太原市城南污水处理厂提标改造设计及运行效果分析

黎俊伟 岳秀萍

(1.太原理工大学环境科学与工程学院，山西 太原 030600； 2.太原市排水管理处，山西 太原 030006)

0 引言

随着国家对水环境要求的不断提高，尤其是对污水处理厂出水氮、磷指标的要求的提高，各省市也逐步提高入河排放的标准，导致部分污水处理厂出水水质已不能满足要求[1,2]，必须进行提标改造。太原市城南污水处理厂位于南环高速北侧，太茅公路以东，占地面积242.25亩。现状处理规模为20万m3/d。服务范围北起南沙河、南到南环高速，西起体育路、汾河东岸、东至东山过境。服务面积78 km2，服务人口77万人。污水处理厂采用改良A/A/O工艺，处理后的水就近排入汾河，现状出水水质满足GB 18919—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。根据山西省水污染防治领导小组办公室文件(晋水防办发2017[25号])文件要求，2020年年底前，城镇污水处理设施外排污水化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)三项指标应达到地表水环境质量Ⅴ类标准。原设计出水水质不能满足新标准的要求。因此，根据新地方标准的相关要求，需对城南污水处理厂进行提标改造。

1 污水处理厂改造前工艺及运行状况

1.1 改造前工艺状况

污水处理厂设计水量为20万m3/d，改造前污水二级处理采用改良A/A/O工艺，污水深度处理采用混凝→沉淀→过滤工艺，污泥处理工艺采用直接浓缩脱水后外运处置工艺；消毒工艺采用投加次氯酸钠溶液工艺；除臭工艺采用生物滤池法除臭工艺。污水处理工艺如下:

进水→粗格栅→进水泵房→细格栅→曝气沉砂池→初沉池→前置缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池→二沉池→中途提升泵池→机械混合池→网格反应池→斜板沉淀池→V型滤池→接触池→出水泵房→出水至汾河。

1.2 改造前进出水水质情况

改造前城南污水处理厂进水水质状况见表1。从表1可见，COD，BOD，TP三项进水指标与原设计值接近，SS，NH3-N，TN三项进水指标比原设计值有较大增加。因此需要对原有生物系统进行复核，进水SS，TN和氨氮的增加会对原有生物池的出水指标产生影响，SS的增加还会带来系统产泥量的增加。

表1 城南污水处理厂现状进水水质分析表 mg/L

城南污水处理厂原设计出水水质如表2所示，改造前城南污水处理厂COD，NH3-N，TP的实测出水水质如表3所示。可以看出，城南污水厂目前出水COD，TP指标在95%的保证率时满足地表水Ⅴ类标准，NH3-N指标在90%的保证率时满足Ⅴ类水标准。因此此次污水处理厂升级改造应以这三项指标稳定达标为主要目的，并且从各项污染物处理难度方面考虑。

表2 城南污水处理厂原设计出水水质指标表 mg/L

表3 城南污水处理厂现状出水水质分析表 mg/L

2 城南污水处理厂提标改造工艺方案

2.1 污水处理厂提标改造工艺方案分析

1)根据对氨氮，COD,TP三项出水指标的最新要求，以及SS,TN，氨氮三项进水指标比原设计值有较大的出入的情况下，需要对原有的生物系统进行复核。由于是对原有系统的改造，所以合理的提标措施可以包括增加生物池有效池容(在现有生物池体内投加生物填料[3]、提高污泥浓度等措施)、加大生物池好氧区的曝气量、加大碳源投加量、在原有生物处理系统末端增加进一步去除污染物的措施等。

2)城南污水处理厂出水TP指标95%的保证率时满足Ⅴ类水标准。考虑到对此标准的稳定达标，采用具有一般生物除磷的污水处理工艺不能满足要求，所以本次在充分发挥生物除磷的功能外，同时需要加大除磷药剂的投加，强化除磷效果。

3)城南污水处理厂出水COD在95%的保证率时满足Ⅴ类水标准。考虑到对此标准的稳定达标，可以通过实验室测定，如果是可生物降解的溶解性COD，那么在二级生化处理过程中，通过加强曝气基本上可以去除。如果溶解性COD属于难降解型，那么仅通过生物处理难以实现出水COD浓度稳定小于40 mg/L的目标，必须通过某些非常规手段才能去除。例如粉末活性炭吸附技术、臭氧氧化技术，高级催化氧化技术等。所以可以在厂区内预留COD深度处理的预留用地。

4)城南污水处理厂出水NH3-N在90%的保证率时满足Ⅴ类水标准。要想此指标出水稳定达标，要保证充足的供氧和足够长的污泥龄，从而实现氨氮的充分硝化，氨氮的充分硝化过程将成为控制生化处理好氧单元设计的主要因素。

2.2 设计水量水质

本次提标改造不扩容，设计流量保持20万m3/d，根据实际进出水水质水量的变化以及对氨氮,COD,TP三项出水指标的最新要求确定改造后设计进出水水质以及去除率见表4。可以看出增加了SS,NH3-N,TN,TP这四项指标的设计水质。

表4 城南污水处理厂提标改造工程设计进、出水水质及去除率

2.3 主要升级改造构筑物及设计参数

2.3.1生物池改造

采用在A/A/O好氧反应区投加悬浮填料的工艺，其工艺流程如图1所示，通过在现有好氧区中端分隔出填料区，使填料在其中循环往复运动。在这种系统中，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变为气、液、固三相。这种转变为微生物创造了更丰富的存在形式，形成了一个更复杂的复合式生态系统。利用泥膜共生系统，提高系统微生物量和专性细菌数量，解决目前工艺脱氨氮受停留时间限制的问题。原有生化池改造：预缺氧区池容为14 430 m3，HRT为1.73 h；厌氧区池容为14 430 m3，HRT为1.73 h；缺氧区池容为49 920 m3，HRT为5.99 h；好氧区池容为87 542 m3，HRT为10.51 h，填料区HRT为3.16 h。在填料区增加悬浮填料系统，包括增加9 440 000 m2的悬浮生物填料，4套进、出水填料分隔装置、4套粗孔曝气流化装置、8套填料专用搅拌器、4套填料分隔装置自清洗系统以及4套填料回流系统等。

为了更好地使混合液内回流，更换了原有生物池的内回流泵12台(8用4备)，其参数为单泵流量Q=1 157 L/s，扬程H=1.5 m，功率N=23 kW，还增加了2 800个供气量为3 m3/hr～5 m3/hr的曝气头，增加好氧池溶解氧含量，降低COD浓度。

2.3.2鼓风机房

现状鼓风机已不能满足风量的要求，因此扩建鼓风机房，扩建尺寸为20 m×15 m×8 m，原有6台多级低速鼓风机，其性能参数为单机风量Q=11 700 m3/h，风压P=7.5 m H2O，电机功率为355 kW，2套流量为28 800 m3/min的卷帘式空气过滤器，升级增加磁悬浮鼓风机(包括配套设备)3台，单机风量Q=13 500 m3/h，风压P=7.5 m H2O，增加2套空气卷帘式空气过滤器，流量为20 000 m3/h。

2.3.3污泥处理系统

为降低污泥含水率，减少污泥体积。扩建污泥浓缩脱水机房，其机房为钢筋混凝土框架结构，扩建尺寸为30 m×25 m×8 m，设计参数为进泥固干量为63 689 kg DS/d，进泥含水率为98.9%，进泥湿泥量为5 955 m3/d，脱水后污泥含固率不小于20%，泥饼体积不大于320 m3/d，每日工作时间为24 h。污泥浓缩脱水机房升级改造前有6套带式浓缩脱水一体机、2套絮凝剂制备装置、6台投药泵、6套污泥投料泵等主要设备。升级改造在原设备的基础上新增3套(2用1备)离心浓缩脱水一体机，其单机处理量Q=150 m3/h，功率N=170 kW，新增一套药剂制备能力为350 kg/d的絮凝剂制备装置、3台规格为Q=4 000 L/h，H=40 m的投药泵、3套(2用1备)Q=150 m3/h的污泥投料泵，除此还新增了3套(2用1备)Q=150 m3/h的污泥切割机。

2.3.4冬季低温保障措施

为确保冬季极端温度情况下出水氨氮指标达标，此次提标改造工程增加低温硝化菌投加措施。当水温低于15 ℃时，采用投加专用菌株的方式增加氨氮硝化速率，确保出水水质稳定达标。

3 运行效果

为尽量避免提标改造工程对太原市节能减排总体目标及污水厂出水水质的影响，施工时采取不停水改造措施，选择分阶段施工。提标改造工程于2019年10月出水水质稳定达标，改造前2018年10月～12月和改造后2019年10月～12月进、出水水质平均值见表5。从表5中可以看出，改造后设施运行稳定，处理效果良好，即使是在冬季温度较低的情况下，COD,NH3-N,TP出水分别为20.60 mg/L，0.64 mg/L，0.13 mg/L，稳定达地表水Ⅴ类标准，还可以看出SS指标在改造后进水浓度较大的情况下出水浓度有大幅降低，取得了很好的处理效果，有效的降低了对入水河流的污染，改善了水环境质量。

表5 城南污水处理厂提标改造前后进、出水水质平均值 mg/L

4 结语

太原市城南污水处理厂提标改造工程在保持处理规模、占地面积基本不变的条件下，采用在改良A/A/O好氧反应区投加悬浮填料的工艺，增大了生物池的污泥浓度，有效减小了生物池的池容，且该工艺还具有耐冲击负荷、节省碳源等优点。本工程充分利用现有用地，土建工程量少，施工周期短，有效的解决了当前污水厂用地紧张的问题。通过污水厂改造前后运行效果的分析可知，改造后出水COD、氨氮、总磷浓度都明显降低，稳定达地表水Ⅴ类标准，其余指标稳定达一级A排放标准。实践证明，该工程改造经济合理，技术可行，对同类型项目升级改造有一定参考意义。