刘冬琴
安徽华骐环保科技股份有限公司 安徽马鞍山 243000
摘 要：国星生化污水处理厂原主体工艺采用水解酸化+CASS工艺，执行《污水综合排放标准》中的一级标准。该厂通过对现状工艺设备进行优化重置强化二级处理，后续采用臭氧氧化+BAF联用工艺强化去除有机物，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
关键词：深度处理；提标改造；农化废水；臭氧氧化；BAF
臭氧+BAF联用工艺主要适用于高浓度、难降解工业废水的深度处理，将化学氧化和生物氧化技术有机结合起来，充分利用了BAF与臭氧氧化各自的优势，从而达到相互补充的效果。在全国重点工业迅速发展，其配套污水处理设施无法满足其处理要求的严峻时刻，臭氧与曝气生物滤池组合工艺的应用将极大地缓解各企业面临的压力，在国内具有十分广阔的应用前景。
1 工程概况
安徽国星生物化学有限公司污水处理厂原设计规模为30000 m3/d，工艺为：调节池+水解酸化+CASS。该污水处理厂主要处理企业生产废水和职工生活污水，原出水水质为《污水综合排放标准》中的一级标准。由于运行时间长，污水中腐蚀性物质多，厂区内现状管道腐蚀现象严重急需进行改造，要求改造后处理规模为10000 m3/d，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。
根据企业产品类型分析，该厂围绕吡啶碱产业链、有机磷环保农药产业链、杀菌剂产业链发展，污水中主要污染因子为：氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐、硫化物、甲醛、苯、甲苯、石油类、COD、BOD5、挥发酚、氨氮、悬浮物、氰化物、硫化物、总磷、吡啶、氯苯、乙醛、苯并芘等。农药废水是一类难治理的有机化工废水，其成分复杂，水质水量波动大，可生化性较差，污染物浓度高且难降解，其中卤代烃类、苯类、甲苯类、氯苯类、吡啶类等物质，对生化系统中微生物有较强的毒性和抑制性，还含有酸、碱等生物抑制物质，有毒物质含量高。对于此类难处理废水，单一的处理工艺很难达到水质排放要求。
现状厂污水厂来水经过调节池+水解酸化池+CASS生化处理后，出水仍含有大量的难降解有机物，色度较高，难以达到一级A标准，需进行提标改造。
2 工程目前存在的问题及提标工艺选择
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图1 工艺流程图（改造前）
结合国星生化污水厂现状的工艺，通过现场深入调研、分析及核算，该段工艺可以考虑充分利用，用于强化生化处理工艺中，以减少投资。故强化生化处理工艺利用厂区现有工艺仍采用水解酸化+CASS工艺。
水解酸化的作用是改善污水生化性能，提高BOD5/CODcr比值，解决某些好氧不可生化有机物的最终去除问题。在酸化反应过程中，污水中的大分子有机物质结构发生变化，改变了污水中的组份，使得某些好氧不可降解的有机物质在此发生分子间键断裂、转化、羟基化等过程，改善了污水的可生化性，有利于后续工艺的处理，可提高污水处理效果。厂区现有水解酸化池为脉冲式水解酸化，处理效果一般，根据现场水样分析，出水不能满足强化生化处理要求，故水解酸化池需改造。
CASS工艺是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水)，间歇排水。CASS法的特点与SBR相比，CASS法的优点是其反应池由预反应区和主反应区组成，因此，对难降解有机物的去除效果更好，同时能达到很好的脱氮除磷效果。厂区现状CASS工艺由于曝气系统存在不足，在实际运行过程中，并未达到预期的处理效果。同时部分管道腐蚀严重，曝气效果极差，设备使用年限较长，存在老化问题。本次改造将CASS前端预反应区改造为预缺氧段，后续回流水中的硝酸盐氮在预缺氧段转化为氮气，达到脱氮目的，同时提高系统的生物除磷能力。本次改造设计在利用厂区现有设备的同时，对厂区的防腐及设备老化问题进行考虑。
由于经过二级生化处理后的出水含有大量的难降解有机物，后续深度处理工艺的选取从降解有机物方面重点考虑。臭氧具有强氧化性，可将难降解有机物降解成易生化的中间产物，因此可作为改善污水可生化性的重要手段之一。由于是非完全氧化，臭氧的用量大大减少，可使运行成本降低。故本设计中采用臭氧高级氧化工艺，将污水中难降解的大分子有机物氧化成小分子有机物，进而通过后面的深度处理来进一步去除。
由于现状CASS工艺出水SS约为50~60左右，SS较高时，将直接影响臭氧催化氧化的正常运行，增加臭氧投加量，从而增大运行成本。故需在臭氧催化氧化前增加沉淀单元，设计采用了高效沉淀池工艺。CASS出水通过高效沉淀池降低SS、TP后，进入臭氧催化氧化段提高生化性，然后再采用曝气生物滤池工艺去除部分COD，生物滤池出水进入活性炭滤池，进一步去除水中残留的难生物降解COD，去除色度，使其出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。O3—BAF—BAC工艺流程能够有效地去除溶解性有机物、氨氮、色度，处理水质可全面提高，而且出水稳定、管理方便；尤其是O3—BAF—BAC的生物降解作用增强，充足的溶解氧为BAF好氧微生物提供了有利条件，既减少了臭氧投加量，又减轻了活性炭吸附负荷，可以使活性炭的寿命大大延长，从而降低运行费用。
3 工程升级改造设计
3.1 设计进出水水质
根据要求，污水厂接管标准采用《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级排放标准及《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）B级标准，其余特征污染物指标执行相应的行业标准。污水厂的出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。则本次污水厂改造项目，其设计进出水水质如下：
表1污水处理厂进出水水质
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注：进水其他指标参照《污水综合排放标准》三级标准，括号内为设计水温≤12℃时控制指标。
3.2 工艺流程
根据设计进水质、出水水质要求，以及国星生化污水处理厂现状工艺及占地情况等多种因素综合考虑，污水处理改造工艺如下：
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图2 国星生化污水厂升级改造工程工艺流程图（改造后）
3.3 工艺设计
本工程设计规模为为1×104m3/d，平均流量为416.67m3/h。
3.3.1 调节池（利旧）
厂区现有调节池两座，1#调节池尺寸为40×52m，2#调节池尺寸约为75×20m。本次改造利用2#调节池，另一座可作为厂区预处理设施或事故池。本次改造工程更换3台干式离心泵，单台流量为208m3/h，扬程为20m，功率18.5KW。现状调节池内的5台潜水搅拌器利旧，本次并新增1台，使水质水量更均匀。
3.3.2 水解酸化池（改造）
厂区现有脉冲式水解酸化池16格，单格尺寸7.15×9.15×6.1m，停留时间14h。通过现场取水样化验分析，其处理效率偏低，需重新改造设计。
本次改造将16格水解酸化池改进配水形式，更换配水方式，将一管多孔的布水方式改造为一管一孔的布水方式，通过提高配水均匀性，使进水与悬浮污泥充分混合，充分发挥水解池设计功能。
3.3.3 预缺氧池（改造）
预缺氧池（反硝化）为原CASS的预反应区改造，单格尺寸14.65×6.65×5.1m。改造其中8格，停留时间8.6h，设备新增16台潜水搅拌机。
在预缺氧池（反硝化）污水与CASS回流的硝化液混合（回流比100%），反硝化菌优先夺取污水中易生物降解的有机物，将硝态氮转化为氮气释放，去除部分总氮，同时由于预缺氧段的增加，避免了CASS池中聚磷菌与反硝化的竞争，提高了系统的除磷效果。当进水中可利用碳源较少，无法满足反硝化时，需外加碳源。
3.3.4 CASS池（改造）
厂区现有CASS池共12格，处理规模为30000m3/d，改造项目可用8格，单格尺寸为29.65×14.65×5.1m。本次改造仍旧利用原有CASS池。改造8格仍作为CASS池，但需对内部曝气系统及其管道进行更换。其余4格厂区另作他用，不在本次改造范围内。
CASS池通过设置进水、曝气、沉淀、排水等阶段去除有机物，同时达到脱氮除磷效果。同时考虑若处理效果较差，无法达标排放时，CASS中可投加粉末活性炭作为填料，提高处理效果。
3.3.5中间提升泵房/硝化液回流泵房（新建）
为了满足后续高程需要，本工程新建中间提升泵房1座，尺寸18.0×6.0×4.8m。池内设计中间提升泵3台（2用1备），单台流量为208m3/h，扬程为15m，功率15KW。硝化液回流泵2台（1用1备），单台流量为208m3/h，扬程为16m，功率15KW。
3.3.6高效沉淀池（新建）
高效沉淀池对CASS出水进行深度处理，去除SS和TP。高效沉淀池设计流量416.67m3/h，
快混池设计尺寸1.85×1.45×5.90(水深m)，2座，停留时间4.57min；絮凝池设计尺寸3.35×3.9×5.85(水深m)，2座，停留时间12min；沉淀池φ7.0m，2座，表面负荷6.4m/h。
主要设备：混合搅拌器2台、絮凝搅拌器2台、中心传动浓缩刮泥机2台、污泥螺杆泵4台（3用1备）、电动撇渣管、PAM制备和投加系统、PAC储存及投加系统。投加设备系统均自带电控系统，留有与厂区控制系统通讯接口。
3.3.7臭氧催化氧化池（新建）
臭氧催化氧化池设计1座，设计尺寸15.6×14.6×7.2m（超高0.7m），内部分2格。臭氧接触时间38min，释放时间1.5h，催化剂高度2.5m。本项目设计采用2台10 kg/h空气源臭氧发生器，臭氧投加量48mg/L。
设计内回流泵3台（2用1备），单台流量为208m3/h，扬程为10m，功率11KW。
本单元预留双氧水投加系统和投加点位置，以备水质拓展需求。进水在臭氧接触池中与臭氧混合，通过高级氧化去除部分难降解污染物或分解成为简单有机物；臭氧释放池用于将未反应完全的臭氧进行释放后，进入曝气生物滤池。
3.3.8曝气生物滤池（新建）
曝气生物滤池主要功能是在氧气充足的条件下去除污水中剩余部分难降解有机物，并截留部分SS，使出水达标排放。设计流量为416.67m3/h，BOD5负荷为0.22kgBOD5 /(m3滤料·d)，水力停留时间3.3h，滤速1.2m/h，过滤面积345.6 m2，每格86.4m2，单格平面尺寸10.8×8.0m，为半地下式钢筋混凝土水池，4座。
主要设备：每格滤池内设有轻质球型生物陶粒1382m3，高度4.0m，滤料粒径3-5mm；滤料底层设有卵石承托层，厚度为300mm，其级配自上而下分别为卵石8-16mm，16-32mm，高度均为150mm；滤池滤头采用下装式抗堵塞长柄滤头，安装密度49个/m2，滤池滤板采用整体浇筑滤板；采用单孔膜曝气器曝气系统，型号为Φ60×45mm，安装密度约36个/m2。
滤池反冲洗采用气水联合反冲洗方式，冲洗顺序为：先快速降水位1-2min，然后气洗4min，再气水联合反冲洗6min，最后水洗10min，气洗强度为75m/h，水洗强度为18m/h。
3.3.9管廊
滤池管廊间用于安装滤池工艺管道、阀门、鼓风机等设备，考虑设备运行安全等因素，管廊间设置排水设施及通风设施，排水设施设排水沟渠及集水井，采用潜污泵排水，管廊内设计通风天井作为通风设施进行通风，管廊宽度8.0m。曝气风机和反洗风机放置在曝气生物滤池管廊间内。控制室设置在风机房上方，与滤池合建。
主要设备：曝气鼓风机5台（4用1备），单台流量为2.6m3/min，风压0.06MPa，功率4KW，各曝气风机出气管联通，联通管通过阀门切换，根据生物滤池工况调整运行工作台数。反冲洗鼓风机3台（2用1备），单台流量为54m3/min，风压0.08MPa，功率110KW。
3.3.10硝化液水池、反洗水池、废水池（新建）
硝化液水池功能：储存滤池硝化液用水，连续均匀回流至前端缺氧池脱氮。
反洗水池功能：储存滤池反洗用水。
废水池功能：反冲洗排水缓冲池主要用于储存滤池滤头冲洗、反冲洗的排水，后经潜污泵连续、均匀排入厂区调节池。
构筑物与滤池合建，尺寸：30.6×11.0×7.8m。
主要设备：有反冲洗水泵3台（2用1备），单台流量为777.6m3/h，扬程为12m，功率37KW。硝化液回流泵2台（1用1备），单台流量为208m3/h，扬程为12m，功率15KW。反冲洗排水提升泵2台（1用1备），单台流量为250m3/h，扬程为20m，功率37KW。
3.3.11 巴氏计量槽（新建）
出水计量用，尺寸为10.0×1.0×1.0m。主要设备：5#巴氏计量槽1套。
3.3.12 尾水泵房（新建）
构筑物尺寸22.0×15.0×2.5m，达标出水通过提升泵提升至厂外市政管网。
主要设备：尾水提升泵3台（2用1备），单台流量为208m3/h，扬程为35m，功率30KW。
3.3.13臭氧投加间（新建）
加药间主要功能是制备臭氧，并向臭氧接触池提供臭氧。平面尺寸为24.0m×15.0m×5m，单层框架建筑物1座。
主要设备： 10kgO3/h臭氧发生器2套，配套臭氧电源系统、氧气输送系统、氮气补加系统、封闭循环冷却水系统、投加系统、尾气破坏系统、检测仪器仪表、配电柜、PLC控制柜等辅助设备。
4 工程设计特点
1、臭氧+BAF组合工艺主要适用于高浓度、难降解工业废水的深度处理，将化学氧化和生物氧化技术有机结合起来，充分利用了臭氧氧化与BAF各自的优势，从而达到相互补充的效果。
2、对于升级改造工程用地面积的有限性和特殊性，采用的提标工艺具有体积小、占地面积省等优点，与其他工艺相比，具有明显优势。
3、提标改造工程充分挖掘厂区现状工艺的处理能力，提升二级出水水质，降低深度处理负荷。深度处理单元产生的剩余污泥随反冲洗排水定期排除，经提升后进入调节池，提高污泥浓度，补充了生化池内活性微生物，实现了与原有系统有效结合。
5结语
随着城镇污水处理厂出水标准的提高，对现有污水处理厂进行升级改造势在必行。国星生化污水处理厂改造完成后，出水稳定达到设计标准。在一定程度上降低点源废水排放指标，分担了企业的高昂污水处理费用，为企业发展创造一定的外部条件，为区域经济发展创造良好的环境条件。
在设计过程中，设计者在充分利用原有设施的基础上进行改造并对原有系统做了进一步的优化，使工程设计更加合理，同时也为国内类似污水处理厂的设计提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1] 郑俊,吴浩汀. 曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M]. 北京:化学工业出版社，2005. s