某城镇污水处理厂“双五”排放标准工艺路线的探讨

张勇

（北控水务集团有限公司产品中心，北京100102）

引言

随着经济的快速发展，各地发布了越来越严格的排放标准。昆明市2020 年4 月发布的地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A 标准要求CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L、氨氮≤1（1.5）mg/L、TN≤5（10）mg/L、TP≤0.05mg/L；因其TN、TP分别要求小于等于5（10）mg/L、0.05mg/L，本文简称为“双五”标准。针对此排放标准，结合现有项目，分析、选择经济可行的工艺路线。

1 项目概况

昆明市某污水处理厂设计处理能力3万t/d，原水以生活污水为主，基本没有工业污水。现状采用“粗格栅及提升泵房+配水井+细格栅及曝气沉砂池+AAO 池+二沉池+混凝沉淀池+二级提升泵房+V型滤池+消毒接触池”的工艺路线，现设计出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。提标改造后达到昆明市地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》（DB5301/T 43-2020）A标准。

2 水质

2.1 提标改造前设计进出水水质

本项目提标改造前设计进出水水质见表1。

表1 原设计进出水水质

2.2 实际进出水水质

统计2019 年1 月-2020 年6 月实际进、出水水质，如表2、表3所示：

表2 2019年1月-2020年6月实际进水水质

本项目实际平均日处理量2.36万t/d，最大日处理量3.6万t/d，实际出水水质可以100%达到现设计出水水质（一级A标准）要求，现状水厂出水达到“双五”标准的达标率详见表3。

表3 2019年1月-2020年6月实际出水水质统计

2.3 提标后设计进出水水质

根据实际进水95%涵盖率的水质指标，同时参考原设计水质，并适当留有余量，确定本项目提标后设计进水水质，本项目提标后设计进、出水水质见表4。

表4 提标后设计进、出水水质

3 重点、难点分析

本项目出水要求比较高，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N均是本项目的去除重点、难点。

3.1 CODCr、BOD5

污水中CODCr、BOD5主要通过生物方法去除，生物方法难以去除的有机物可通过深度处理中的物理、化学或物理化学方法进一步去除。

“双五”标准要求出水CODCr≤20mg/L、BOD5≤4mg/L。对现状出水采集20 组数据，分析出水总CODCr和溶解性CODCr，在平均水量2.33万t/d的情况下，此水量折算生化池实际停留时间12.9h，出水总CODCr的最大值为34mg/L，溶解性CODCr均在20mg/L 以下，溶解性CODCr平均占比为70%，分析结果见图1。

图1 出水总CODCr和溶解性CODCr化验结果

图1 表明现状出水总CODCr虽已经降低到了很低的水平，但不能稳定达到“双五”标准的要求，而出水溶解性CODCr浓度能满足“双五”标准。因此，在深度处理中可通过去除大部分非溶解性CODCr和部分溶解性CODCr以保证出水有机物达标。

3.2 TP

本项目现状出水中95%涵盖率TP浓度为0.23mg/L，提标后要求TP≤0.05mg/L。现采用的“生物除磷+混凝沉淀池化学除磷+过滤”组合工艺，一般可处理到TP≤0.1mg/L，不满足本项目出水要求，需选择更高效的除磷工艺。

3.3 TN和NH3-N

本项目AAO 实际出水总氮的95%涵盖率和最大值分别为9.6 mg/L、15mg/L，出水氨氮95%涵盖率和最大值分别为2.1mg/L、4.9mg/L；“双五”标准要求总氮处理到5（10）mg/L、氨氮1.0（1.5）mg/L。本项目要求TN 和氨氮的去除率分别达到85.7%和96%，仅靠一级AAO生化池难以达到“双五”标准，需要设置深度脱氮工艺和强化硝化功能。

4 工艺路线选择及主要工艺参数

4.1 预处理

预处理现状出水采用“粗格栅+提升泵房+配水井+细格栅+曝气沉砂池”工艺，其中，粗格栅采用钢丝绳牵引式格栅除污机，细格栅采用回转式细格栅。

预处理的主要目的是保证后续构筑物的正常运行。本项目生化系统拟改造为MBBR（移动床生物膜反应器）工艺，污水中的毛发和纤维状物质会对MBBR 填料的拦截系统造成堵塞。为了保证MBBR系统的正常运行，本次提标将细格栅更换为内进流孔板格栅，孔隙选用3mm，截留毛发和纤维状物质，减少拦截系统的堵塞。

4.2 生化处理

AAO 生化池现状设计停留时间为10h，其中：厌氧区1.5h，缺氧区2.5h，好氧区6h。本项目要求CODCr、BOD5、TP 、TN、NH3-N 的去除率均比较高，尽量在AAO生化池提高上述指标的去除率，强化生化池的处理能力，减小后续处理的负担。

本项目实际运行水温≥13℃。在设计水温13℃时，计算生化池各段所需的水力停留时间为：厌氧区1.5h，缺氧区3.0h，好氧区8.5h，总停留时间13h。由于本项目占地有限，没有条件新建生化池，建议在生化池中投加MBBR 填料，通过增加生物量提高生化池处理能力。

设计将好氧区分割出1h池容作为缺氧/好氧可调节区，在进水水质不同时，可实现好氧和缺氧两种工况切换。提标后生化池各段的停留时间为：厌氧区1.5h，缺氧区2.5h，缺氧/好氧可调区1h，好氧区5h。在好氧池投加MBBR填料，投加量为好氧池池容的10%～15%；设计AAO 出水TN 为10mg/L，TN 去除率71.4%，硝化液回流比250%。

若新建项目，建议优先采用多级AO工艺，提高生化池脱氮能力，减小深度脱氮的压力。

4.3 深度处理

经过生化处理后，CODCr、BOD5、TP、TN、NH3-N等指标仍达不到“双五”标准，需对其进行深度处理。

4.3.1 TN和NH3-N

本项目设计进、出水TN 分别为35mg/L 和5mg/L，脱氮率85.7%，AAO 生化池一般脱氮率为75%～80%。在池容充足的情况下，若使脱氮率达到85.7%，总回流比需要600%，如此高的回流比不仅能耗高，而且还会带回大量溶解氧到缺氧池，破坏缺氧环境，从而使反硝化难以进行。

为了提高系统的脱氮能力，拟采用“DN生物滤池+C/N 生物滤池”组合工艺，C/N 生物滤池出水回流至DN 生物滤池前端。在DN 生物滤池投加碳源，与AAO系统出水和C/N生物滤池回流来的硝态氮发生反硝化作用形成氮气去除。在此过程中，CODCr、BOD5也会进一步降低，在C/N 生物滤池中，还可确保投加的碳源充分降解，避免了碳源超量投加导致出水CODCr和BOD5超标。

设计“DN生物滤池+C/N生物滤池”组合工艺进、出水TN 分别为10mg/L、5mg/L，TN 去除率50%，“DN 生物滤池+C/N 生物滤池”组合工艺出水氨氮可以降低到1mg/L 以下，满足本项目需求。

DN生物滤池设1座分为4格，单格尺寸L×B×H=7×8×7m，选择粒径为4～6mm 陶粒滤料，滤料填充高度3m，设计表面水力负荷8.37m/h（含回流），空床水力停留时间21.5min。C/N生物滤池设1座分为6格，单格尺寸L×B×H=7×8×7.5m，选择粒径为3～5mm 陶粒滤料，滤料填充高度3.5m，设计表面水力负荷3.7m/h（不含回流），空床停留时间37.8min，设计回流比50%，曝气气水比1.5:1。

DN 生物滤池和C/N 生物滤池反冲洗均采用气-水联合反冲洗，并共用冲洗设备，其中气冲洗强度采用15L/(m2·s)，水冲洗强度采用5L/(m2·s)。

4.3.2 TP

污水中磷去除的方法主要有生物除磷和化学除磷两种。本项目现采用“生物除磷+混凝沉淀池化学除磷+过滤”工艺，其方法是通过生物除磷去除大部分磷，在混凝沉淀池投加铝盐或铁盐形成金属磷酸盐沉淀而进一步去除，污水中悬浮物也会吸附一部分磷，通过过滤去除部分SS，吸附在SS上的磷会随过滤而去除。但是实际使用中发现这种工艺很难满足出水TP≤0.05mg/L的要求。

经中试试验，污水经生物除磷后，采用“高效气浮+砂滤”工艺，高效气浮进水TP 浓度在0.5～1.2mg/L 时，投加80～100mg/L 聚合氯化铝（28%有效含量）可以将出水中总磷稳定的控制在0.05mg/L以下。因此，本项目建议采用“高效气浮+V型滤池”工艺实现TP的深度去除。

高效气浮池采用部分加压溶气气浮，设1座分2系列，固液分离区表面负荷16m/h，单格固液分离区尺寸L×B×H=6×6.5×4.5m；设计回流比12%，回流泵设3 台，2 用1 备，单台流量75m3/h，扬程65m。

V 型滤池利旧原有构筑物，设计滤速7.44m/h，强制滤速10m/h。

4.3.3 CODCr、BOD5

由于“双五”标准要求出水CODCr和BOD5浓度极低，通过“AAO 生化池”和“DN 生物滤池+C/N生物滤池”处理后可生化的有机物基本去除；通过气浮工艺还能进一步去除部分CODCr、BOD5，但仍有达标风险，这就需要对污水中的有机物进一步处理。

根据前述分析，经过一系列生化、深度脱氮除磷和过滤等工艺处理后，水中的有机物以难降解的溶解性CODCr为主，且浓度接近排放标准，但仍有达标风险，可设置臭氧接触氧化工艺，用以对气浮池出水中的有机物进一步去除，作为出水的保障措施，以保证出水CODCr和BOD5达标。

臭氧接触氧化池设1 座分2 系列，设计水力停留时间45min，臭氧投加量15mg/L；单格臭氧接触池尺寸L×B×H=25×4×6.3m，有效水深5.5m。设置臭氧发生器3 台，2 用1 备，单台臭氧制备能力10kg/h。

综上所述，本项目建议采用的工艺流程图见图2：

图2 工艺流程框图

5 工程效益分析

本项目的工程内容主要有：细格栅更换为内进流孔板格栅，在AAO 池投加MBBR 填料，改造二级提升房，新建DN 生物滤池、C/N 生物滤池、三级提升泵房、高效气浮池、高效气浮池加药间、臭氧接触氧化池、臭氧发生车间、鼓风机房及配电间等。上述工程内容直接工程费约7500 万元，吨水直接工程费2500 元。本项目新增原材料和动力费0.759 元/吨水，其中药剂费用约0.57 元（含液氧）/吨水，新增吨水电耗约0.3kWh。

6 结论和建议

6.1 结论

结合昆明某污水厂现状实际情况，采用“粗格栅+提升泵房+配水井+内进流孔板细格栅+曝气沉砂池+MBBR 生化池+二沉池+二级提升泵房+DN 生物滤池+C/N 生物滤池+三级提升泵房+高效气浮池+臭氧接触氧化+V型滤池+消毒接触池”工艺可以稳定达到昆明“双五”排放标准。

6.2 建议

本项目动力和原材料成本中药耗约占75%，药剂主要用于脱氮、除磷和去除有机物。为了节省运行成本，从设计角度考虑，如果是新建项目，可以将生化池设计成五段巴颠甫工艺并设置多点进水，充分利用污水中的有机物，在生化池提高TN 和TP 的去除率，减少后续因脱氮除磷投加碳源和混凝剂的量。从运营角度考虑，控制曝气量，保证好氧池硝化彻底并不过量曝气；DN 生物滤池中投加的碳源应选择更容易分解的乙酸钠，并考虑设置自动投加系统，根据出水TN实时调整投加量，避免过量投加碳源，以降低运行成本。