同步硝化反硝化設計案例
——以沁陽市某污水處理廠為例

蔣 雷

(鄭州市建筑設計院，河南鄭州 450000)

沁陽市某污水處理廠是沁陽市較早的污水處理廠，設計處理規模為3×104m3/d，主要處理城鎮生活污水和部分企業產生的工業廢水。由于建設時間較早，污水處理廠出水水質僅達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級B標準，污水廠出水中含可溶性難降解有機物以及氮、磷等溶解性無機化合物，氮、磷等營養物質大量進入河流、湖泊，導致水體富營養化，造成污染[1-2]。為貫徹和落實國家政策，維持生態穩定平衡，控制源頭污染物排放，對沁陽市某污水處理廠進行脫氮除磷提標改造，出水水質穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。

1 工程背景

污水處理廠采用的是生物接觸氧化工藝，具體的工藝流程如圖1 所示。該廠通水至今經歷了調試、培菌、試運行等階段, 最終實現穩定生產，出水水質達到國家當時要求的標準。但是，隨著國家對污水處理廠出水水質要求的提高，該廠目前的出水水質暫不符合國家一級A的標準，現對該廠經行改造，以提高出水水質。

圖1 沁陽市某污水處理廠工藝流程Fig.1 Process Flow Chart of a WWTP in Qinyang City

1.1 進水水質

本次升級改造設計仍采用原設計進水水質，改造前的進、出水水質及排放后的標準如表1所示。

表1 沁陽市某污水處理廠進、出水水質 及排放參數 (單位：mg/L)Tab.1 Influent and Effluent Water Quality and Discharge Parameters of a WWTP in Qinyang City (Unit: mg/L)

如表1所示，污水處理廠現有設施處理COD、BOD以及SS效果良好，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準，而對NH3-N和TP的處理能力較差。因此，需針對脫氮除磷進行技術改造。

1.2 改造前工藝分析

污水處理廠改造前依據的是以往標準自主研發的工藝流程，出水標準的提高以及原先工藝的不足導致污水處理廠在運行過程中出現了一些問題。

(1)由表1可知，NH3-N濃度無變化，脫氮效果不佳。NH3-N的生化去除主要靠硝化菌的硝化作用，使含氮有機物氧化分解成硝酸氮。NH3-N濃度沒有發生變化，說明硝化菌沒有成為優勢菌種，硝化反應不明顯。主要原因是污泥齡不足，存在水流短路現象；污水沒有回流到反硝化池，反硝化反應不明顯；污水經過生化池再進入反硝化池，有機物氧化分解，碳源不足[3]。

(2)聚磷菌(PAOs)和反硝化除磷菌(DPB)是一種在動態環境下才能夠生長繁殖的細菌，需交替出現“厭氧-缺氧-好氧”環境，單一的環境或順序相反的環境使PAOs/DPB均難以正常繁殖[4-5]。原污水處理工藝中沒有污泥回流，水解池中聚磷菌不多，釋磷效果不明顯，導致好氧池中吸磷效果也不理想，造成TP去除率不高[6]。

(3)現狀工藝路線沒有深度處理環節，出水水質難以保證。

2 升級改造工程介紹

2.1 工程規模

本次改造為污水處理廠脫氮除磷升級改造設計，進水水質和水量均未發生變化。因此，仍維持工程原來的設計規模3×104m3/d。

2.2 改造工藝路線

污水廠原主要采用接觸氧化工藝，該工藝在去除有機物方面具有很好的效果。但是，隨著國家對出水水質要求的提高，接觸氧化工藝由于沒有混合液回流和污泥回流系統，脫氮除磷的效果不佳[7]。結合本廠的實際情況，本次通過改進預處理設施、強化生物處理和增加深度處理來提高出水水質，達到同步脫氮除磷的效果[8]。進水經格柵后，由污水提升泵提升至新建沉砂池，然后重力自流至初沉池(原水解池改造)；初沉池出水重力自流至厭氧池(原一級反硝化池改造)；再自流至缺氧池(原生化池前段改造，取消原生化池中填料)，而后進入好氧池(原生化池后段改造，增加曝氣系統，提高曝氣量)；再流至2個二沉池(其中1個為原一沉池改造)；2個二沉池的出水匯流至混凝池(原消毒池改造)，再新建過濾間，最后出水經紫外線消毒，以達到一級A的出水標準。新增混合液回流、污泥回流系統。新增污泥離心脫水機，處理含磷的剩余污泥。具體改造如圖2和圖3所示。

圖2 改造后的工藝流程Fig.2 Process Flow Chart after Reconstruction

圖3 改造后的生化部分平面簡圖Fig.3 Plane Diagram of Biochemical Part after Reconstruction

2.2.1 改進預處理設施

(1)格柵

格柵能有效截留較大的懸浮物或漂浮物，減輕后續處理構造物的負荷?，F設置兩道格柵，但由于安裝角度太大，已截留的部分柵渣在水流作用下，又沖落至污水中。工藝改造把兩個格柵改為1個不銹鋼中格柵，減小安裝角度，柵條的凈間距為30 mm。

(2)增設沉砂池

沉砂池去除比重較大的無機顆粒，以減輕沉淀池的負荷，改善污泥處理構筑物的處理條件。生活污水處理中，宜設置沉砂池，減少污水中比重較大的無機顆粒[9]?？紤]本工程碳源不足，污水直接跨越初沉池，直接進入后面的厭氧池，工藝改造沉砂池后設置跨越初沉池的跨越管。

(3)水解池改為初沉池

原工藝水解池無排泥系統，池中集泥過深，出水COD較高。該廠主要處理生活污水，工業廢水占比不大，污水生化性良好，無需設水解池，故水解池改為初沉池。同時，利用水解池的高度，使污水重力自流到反硝化池。

2.2.2 強化生物處理段

(1)一級反硝化池改為厭氧池

原反硝化池2個池體相鄰，管道連接二級、三級生化池。但是，現狀處理效果不理想，將反硝化池改為厭氧池，二沉池的污泥回流到厭氧池中。初沉池出水由池底進入厭氧池。厭氧池的出水進入一級生化池的配水渠。將原水解池的攪拌器改造為推流器，安裝于厭氧池中，加強水的流動，防止污泥沉淀。

(2)生化池的改造

①生化池池體的改造

將原一級生物池前端30 m改造為缺氧池，混合液回流到前段配水渠。一級生物池的后10 m和二級、三級生物池改為好氧池。配水渠進水口設于水下，采用淹沒出流方式，避免形成短路，并設置閘門調節流量。出水采用溢流堰，出水流過的堰頂，溢流流入排水渠道，每個生化池之間用明渠或管道連接。

②污水污泥回流系統的改造

新增混合液污泥回流系統，利用廠區現有設備，分別在2座二沉池的集泥槽處各設1臺200ZL-3型軸流泵，在生化池出口處設5臺200ZL-3型軸流泵用于污泥回流。污泥回流的總流量為762 m3/h，污泥回流比為61.0%；混合液回流的總流量為1 875 m3/h，混合液回流比為150.0%。此數值是現狀提升設備的最大提升能力，符合規范和實際運行經驗。實際運行中可適當調整，提高出水水質。

表2 生物反應池校核計算Tab.2 Checking Calculation of Biological Reactor

③好氧池曝氣系統的改造

原曝氣系統采用的是池底單側曝氣，工藝改造整個池底設置曝氣器曝氣，增加曝氣量，曝氣器采用上海威德薄膜盤式微孔曝氣器，氧利用率不低于20%。每個小格子(10 m×6 m)布置96個曝氣器，每個曝氣器服務面積為0.63 m2，總供氣量為116.77 m3/min，需增加1臺40 m3/min的備用風機。

2.2.3 二沉池的改造

現狀二沉池主要問題是面積太小，表面負荷過大，沉淀效果不好，故將原一沉池也改為二沉池，減小二沉池的負荷。原二沉池尺寸：長約40 m，寬約12 m，高約4.5 m，水面標高為96.70 m。改造二沉池(原一沉池)尺寸：長約40 m，寬約12 m，高約4.5 m，水面標高為98.10 m。進水口，采用底孔式入流裝置，底部設擋流板。出水口，采用可調鋸齒三角堰，指狀形式，每個池子出水堰長不小于100 m。在出水堰前應設置收集與排除浮渣的設施。為改造二沉池采購1臺跨度為12 m的桁架式吸泥吸泥機。

2.2.4 增加深度處理

深度處理的對象是生化出水，為了進一步去除水中的SS，提高出水水質?，F狀消毒池采用的是二氧化氯消毒。為了提高出水水質，新增過濾間，過濾間前宜設混凝池，故將消毒池改為混凝池?，F狀消毒池內的隔墻等間距布置，通過逐漸降低池底的方法達到流速遞減的目的?；炷?原消毒池)尺寸：長約40 m，寬約6 m，高約3.0 m，水面標高為96.40 m。起端墊高至距池頂1.0 m，以5%的坡度坡向末端，末端水深為3.0 m。末端出水采用管道出水，原有的出水口不再使用。出水管道埋地至過濾間。

過濾間可進一步去處懸浮物，提高出水水質。過濾設備選用全浸式轉盤微過濾裝置，運行過程中邊過濾邊沖洗[10]。轉盤微過濾裝置要求進水SS不高于20 mg/L，防止SS過高阻塞過濾轉盤。在過濾間出水處采用紫外線消毒，以進一步提高出水水質。

2.2.5 污泥處理系統

污水處理廠的污泥處理越來越受到重視，不能隨意排放。剩余污泥中含有大量的氮磷，可以通過制作肥料等方式變廢為寶，提高經濟效益。

二沉池的剩余污泥中含有大量的聚磷菌，若使用重力濃縮會使污泥厭氧釋磷，上清液磷含量升高，回流則增加了污水處理中磷的負荷，直接排放則造成二次污染。故污泥處理采用機械濃縮脫水，減少污泥濃縮的時間。污泥離心脫水后制成泥餅外運。

初沉池的污泥仍用廠區原有的污泥處理設備進行處理；二沉池的污泥則需新購機械離心脫水設備進行處理。同時應注意污泥的綜合利用，變廢為寶，提高經濟效益。

3 工程運行情況

提標改造工程于2016年調試運行，至今已穩定運行4年，日均進水量為3萬m3。根據污水處理廠2018年全年進出水指標統計，升級改造工程出水污染物濃度如表3所示。

表3 沁陽市污水處理廠2018 年全年進出水 指標統計 (單位：mg/L)Tab.3 Influent and Effluent Water Quality of a WWTP in Qinyang City in 2018 (Unit: mg/L)

4 工藝特點

(1)提標改造工藝盡量在原構筑物的基礎上進行改造，水解池、反硝化池以及生化池等原有構筑物在本次提標改造中得到了有效的利用，合理規劃各構筑物的布局，減少了提升次數，節省了工程造價和運行成本。

(2)本次提標改造工藝最主要的是對工藝流程進行合理化設計，增加了污水回流和污泥回流系統；同時，更改曝氣方式，增加了污水的可生化性，達到同步脫氮除磷的效果。

5 結語

氮、磷造成的水體富營養化是水體污染的重要原因之一，也是國內外水污染治理的難題[11]，為從根本上解決氮、磷造成的污染，必須從源頭上減少污染物排放量。沁陽市某污水處理廠提標改造工程，針對其進水水質、水量的特點，采用AAO工藝對其進行脫氮除磷改造，充分利用現有構筑物達到同步脫氮除磷的效果，經過一段時間的穩定運行，各項指標均達到國家一級A標準，改善了沁陽市地表水環

境質量，提高了人們的生活質量，可為同類型污水處理廠工藝選擇提供參考。