào)節(jié)長柄濾頭， 具有以下特點(diǎn)： 布水布?xì)饩鶆颍?承壓強(qiáng)度高，連接牢固， 便于拆卸檢修， 安裝后保證濾頭不脫落， 與濾板間無死水區(qū)， 濾頭表面光滑、 無雜質(zhì)、無裂紋等缺陷， 表面色澤一致， 無撓曲、 收縮現(xiàn)象等。 濾頭整體長度為350 mm， 可調(diào)節(jié)范圍為0 ～40 mm， 縫隙面積為6.75 cm2。

（2） 濾料。 采用球型多孔輕質(zhì)陶粒均質(zhì)濾料，具有以下特點(diǎn)： 化學(xué)穩(wěn)定性好， 強(qiáng)度適宜， 表面粗糙易掛膜、 表面微孔發(fā)達(dá)且分布合理， 適合微生物的接種、 馴化、 繁殖生長等； 同時(shí)， 該濾料比表面積較高， 可附著生長并積累高濃度的微生物量， 使生物濾池的容積負(fù)荷增大， 降解速率顯著提高， 且耐反沖洗， 特別是生長在微孔內(nèi)的微生物不易流失， 即使長時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)也能保持其菌種。 濾料粒徑為4 ～5 mm， 表觀密度為1.4 ～1.6 g／cm3， 堆積密度不超過0.9 g／cm3， 比表面積大于或等于2 × 104cm2／g， 空隙率大于或等于40%， 不均勻系數(shù)小于或等于1.10， 填裝高度為4.0 m。

（3） 曝氣器。 采用ABS 材質(zhì)單孔膜空氣擴(kuò)散器（規(guī)格為?60 mm×45 mm）， 本項(xiàng)目共計(jì)38 400套。 曝氣支管直徑為25 mm， 采用FRPP 材料制成， 分配器采用不銹鋼304 材料。 膜片采用三元乙丙材料， 厚度為1.5 mm， 中心孔直徑為1.0 mm。其具有曝氣均勻， 安裝方便， 供給的氣泡直徑小、氣泡分布范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 壓縮空氣從單孔膜空氣擴(kuò)散器膜片上小孔高速射流與污水碰撞并被生物濾料切割成眾多的細(xì)小氣泡， 使濾池系統(tǒng)氧的利用率達(dá)到30% 以上； 且單孔膜空氣擴(kuò)散器設(shè)有防止生物濾料堆壓膜片的筒形出氣口， 擴(kuò)散器能直接設(shè)置在濾料層中， 在其四周有濾料堆壓的情況下也能使橡膠膜片正常工作。

4.2 反硝化深床濾池

共 設(shè) 置10 格， 單 格 尺 寸 為19.5 m × 4.1 m ×5.8 m， 單格過濾面積為79.95 m2， 濾池水力負(fù)荷為5.2 m3／（m2·h）， NO3--N 負(fù)荷為0.32 kg［NO3--N］／（m3·d）， 平均濾速為5.2 m／h， 強(qiáng)制濾速為6.78 m／h， 石英砂濾料層厚度為1.83 m， 平均流量時(shí)空床水力停留時(shí)間為23.1 min， 最大流量時(shí)空床水力停留時(shí)間為17.8 min； 反沖洗周期為24 h， 其中水沖洗強(qiáng)度為5.0 L／（m2·h）， 氣沖洗沖強(qiáng)度為25.0 L／（m2·h）。 反沖洗時(shí)間依次為氣洗5 min， 氣水同時(shí)沖洗15 min， 水洗5 min。

（1） 濾磚。 采用“T”型氣水分布塊濾磚， 外形尺寸為543 mm×203 mm×187 mm， 外殼為高密度聚乙烯材料， 外殼厚度為2 mm， 具有足夠的強(qiáng)度，內(nèi)充混凝土， 能夠支撐濾料介質(zhì)和卵石層的重量以及整個(gè)池體的水壓。 “T”型濾磚底部可形成空氣反射內(nèi)腔， 反沖洗時(shí)空氣與水混合后， 從相鄰濾磚的間隙中強(qiáng)力噴出， 可將空氣與水均勻分布在整個(gè)濾池， 保證氣水分布均勻及強(qiáng)力氣水反沖； 且濾磚內(nèi)腔接收空氣分配支管排出的空氣。 每個(gè)氣水分布濾磚都有縱橫水流通道， 不會(huì)形成旋渦和水頭損失。

（2） 濾料。 采用天然均質(zhì)石英砂， 不易堵塞失去水頭， 石英砂有效粒徑為1.70 ～3.35 mm， 均勻系數(shù)為1.4， 球形度不小于0.8， 比重不小于2.6，酸溶度不超過3%， 莫氏硬度為6 ～7， 填裝高度為2.0 m。 承托層采用天然鵝卵石， 粒徑為3 ～38 mm， 填裝高度為0.45 m， 五級配交替排列。

4.3 反沖洗泵房

設(shè)計(jì)清水池1 座， 有效容積為486.5 m， 滿足單格濾池反沖洗用水。 設(shè)計(jì)反沖洗水泵4 臺(tái)， BAF和反硝化深床濾池各用2 臺(tái)， 相互備用， 單臺(tái)Q ＝836 m3／h， H ＝10.0 m， N ＝30 kW， 變頻控制。

4.4 反沖洗風(fēng)機(jī)房

設(shè)計(jì)反沖洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)6 臺(tái)， BAF 2 臺(tái)， 反硝化深床濾池3 臺(tái)， 1 臺(tái)備用， 單臺(tái)Q ＝40 m3／min，P ＝70 kPa， N ＝90 kW。 空壓機(jī)2 臺(tái)， 1 用1 備，單臺(tái)Q ＝2.87 m3／min， P ＝8.5 kPa， N ＝18 kW， 配套儲(chǔ)氣罐， 冷干機(jī)， 前后過濾器等部件。

4.5 鼓風(fēng)機(jī)房

共設(shè)置6 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)， 其中3 臺(tái)為一期生物池供氣， 2 用1 備， 單臺(tái)Q ＝78 m3／min， P ＝55 kPa， N ＝110 kW； 3 臺(tái)為BAF 供氣， 2 用1 備， 單臺(tái)Q ＝145.8 m3／min， P ＝70 kPa， N ＝250 kW。

4.6 加藥間

碳源投加點(diǎn)設(shè)于反硝化深床濾池前端的進(jìn)水混合池。 碳源選用乙酸鈉， 配套20 m3儲(chǔ)罐1 臺(tái)， 隔膜計(jì)量投加泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)Q ＝200 L／h，H ＝50 m， N ＝0.25 kW， 變頻控制。

4.7 控制系統(tǒng)

配電間設(shè)置控制系統(tǒng)用于BAF 及反硝化濾池系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的配電及控制。 設(shè)置PLC 控制柜， 曝氣風(fēng)機(jī)控制柜、 反沖洗風(fēng)機(jī)控制柜、 反沖洗泵控制柜、 排污泵控制箱、 濾池閥門控制柜等， 其他控制柜與PLC 柜通過信號線相連， 藥劑投加裝置通過信號線與PLC 柜連接， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

5 工程運(yùn)行效果

本工程進(jìn)水量較為穩(wěn)定， 系統(tǒng)調(diào)試成功后運(yùn)行穩(wěn)定， 各項(xiàng)出水指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， BOD5、COD、 氨氮、 總氮、 總磷、 SS 平均質(zhì)量濃度分別為6.5、 26.4、 1.65、 8.89、 0.49、 7.0 mg／L。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本提標(biāo)改造工程項(xiàng)目總投資約為7 595 萬元，運(yùn)行成本約為0.55 元／t。

7 結(jié)語

（1） 采用BAF-后置反硝化深床濾池組合工藝深度處理污水廠尾水， 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 出水達(dá)到GB 18918—2002 一級A 標(biāo)準(zhǔn)。 該工藝具有有機(jī)物及SS 去除率高， 脫氮效果好， 且工藝結(jié)構(gòu)緊湊、基建和運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。

（2） BAF 建議采用專用塑制模板、 整體澆筑濾板， 可保證整塊濾板強(qiáng)度的均勻性， 不易造成濾板破裂現(xiàn)象， 可防止因采用木模產(chǎn)生的形變， 從而保證了濾板尺寸的誤差在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。

（3） BAF 出水端應(yīng)設(shè)計(jì)穩(wěn)流柵， 不僅能均勻分配出水使水流穩(wěn)定； 還可防止反沖洗時(shí)濾料丟失。

（4） 反硝化深床濾池進(jìn)水建議采用調(diào)節(jié)型弧形堰板， 防止濾池進(jìn)水溶解氧過高導(dǎo)致碳源投加量增加。