王永泉 周超 蔣濤 何適亞

（華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司，江蘇南京 210098）

1 引言

機場配套污水處理廠污水的來源主要包括生活污水、生產(chǎn)廢水。生活污水包括航站樓、辦公區(qū)、生活區(qū)等區(qū)域，是污水處理廠的主要污水來源；生產(chǎn)廢水包括航空食品公司、機修廢水、地面沖洗水等。某機場配套污水處理廠處理工藝為A2O 工藝，處理規(guī)模為3 000 m3/d，2020 年其面臨提標(biāo)改造，要求出水滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。受航班飛行量影響，污水處理廠面臨進水水量不穩(wěn)定、進水氨氮濃度高等問題，污水處理廠改造更是面臨現(xiàn)場占地受限、無法停車改造等問題。因此，充分利用原生化池處理能力是提標(biāo)改造的關(guān)鍵。本文對原有參數(shù)進行復(fù)核，通過提高缺氧段停留時間、優(yōu)化風(fēng)機選型、提高運行階段污泥沉降比3 種方式進行改造，改造后運行效果顯著，可為同類型污水處理廠提標(biāo)改造提供借鑒和參考。

2 項目概況

2.1 項目背景

某機場配套污水處理廠設(shè)計規(guī)模為3 000 m3/d，進水有航站樓、辦公區(qū)等生活污水和機修廢水及地面沖洗水等，原核心工藝采用A2O 工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。本次提標(biāo)改造工程仍維持原有規(guī)模3 000 m3/d，設(shè)計出水水質(zhì)提升至GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計進出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進出水水質(zhì)

2.2 改造難點

（1）進水水量不穩(wěn)定

受航班飛行量影響，進水水量不穩(wěn)定。白天航班客流量大，工作人員多，產(chǎn)生的污水也多。夜間航班客流量少，工作人員少，相對產(chǎn)生的污水也少。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，23：00—07：00 時段進水量很少，07:00 后進水量逐漸增多。

（2）進水氨氮濃度高

由于污水處理廠來水多為如廁水，氨氮濃度很高，通常為常規(guī)生活污水處理廠的2～3 倍，BOD，COD 等指標(biāo)與常規(guī)生活污水廠進水相差無幾。廣東某機場污水處理廠進水氨氮濃度為60 mg/L，四川某機場污水廠進水氨氮濃度為50 mg/L，本項目進水氨氮濃度為70～90 mg/L。

（3）占地面積小，不停車改造

該項目占地面積有限，周邊無新增用地，無法通過新增構(gòu)筑物方式進行改造，且污水廠改造不能影響航班飛行，因此本次改造為不停車改造，即邊改造邊運行。

3 工程設(shè)計

3.1 主要參數(shù)校核

原處理工藝為：格柵＋調(diào)節(jié)池＋生化池＋二沉池＋消毒＋出水。

（1）調(diào)節(jié)池

構(gòu)筑物尺寸：20.0 m×15.0 m×6.0 m；停留時間：14.4 h。

通常調(diào)節(jié)池池容需綜合考慮最高日高時以及平均日用水量的變化，采用逐時排水量計算法經(jīng)計算后適當(dāng)放大10%～20%池容［1］。韓溫堂等［2］認(rèn)為，當(dāng)處理水量低于5 000 m3/d 時，調(diào)節(jié)池的停留時間應(yīng)為6～8 h。根據(jù)經(jīng)驗，調(diào)節(jié)池的停留時間多為4～12 h，本項目調(diào)節(jié)池的停留時間為14.4 h，能夠滿足使用要求。

（2）生化池

構(gòu)筑物尺寸：20.8 m×40.7 m×5.5 m；有效水深：4.5～4.9 m；總有效容積3 289 m3；厭氧段∶缺氧段∶好氧段池容＝1 ∶1 ∶3；停留時間：厭氧段4.8 h，缺氧段4.8 h，好氧段14.4 h；

朱星等［3］研究表明，通過延長缺氧區(qū)水力停留時間，可以提高A2O/MBR 工藝脫氮效果，針對城市污水處理廠，缺氧區(qū)水力停留時間從1.5 h 增加到3.7 h，組合工藝出水TN 濃度可降低至9.25±2.13 mg/L。魯文娟等［4］研究表明，對于生活污水，當(dāng)缺氧區(qū)與好氧區(qū)的水力停留時間之比由1 ∶3 增加到1 ∶2時，系統(tǒng)的脫氮率由50%提高到80%，且對抑制污泥膨脹發(fā)生有好處。

考慮到本項目進水氨氮濃度較高，缺氧區(qū)停留時間3.7 h 遠遠不夠，且厭氧段生化除磷效果有限，多依靠后端的混凝沉淀加藥方式除磷，因此將厭氧段改造為缺氧段，增大缺氧區(qū)停留時間，提高脫氮效果。

（3）豎流式二沉池

構(gòu)筑物尺寸：10.0 m×10.0 m×6.0 m；設(shè)計平均表面負荷：0.62 m3/（m2·h）。

朱貽鳴等［5］認(rèn)為表面負荷為0.5 m3/（m2·h）時是豎流式二沉池比較理想的設(shè)計表面負荷。GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中二沉池表面負荷的取值為0.6～1.5 m3/（m2·h）。劉恒等［6］對國內(nèi)多家地下污水處理廠進行調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，受占地面積影響，豎流二沉池表面負荷在0.82～1.28 m3/（m2·h）。根據(jù)經(jīng)驗，實際運行過程中，二沉池表面負荷在0.6～0.8 m3/（m2·h）時效果最為穩(wěn)定。本項目表面負荷為0.62 m3/（m2·h），因此不考慮對二沉池進行改造。

原調(diào)節(jié)池停留時間和二沉池表面負荷均滿足要求。生化池總停留時間滿足要求，但脫氮效果有限，由于無深度處理工藝，總磷去除率有限且存在水質(zhì)出水不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3.2 工藝路線確定

污水處理的主流工藝包括AO，A2O，MBR，MBBR 以及上述不同工藝之間的組合。

袁志紅等［7］研究表明，采用A2O/MBR 工藝對城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)至準(zhǔn)Ⅳ類具有良好的處理效果。通過優(yōu)化控制溶解氧，可以降低平均電耗。多種研究表明［8-9］，采用MBR 工藝由于系統(tǒng)內(nèi)有較高濃度污泥及較長的泥齡，即便在低溫條件下仍能保持較高的硝化反應(yīng)速率。吳迪［10］、韓萍［11］等研究表明，采用MBBR 工藝可以同步強化脫氮除磷，抗沖擊負荷能力強、耐受低溫，主要指標(biāo)能穩(wěn)定達到一級A 標(biāo)準(zhǔn)?！盎炷恋沓兀珵V布濾池”組合在越來越多的污水處理廠提標(biāo)改造中得到了廣泛應(yīng)用。該組合工藝運行方便且效果很好，不僅適用于市政生活污水廠，也適用于化工園區(qū)污水處理廠［12］。

若本項目選擇MBR 工藝，則需對現(xiàn)有生化池進行改造，改造過程中需要停水，無法滿足不停車改造要求，且MBR 工藝運行復(fù)雜，對運維管理人員的要求較高。MBBR 則對填料流態(tài)化要求較高，且出水端容易堵塞，從而容易出現(xiàn)雍水現(xiàn)象。

綜合上述分析，結(jié)合本次提標(biāo)改造排放標(biāo)準(zhǔn)，本項目選擇“AO＋混凝沉淀＋轉(zhuǎn)盤濾池”工藝。通過將厭氧池改造為缺氧池，提高缺氧池池容，從而提高停留時間，強化對TN 的去除?？紤]到微生物除磷效果甚微，因此采用化學(xué)除磷方式，通過新建混凝沉淀池及濾布濾池，確保磷排放達標(biāo)。

3.3 改造設(shè)計

（1）缺氧段設(shè)計

構(gòu)筑物尺寸：20.8 m×8.0 m×5.5 m；停留時間：9.6 h；潛水?dāng)嚢铏C4 臺（增設(shè)）：葉輪直徑615 mm，轉(zhuǎn)速480 r/min，功率4.0 kW。

（2）風(fēng)機選型

通常風(fēng)機的選型應(yīng)結(jié)合項目定位、風(fēng)量風(fēng)壓要求、運行維護等因素綜合考慮，曝氣風(fēng)機多選用離心鼓風(fēng)機（如空氣懸浮、磁懸浮、單級高速離心風(fēng)機等）。同時應(yīng)結(jié)合近遠期、實際水質(zhì)與設(shè)計水質(zhì)的差異情況合理選擇同型號風(fēng)機，工作臺數(shù)一般不少于2 臺。

由于機場污水處理廠存在進水水量不穩(wěn)定的情況，特別是夜間水量小，若選擇同型號風(fēng)機，夜間運行時不僅存在過度曝氣導(dǎo)致微生物死亡，從而運行工況不穩(wěn)定的情況，也會造成能源浪費。因此，本項選擇2 種不同型號風(fēng)機。

對于常規(guī)市政污水處理廠，活性污泥法氣水比取值在6 ∶1～15 ∶1?？紤]到本項目氨氮進水濃度較高，是常規(guī)污水處理廠進水濃度的2～3 倍，去除率也較高，因此提高氣水比取值在15 ∶1～20 ∶1。風(fēng)機選型按照2 種氣水比進行，分別按6 ∶1 及15 ∶1 進行選型，白天水量大時運行大風(fēng)量（15∶1）風(fēng)機，夜間水量小時運行小風(fēng)量（6 ∶1）風(fēng)機。大小風(fēng)量風(fēng)機均為2臺，交替使用，一方面可以解決單臺運行時間長導(dǎo)致過熱需要降溫問題，另一方面也起到互為備用的作用。

大小風(fēng)量羅茨風(fēng)機參數(shù)為：大風(fēng)量Q＝18.8 m3/min，風(fēng)壓H＝6 m，N＝37 kW，2 臺；小風(fēng)量Q＝7.54 m3/min，風(fēng)壓H＝6 m，N＝15 kW，2 臺。

（3）混凝沉淀池＋濾布濾池

混合池停留時間：2.4 min；設(shè)計平均流量時表面負荷：2.79 m3/（m2·h）；混凝沉淀池構(gòu)筑物尺寸：8.5 m×9.6 m×3.4 m；濾布濾池構(gòu)筑物尺寸：5.67 m×2.80 m×3.00 m。

4 運行分析

4.1 氨氮運行分析

常規(guī)污水處理廠氨氮進水濃度在40 mg/L 左右，日常運行時污泥沉降比在30%左右?？紤]到機場配套污水處理廠進水氨氮濃度比較高，通常在70 mg/L左右，常規(guī)的30%污泥沉降比去除效率有限，無法滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)，特別是冬季氣溫較低，微生物活性劑數(shù)量均下降明顯，從而去除效率更低。因此建議提高污泥沉降比至50%，不僅能降低氨氮出水濃度，對冬季低溫期污水也有較好的去除效果。

控制污泥沉降比在30%，分別在2020 年11 月、12 月分2 次進行試驗，2020 年11 月氨氮出水?dāng)?shù)據(jù)見圖1。

圖1 2020 年11 月氨氮出水?dāng)?shù)據(jù)

從圖1 可以看出，自11 月3 日至15 日，共計13 d 的時間內(nèi)，氨氮的出水?dāng)?shù)值在0.31～9.21 mg/L之間，且出水?dāng)?shù)值波動較大，無法穩(wěn)定達標(biāo)。自11 月16 日提高污泥沉降比在50%左右時，出水?dāng)?shù)值穩(wěn)定在0.20 mg/L 以內(nèi)，出水穩(wěn)定達標(biāo)。

2020 年12 月氨氮出水?dāng)?shù)據(jù)見圖2。

圖2 2020 年12 月氨氮出水?dāng)?shù)據(jù)

從圖2 可以看出，自12 月17 日至28 日，共12 d時間，氨氮出水?dāng)?shù)值在2.72～9.66 mg/L 之間，出水?dāng)?shù)值波動較大，12 月28 日數(shù)值為2.72 mg/L，滿足一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)，是由于在12 月27 日提高污泥沉降比至50%，有個數(shù)據(jù)遞減的過程，自12 月28 日后，出水?dāng)?shù)值穩(wěn)定在0.50 mg/L 以內(nèi)。

通過上述數(shù)據(jù)分析，當(dāng)污泥沉降比在30%左右、氨氮進水濃度在70 mg/L 時，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，無法持續(xù)滿足GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)污泥沉降比在50%左右、氨氮進水濃度在70 mg/L 時，出水水質(zhì)穩(wěn)定在0.5 mg/L以內(nèi)，持續(xù)達標(biāo)。

4.2 COD 運行分析

2020 年11—12 月COD 出水?dāng)?shù)據(jù)見圖3。

圖3 2020 年11—12 月COD 出水?dāng)?shù)據(jù)

從圖3 可以看出，自2020 年11 月3 日至2020年12 月31 日，COD 出水?dāng)?shù)值在8.13～27.75 mg/L 之間，始終低于30 mg/L，運行穩(wěn)定且優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 TP 運行分析

2020 年11—12 月TP 出水?dāng)?shù)據(jù)見圖4

圖4 2020 年11—12 月TP 出水?dāng)?shù)據(jù)

從圖4 可以看出，自2020 年11 月3 日至2020年12 月31 日，TP 出水?dāng)?shù)值始終低于0.2 mg/L，運行穩(wěn)定且優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

針對機場配套污水處理廠改造，該污水廠采用“AO＋混凝沉淀＋濾布濾池”工藝，通過設(shè)計階段提高缺氧段停留時間、優(yōu)化風(fēng)機選型，運行階段提高污泥沉降比3 種方式進行有機結(jié)合，改造后污水廠出水穩(wěn)定達標(biāo)。出水氨氮穩(wěn)定低于0.5 mg/L，COD 穩(wěn)定低于30 mg/L，TP 穩(wěn)定低于0.2 mg/L，應(yīng)用效果良好，為同類型污水處理廠提標(biāo)改造提供借鑒和參考。