吴彩霞
怀化市生态环境局通道分局，湖南 通道 418500)
摘要 本文以湖南低中山地区某小型污水处理厂提标至一级A标准为例，对项目的工程背景、实际运行情况、提标改造方案、设计参数和运行效果等进行介绍。通过对原有交替式生物处理工艺（Unitank）改造优化，以及新增“厌氧缺氧池+好氧池+二沉池”（AAO）+“絮凝沉淀”的处理工艺，提标后污水处理厂出水指标稳定达到《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级A排放标准。
关键词 小型污水处理厂 扩建提标改造 AAO 絮凝沉淀
Design example of small sewage treatment plant's expansion and upgrading project WU Caixia. (Channel Branch of Huaihua Ecological Environment Bureau, Tongdao Hunan 418500)
Abstract:This article takes a small sewage treatment plant in the low-zhongshan area of Hunan Province as an example, and introduces the engineering background, actual operation, upgrading and transformation schemes, design parameters and operating effects of the project. Through the transformation and optimization of the original alternative biological treatment process (Unitank), as well as the newly added treatment process of "anaerobic anoxic tank + aerobic tank + secondary sedimentation tank" (AAO) + "flocculation sedimentation", the sewage treatment after upgrading the standard The effluent indicator of the plant has stably reached the first level A discharge standard in the "Emission Standard of Pollutants for Urban Wastewater Treatment Plants" (GB18918-2002).
Keywords:small sewage treatment plant;expansion and upgrading; AAO; flocculent precipitate
1项目背景
湖南低中山地区某小型污水处理厂工程建成于2009年，设计规模为1万m3/d，实际建设规模为0.8万m3/d，于2010年5月正式投入运行。污水处理厂尾水排放标准执行GB18918—2002一级B排放标准，尾水排入渠水河。
现有污水处理厂采用Unitank处理为主体工艺，其处理工艺流程为：来水→粗格栅及污水提升泵房→筛滤机→Unitank池→紫外线消毒池→出水泵房→渠水。
根据2015年1月～2015年12月进水水量统计情况，该污水厂实际进水量已经超过0.8×104m3/d，且进水量有增大的趋势，为满足城镇污水实际产生量的处理量需求，保护渠水流域环境，改善水环境质量，响应国家相关政策要求，对污水处理厂进行扩建提标改造，改造后出水达到GB18918—2002一级A排放标准。
2污水处理厂实际情况
2.1污水处理厂实际出水水质情况
污水处理厂提标改造前实际进水量超过0.8×104m3/d，平均出水水质浓度满足该厂执行的GB18918—2002一级B标准。设计进水与实际进出水水质见表1。
表1 现状设计进、出口值和实际出水值（单位：mg/L）
Tab.1 ?Present design inlet and outlet value and actual outlet value mg/L
指 标 COD BOD5 TN NH3-N TP SS
设计进水 300 150 30 25 3.3 220
设计出水 ≤60 ≤20 ≤20 ≤8（15） ≤1 ≤20
实际出水 43.6 13.7 11.5 6.1 0.76 17
注:①括号外数值为水温>12℃时的控制指标,括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
由表1可以看出，污水处理厂实际出水水质浓度满足该厂执行的GB18918—2002一级B标准。
2.2目前存在的问题
1）污水处理厂的现有出水执行标准是GB18918—2002一级B标准，出水标准较低，不利于保护和改善渠水水质。
2）污水处理厂运行已有多年，根据2015年1月～2015年12月进水水量统计情况，该污水厂实际进水量超过0.8×104m3/d，早已超负荷运行，且进水量还有增大的趋势；
3）筛滤机已运行8年之久，筛滤效果不佳；
4）现有工艺没有沉砂池，部分悬浮物和沉砂进入Unitank池，导致Unitank池内部分区域产生砂和污泥淤积，污泥活性不高；
5）污泥脱水间带式浓缩脱水机运行效果基本稳定，但污泥脱水机效率低，在挤压过程中污泥可能冒出滤布，四处洒落，卫生条件差。
综合以上情况，从保护渠水流域水环境质量和实际运行情况来看，污水处理厂扩建提标改造势在必行。
3提标改造工程设计方案
3.1设计进出水水质及去除率
根据该项目提标改造可研报告及批复,污水处理厂扩建提标改造工程出水水质标准执行GB18918—2002中一级A标准，尾水排入渠水。提标后设计进出水水质及去除率见表2。
表2 提标后设计进、出水水质及去除率(单位:mg/L)
Tab.2 Design of influent and effluent water quality and
removal rate after upgrading mg/L
指标 COD BOD5 TN NH3-N TP SS
设计进水水质 300 150 30 20 3.3 200
设计出水水质 50 10 15 5（8） 0.5 10
去除率/% 83.3 93.3 50 75（60） 84.8 95.0
注:①括号外数值为水温>12℃时的控制指标,括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
3.2设计方案
3.2.1预处理工艺
因筛滤机已运行8年之久，筛滤效果不佳，且没有沉砂池，造成部分悬浮物和沉砂进入Unitank池，Unitank池内部分区域产生砂和污泥淤积，污泥活性不高。针对这些问题，新建细格栅及旋流沉砂池，主要用来去除水中的悬浮物和沉砂。
3.2.2生化处理工艺
目前污水处理厂采用交替式生物处理池工艺,出水水质只能达到一级B标准，不符合相关要求。针对这个状况，采用新增AAO工艺进行提标改造。AAO工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能,处理效率能达到：BOD5和SS为90%～95%，TN为70%，TP为90%左右。
3.2.3深度处理工艺
深度处理工艺选择“絮凝沉淀池+V型滤池+消毒”的组合工艺，絮凝沉淀池是采用投加混凝剂和助凝剂及斜管沉淀的一种沉淀池，主要通过絮凝沉淀作用进一步去除水中的SS、COD、BOD5和TP；沉淀后V型滤池的过滤工艺保证最终出水SS满足一级A标要求。
3.2.4污泥处理处置工艺
现状采用循环式活性污泥法工艺（CASS工艺）,脱水后污泥含水率达到75%左右,扩建提标改造工程采用深度脱水工艺，即“污泥浓缩+改性调理+机械压滤脱水”工艺,脱水后的污泥含水率≤50%。污泥深度脱水工艺不依赖任何外界热能等条件，仅通过添加少量药剂和机械压滤方式把含水率97%左右的浓缩污泥一次性降低至50%以下，完全达到环境保护部办公厅2010年11月26日发布的“关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知”(环办[2010]157号)中规定的“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下”标准要求。
3.2.5除臭工艺
现状采用生物过滤法对污泥浓缩池和脱水车间进行生物除臭处理，扩建提标改造工程对生物过滤除臭设施进行提标改造，具体为：对各恶臭气体产生源进行封闭设计，即对恶臭污染源—粗格栅及污水提升泵房、新建细格栅及旋流沉砂池、厌氧缺氧池、好氧池、沉池、絮凝沉淀池、V型滤池与反冲洗泵房等设有机玻璃罩，统一抽吸方式收集，负压运行，再进行生物除臭系统净化处理，达标后排放。
当地政府于2017年启动扩建提标工程，一期提标改造0.8×104m3/d，二期扩建1.2×104m3/d，扩建后总规模为2×104m3/d。扩建提标改造工程确定的总工艺流程为：来水→细格栅及旋流沉砂池→厌氧缺氧池→二沉池→污泥泵站→絮凝沉淀池→V型滤池与反冲洗泵房→鼓风机房与加药间→污泥浓缩池→除臭设施→紫外消毒→渠水。
4提标改造主要构筑物工艺设计
本次污水处理厂扩建提标改造在现有厂址进行，工程总体布置时综合考虑了工艺流程及出水水流方向设置，结合低中山地区用地面积有限这个限制条件尽可能使工艺流程顺畅。扩建提标改造后厂区总占地面积16352.78m2,总建筑面积1916.19m2,具体建构筑物组成及详细布局见附图1。本次扩建提标改造工程釆用“扩建改造+深度处理”的建设方案，对一期工程现有Unitank池进行改造,调整功能分区，新建二期常规处理工程，再统一建设2×104m3/d规模的污水深度处理系统,污水经二级处理后进入该系统进一步去除氨氮和悬浮物,使出厂尾水达到一级A标后排放。
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4.1主要新（改）建构筑物
污水处理厂扩建提标改造工程的改建构筑物主要有：好氧池(原Unitank池改造)、一期粗格栅及提升泵房、机修仓库(改为污泥脱水间)、紫外消毒渠；废除一期现有筛滤机及污泥脱水间。主要扩建（新建）构筑物有：细格栅及旋流沉砂池、厌氧缺氧池、二沉池、污泥泵站、絮凝沉淀池、V型滤池与反冲洗泵房、鼓风机房与加药间、污泥浓缩池、除臭设施。所有改造及新建构筑物工艺设计参数满足相应标准和规范要求。
4.2主要改造建构筑物
4.2.1粗格栅及污水提升泵房
厂区改造粗格栅及污水提升泵房（1座），一期粗格栅及污水提升泵房预留了本次改扩建设备安装所需的位置，本次只需新增扩建规模2.0×10m3/d所需的设备。新增安装回转式粗格栅除污机1套，潜水泵2台，皮带输送机1台。
4.2.2好氧池(原Unitank池改造)
改造Unitank池,将曝气方式改为微孔曝气，设计规模2.0×104m3/d，设计污泥浓度3500mg/L，好氧池水力停留时间6.24h，混合液回流比300%。主要设备有混合液回流泵3台，微孔曝气器3000支。
4.2.3污泥脱水间(原机修间改造）
污泥脱水间设计为二层框架结构,占地面积144m2,总建筑面积288m2。一层主要为污泥转运区、储药加药区、污泥调理池区，二层主要为污泥脱水区。每天处理绝干污泥量2.4t,脱水后的污泥含水率≤50%。配置自动拉板隔膜板框压滤机组2台,单台过滤面积80m2,2台压滤机并联使用,压滤机单个工作周期4h，脱水间每天三班两运转制。设置污泥调理池2座,单座有效容积30m3,在调理池分别投加调理药剂。主要设备有2套厢式自动高压隔膜压滤机成套设备，过滤面积80m2,滤室数量50,滤室容积1.4m3,配套相应螺杆泵及风机。
4.2.4紫外线消毒池
紫外线消毒池预留了本次扩建安装紫外灯管安装所需的位置,本次只需新增扩建规模1.2×104m3/d所需的紫外灯管1套。
4.3主要扩建（新建）构筑物
4.3.1细格栅及旋流沉砂池
新建1座细格栅及旋流沉砂池,细格栅分2格,单格渠道宽度1.8m。设立式孔板格栅除污机2台,孔直径b=5m,并联运行,过栅流速V=0.8m/s；旋流沉砂池分2格,上部直径D1=3050mm，下部直径D2=1000mm,水力停留时间44s。主要设备有2台立式孔板格栅除污机,孔板直径d=5m,N=1.5kW；2台旋流沉砂器,上部直径D1=3050mm,下部直径D2=1000mm,N=1.1kW，380V,配套鼓风机等设施,气提排砂。
4.3.2厌氧缺氧池、鼓风机和加药间
厌氧缺氧池与鼓风机房与加药间合建。分2组,设计规模2.0×10m3/d,半地上式构筑物,现浇钢筋砼结构。厌氧池水力停留时间1.0h,缺氧池水力停留时间2.5h。主要设备有厌氧池潜水搅拌机4台,直径400,740r/min,N=2.2kW；缺氧池潜水搅拌机8台,直径400,740r/min,N=4kW,均为380V电机防护等级IP68,绝缘防护等级F级。
鼓风机房与加药间叠合于厌氧缺氧池上，设计规模2.0×10m3/d，投加的碳源采用乙酸钠,设计碳源投加量为50mg/L。絮凝剂选用聚合氯化铝（PAC）,采用溶解池和投药池进行溶投药,助凝剂选用聚丙烯酰胺（PAM）,采用一体化溶解加药装置进行溶投药。PAC最大投加量为20mg/L,PAM最大投加量为1mg/L。新建主要增加设备见表3。
表3 鼓风机房与加药间主要设备
Tab.3 Main equipment of blower room and dosing room
设备名称 型号 数量 备注
空气悬浮离心鼓风机 Q=45m/min,P=0.6Mpa,N=45kW 3台 2用1备
电动搅拌机 叶片直径700m,转速0-85r/min(可调节),N=4kW 8台
PAM加药计量泵 Q=0-800L/h,H=30m,N=0.75kW 4台 2用2备
碳源投加计量泵 Q=0-800L/h,H=40m,N=1.0kW 4台 2用2备
PAC加药计量泵 Q=0-630L/h,H=30m,N=0.75kW 4台 2用2备
一体化溶解加药装置 投药能力2～10kg/h,溶解箱容积3000L,溶液箱容积130L,N=4.0kW 1套 2备1用
4.3.3二沉池、污泥泵站
新建二沉池2座，设计规模2.0×10m3/d，采用周边进水周边出水辐流式沉淀池。水力停留时间4.0h,表面水力负荷0.90m3/(m2﹒h),直径Φ=24m。污泥泵房设回流污泥泵3台,剩余污泥泵台,污泥回流比R=100%。
4.3.4絮凝沉淀池
新建高效沉淀池1座,分2组。由提升泵房、混合池、絮凝池、沉淀池和污泥泵房组成。提升泵房集水池有效容积225m3，设污水提升轴流泵,将好氧池出水提升进入深度处理系统。混合池设2格,单格混合区有效总容积14m3,水力停留时间80s,混凝剂PAC设计最大投加量20mg/L。絮凝池设2格,单格絮凝区有效总容积157.5m3,水力停留时间15min,助凝剂PAM设计最大投加量1.0mg/L。沉淀池2格，单格总有效斜管面积64.8m2,平均时表面负荷6.43m3/m2﹒h。污泥泵房内设回流污泥泵和剩余污泥泵，回流污泥泵将沉淀池底部污泥回流至絮凝池底部,剩余污泥泵将沉淀池底部剩余污泥送至污泥均质池。新建主要增加设备见表4。
表4 絮凝沉淀池主要设备
Tab.4 Main equipment of flocculation sedimentation tank
设备名称 型号 数量 备注
浆叶式搅拌机 搅拌功率5.5kw 2台
浆叶式搅拌机 搅拌功率4.0kw 2台
中心传动浓缩刮泥机 池径Φ9.0m,N=0.55kw 2台
回流污泥泵（螺杆泵） Q=40m3/h，H=0.4Mpa,N=7.5kw 2台 2备1用
剩余污泥泵（螺杆泵） Q=20m3/h，H=0.6Mpa,N=4.0kw 2台 2备1用
污水提升泵 Q=629m3/h，H=7m,N=18.5kw 2台 2备1用
4.3.5 V型滤池与反冲洗泵房
V型滤池采用石英砂滤料，单格过滤面积30m2，设计平均时滤速6.94m/h，滤料粒径d10=0.9～1.2mm,K80≤1.4,滤料厚度H=1500mm,承托层厚度h=150mm。反冲洗泵房与滤池合建，采用水反冲洗加表面扫洗模式。
4.3.6污泥浓缩池
新建2座污泥浓缩池，浓缩池设计绝干污泥量2400kg/d。单座尺寸Φ6×4.8m,池边水深4m,设计固体负荷42.5kg/(m2·d),水力停留时间15.8h。污泥浓缩池将含水率约为99.3%的剩余污泥浓缩至含水率98%以下,浓缩后的污泥输送至污泥脱水间处理。主要设备有中心传动悬挂式浓缩机2套,池径Φ6m,池边水深4.0m,外缘线速度≤2m/min,N=0.55kW,380V,配件包含传动装置、稳流筒、刮泥板、浓缩栅条、工作桥等。
4.3.7除臭装置
按预处理设施、厌氧缺氧池及污泥脱水系统设施的臭气量设计新增1套除臭装置。主要设备有离心风机2台,Q=10000m3/h,N=15kW,全压2200Pa；生物滤池2套,每套处理能力10000m3/h,N=4.0kW。
5工程运行效果
本项目于2020年2月正式投入运营,目前日平均处理水量约为1.87×104m3/d,对污水处理厂进出水的水质进行连续一年的水质检测，从图2、图3和图4的运行数据可以看出,提标后出水中COD、BOD5、TN、NH3-H、TP和SS均达到了提标改造的预期效果,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准的要求。
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6结 论
本研究以实际工程为例，对低中山地区受用地面积限制的小型生活污水处理厂扩建提标改造进行研究，针对原有工艺老化、处理能力有限和处理标准不能满足现状的困境，结合污水厂内建设用地紧张的现状制约，采用改造原有Unitank池，新建部分处理系统的方案，达到增加污水处理量并提标改造出水水质的要求，为低中山地区小型生活污水处理厂提标改造设计提供合理可行的方案，促进污水处理厂水质提标改造事业的发展。
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作者：吴彩霞，女，1984年生，工程师，主要从事环境监测、环境污染防治管理。通讯作者。