1、工程概況
浙江某城南污水廠將服務(wù)范圍內(nèi)的園區(qū)生活污水、工業(yè)廢水及縣城生活污水混合后處理，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，目前水量已接近4×104m3/d的最大處理能力。考慮到園區(qū)入駐企業(yè)日益增多及城鎮(zhèn)的發(fā)展，擬將原有污水廠作為生活污水處理廠，新建一座污水廠用于處理園區(qū)工業(yè)廢水，將工業(yè)廢水和生活污水分質(zhì)處理，降低生活污水處理成本；同時促進(jìn)城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展及保護(hù)衢江的水環(huán)境安全，將出水水質(zhì)提升至浙江省《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB33/2169—2018）。
原污水廠一、二期規(guī)模均為2×104m3/d，分別采用CASS、A2O工藝，其預(yù)處理區(qū)和主廠區(qū)在單獨(dú)的區(qū)域建設(shè)，且距離較遠(yuǎn)。原預(yù)處理區(qū)預(yù)留地約0.153hm2，可滿足原污水廠改造及新建污水廠預(yù)處理單元的用地需求；而原污水廠主廠區(qū)內(nèi)僅有空地約0.4hm2，且周邊無可拆遷征用地，因此選擇占地小、處理效率高的生物處理系統(tǒng)是本工程的關(guān)鍵。
2、設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)
本工程污水來源為浙江某縣城南工業(yè)園區(qū)全部的工業(yè)廢水，其在達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8798—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)入污水廠，最終出水達(dá)到DB33/2169—2018要求后排放至衢江。
本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為2×104m3/d，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。
3、污水處理工藝
3.1 污水處理工藝的選擇
本項(xiàng)目的工業(yè)廢水來自于41個中小企業(yè)，主要為毛絨、機(jī)械加工、食品、包裝、電子行業(yè)等。各企業(yè)排水量均不超過1000m3/d，水質(zhì)差別較大，毛絨類廢水中COD、SS和色度相對較高；機(jī)械加工廢水可能含有乳化液、石油類污染物；食品行業(yè)廢水中氨氮高；包裝行業(yè)廢水含有少量水性油墨；電子行業(yè)廢水中有機(jī)物及氨氮濃度較高，且可能含有少量氟等。
由于共用一根排水總管，無法單獨(dú)測定各企業(yè)水質(zhì)，通過對混合廢水進(jìn)行為期5d的連續(xù)監(jiān)測，可知對于不同時段，主要污染物波動較為明顯，COD、氨氮、總磷、總氮的平均值分別為422、21.3、2.14、32.7mg/L，最大值分別為871、37.6、7.24、61.4mg/L。結(jié)合出水要求可知，除總氮外，各污染物去除率均需達(dá)到88%~95%以上，且由于本工程是在原有預(yù)留地內(nèi)實(shí)施，因此高效、緊湊的工藝單元設(shè)置是項(xiàng)目的設(shè)計(jì)核心。
由于混合廢水水質(zhì)來源多樣、水質(zhì)復(fù)雜，建議采用預(yù)處理+生物處理+深度處理的工藝路線。與原污水廠預(yù)處理工藝類似，本項(xiàng)目預(yù)處理采用初沉、隔油工藝。
隨著好氧顆粒污泥的發(fā)現(xiàn)，近年來以顆粒污泥為微生物聚集體的好氧處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。其中以荷蘭公司為代表的好氧顆粒污泥技術(shù)憑借其工業(yè)化成熟度高、節(jié)能高效等優(yōu)勢在國外被大量應(yīng)用，該反應(yīng)器以SBR工藝模式為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及控制方式，培養(yǎng)出的成熟顆粒污泥粒徑可達(dá)到2mm左右，見圖1。
針對本項(xiàng)目用地緊張的問題，考慮將荷蘭公司的好氧顆粒污泥技術(shù)以及緊湊型的A2O+MBR工藝作為生化處理單元的備選工藝，對比見表2。
經(jīng)綜合對比，選用荷蘭好氧顆粒污泥技術(shù)作為本項(xiàng)目的生化處理工藝，該工藝的引用也為其對國內(nèi)污水水質(zhì)的適用情況提供了示范作用。
深度處理單元的作用是強(qiáng)化對殘余COD及TN、TP的去除，一般采用過濾、接觸氧化等。污水廠出水對總氮要求較高，因此本項(xiàng)目采用高效澄清池+反硝化深床濾池工藝。
3.2 工藝流程
污水處理工藝流程見圖2。
工業(yè)廢水通過收集管道首先進(jìn)入粗格柵間，截留較大的污染物以保護(hù)水泵等重要設(shè)備；經(jīng)過粗格柵后，污水進(jìn)入提升泵房。經(jīng)水泵提升后依次進(jìn)入初沉池、隔油池，去除懸浮物及油脂等，避免影響生物池供氧效率。調(diào)節(jié)池對工業(yè)廢水起到均質(zhì)的作用，設(shè)置水質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備，隨時監(jiān)控來水狀況，當(dāng)來水異常時，可及時通知管委會或中控室，采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。污水進(jìn)入好氧顆粒污泥反應(yīng)器前，先經(jīng)孔板細(xì)格柵進(jìn)一步去除細(xì)小懸浮物，避免堵塞生物池曝氣系統(tǒng)及布水系統(tǒng)。高效澄清池及反硝化深床濾池進(jìn)行脫氮除磷及對SS的去除，經(jīng)次氯酸鈉消毒后排至衢江。由于工業(yè)廢水B/C不足，在好氧顆粒污泥反應(yīng)器和反硝化深床濾池均需投加碳源。當(dāng)工業(yè)廢水水量不足或生活污水量波動較大時，可將部分預(yù)處理后的生活污水切入新建污水廠。
3.3 工藝特點(diǎn)
本工程雖采用普遍的生物處理結(jié)合深度處理的總體路線，但基于好氧顆粒污泥技術(shù)的生物池設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
①采用好氧顆粒污泥生物池，由于顆粒污泥密實(shí)、沉降性能好的特殊結(jié)構(gòu)形式，使得顆粒由外到內(nèi)存在明顯的基質(zhì)濃度梯度和溶解氧濃度梯度。曝氣反應(yīng)階段，硝化細(xì)菌和異養(yǎng)細(xì)菌處在顆粒外層，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解和硝化反應(yīng)，當(dāng)硝酸鹽產(chǎn)生后就會在顆粒缺氧層發(fā)生同步硝化反硝化反應(yīng)。好氧顆粒污泥內(nèi)的聚磷菌能強(qiáng)化生物除磷作用，在好氧環(huán)境下對磷的高吸收特性形成富磷污泥，然后通過排放剩余污泥達(dá)到除磷目的。因此，好氧顆粒污泥可以在一個生物反應(yīng)器中進(jìn)行碳去除、硝化、反硝化和磷去除，使系統(tǒng)更加緊湊，并顯著減少所需的占地面積。原污水廠的AAO池占地0.387hm2，而新建生物池僅用地0.119hm2，綜合用地節(jié)省約40%。
②生物池由底部布水器上流式進(jìn)水，進(jìn)水的過程可充分利用原水碳源同步實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮及均質(zhì)回流，固定堰溢流出水，整個生物池內(nèi)無任何動力設(shè)備，大大降低了能耗。
③好氧顆粒污泥生物池采用全自動時序控制，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行。根據(jù)來水和工藝運(yùn)行狀況，通過設(shè)置于反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)各儀表的測量值，判斷系統(tǒng)狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)優(yōu)化各運(yùn)行參數(shù)，動態(tài)調(diào)整周期時間等。在滿足處理需要的同時通過減少能耗、藥耗而降低運(yùn)行費(fèi)用，相較傳統(tǒng)的手動或半自動操作，該系統(tǒng)具有較高的工藝先進(jìn)性。
4、主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)
①調(diào)節(jié)池：1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為28m×38m×11.5m，有效水深10.5m，水力停留時間12h。
②好氧顆粒污泥生物反應(yīng)器系統(tǒng)：包括進(jìn)水緩沖池1座，生物池2座，污泥緩沖池1座。污水由進(jìn)水緩沖池提升泵提升至生物池A池底部，同時頂部排水堰排水，隨后依次完成曝氣、沉淀、排泥，2組生物池交替運(yùn)行。沉淀工序完成后，生物池排泥進(jìn)入污泥緩沖池暫存，經(jīng)快速沉降后，上清液自流排入進(jìn)水緩沖池，沉淀污泥提升至污泥處理系統(tǒng)，污泥緩沖池清空后等待下一周期排泥。
進(jìn)水緩沖池容積800m3，設(shè)進(jìn)水提升泵2臺，單臺流量870m3/h，功率75kW；潛水?dāng)嚢杵?/span>1臺，功率7.5kW。
單座生物池尺寸為22.7m×17.2m×11m，水力停留時間9.36h，混合液懸浮固體濃度（MLSS）為8000mg/L；平均污泥負(fù)荷為0.11kgBOD5（/kgMLSS·d），剩余污泥產(chǎn)量為4.28tDS/d；好氧區(qū)實(shí)際需氧量（AOR）為6330kgO2/d，設(shè)風(fēng)機(jī)4臺，3用1備，單臺風(fēng)量48.7m3/min，功率110kW；池內(nèi)設(shè)專項(xiàng)布水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、潷水器及液位調(diào)整系統(tǒng)，每池設(shè)儀表組1套（監(jiān)測氨氮、硝酸鹽、pH、DO等），無其他機(jī)械動力設(shè)備。生物池每個周期運(yùn)行240min，其中進(jìn)/排水65min、曝氣145min、沉淀30min，具體見圖3。
生物池的沉淀工序伴隨著排泥進(jìn)行，篩選出的細(xì)碎顆粒污泥通過中部排泥設(shè)備排放至污泥緩沖池。污泥緩沖池容積200m3，設(shè)污泥泵2臺，單臺流量50m3/h，功率7.5kW。污泥泵出口設(shè)置污泥濃度計(jì)1臺，當(dāng)排泥濃度低于8000mg/L時，自動停泵并排放上清液。
③高效沉淀池：1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為21.6m×10m×7.85m，水力停留時間1.38h；設(shè)計(jì)表面負(fù)荷15.4m3（/m2·h）；配套快速攪拌器4臺；絮凝攪拌器1臺；排泥/回流泵3臺（2用1備），流量45m3/h；刮泥機(jī)直徑Ø9.4m，功率1.1kW。設(shè)計(jì)PAC投加量50mg/L，PAM投加量2mg/L，粉炭投加量100mg/L。
④反硝化深床濾池：1座4格，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單格尺寸12.2m×2.9m×6.80m；濾速<5.89m/h；硝態(tài)氮容積負(fù)荷≤0.386kgNO3--N/（m3·d）；配套羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺（2用1備），風(fēng)量53.8m3/min，功率75kW；反沖洗泵2臺（1用1備），流量518m3/h，功率44kW。
5、處理效果及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
2020年5月—10月主要污染物的平均去除效果見表3。
本項(xiàng)目自2019年11月正式啟動調(diào)試，至2020年4月試運(yùn)行結(jié)束后，正式投入運(yùn)行。由表3可知，在進(jìn)水COD、氨氮、總氮、總磷分別為360~660、20~42、35~55、1.65~3.66mg/L波動的情況下，出水COD、氨氮、總氮、總磷分別低于40、2、12、0.3mg/L，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
好氧顆粒污泥同步脫氮除磷的優(yōu)勢在實(shí)際運(yùn)行中得到了驗(yàn)證，反應(yīng)器總氮去除率將近78%、總磷去除率為88%，超過預(yù)期效果。通過持續(xù)觀察記錄，自2020年3月—2022年3月，顆粒污泥粒徑由初期的以0.2mm為主，持續(xù)增長至1.4mm以上，見圖4。圖中由左至右、由上至下分別為0.2、0.4、0.8、1.4、2.0mm孔徑篩網(wǎng)。
顆粒污泥的大小及增長速率與水中部分離子濃度存在一定相關(guān)性，且不同水質(zhì)形成的成熟污泥粒徑也不同，低濃度廢水培養(yǎng)的成熟污泥顆粒粒徑為0.8~1.0mm左右。截至2020年8月，污泥濃度由初期的4.28g/L倍增至10.64g/L，污泥體積指數(shù)（SVI）穩(wěn)定在30mL/g以下。
本項(xiàng)目建設(shè)投資約1.2億元，實(shí)際平均水量1.8×104m3/d，電耗0.32kW·h/m3，10%的液體PAC消耗量為0.028kg/m3，10%的液體次氯酸鈉消耗量為0.06kg/m3。相較原一、二期（CASS及A2O工藝），節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用（噸水處理綜合電耗和藥耗）30%以上。
6、結(jié)論
采用好氧顆粒污泥反應(yīng)器+高效澄清池+反硝化深床濾池的主體工藝處理工業(yè)園區(qū)廢水，出水水質(zhì)達(dá)到浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB33/2169—2018），出水排放至衢江。好氧顆粒污泥技術(shù)的成功應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)絮狀污泥耐沖擊能力差、有機(jī)負(fù)荷難以提高的困境，在節(jié)省占地及降低運(yùn)行費(fèi)用方面有了較大的突破，節(jié)能高效的處理工藝為建設(shè)美麗衢江作出了一定貢獻(xiàn)。同時，本工程作為好氧顆粒污泥技術(shù)在亞洲的首個工程化應(yīng)用案例，對該技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用推廣具有指導(dǎo)性意義，可為后續(xù)新建或改擴(kuò)建污水廠提供新選擇，為節(jié)能減排提供新途徑。（來源：北創(chuàng)環(huán)保<北京>有限公司，龍游華水水業(yè)發(fā)展有限公司）
