同步硝化反硝化设计案例
——以沁阳市某污水处理厂为例

蒋 雷

(郑州市建筑设计院，河南郑州 450000)

沁阳市某污水处理厂是沁阳市较早的污水处理厂，设计处理规模为3×104m3/d，主要处理城镇生活污水和部分企业产生的工业废水。由于建设时间较早，污水处理厂出水水质仅达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级B标准，污水厂出水中含可溶性难降解有机物以及氮、磷等溶解性无机化合物，氮、磷等营养物质大量进入河流、湖泊，导致水体富营养化，造成污染[1-2]。为贯彻和落实国家政策，维持生态稳定平衡，控制源头污染物排放，对沁阳市某污水处理厂进行脱氮除磷提标改造，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。

1 工程背景

污水处理厂采用的是生物接触氧化工艺，具体的工艺流程如图1 所示。该厂通水至今经历了调试、培菌、试运行等阶段, 最终实现稳定生产，出水水质达到国家当时要求的标准。但是，随着国家对污水处理厂出水水质要求的提高，该厂目前的出水水质暂不符合国家一级A的标准，现对该厂经行改造，以提高出水水质。

图1 沁阳市某污水处理厂工艺流程Fig.1 Process Flow Chart of a WWTP in Qinyang City

1.1 进水水质

本次升级改造设计仍采用原设计进水水质，改造前的进、出水水质及排放后的标准如表1所示。

表1 沁阳市某污水处理厂进、出水水质 及排放参数 (单位：mg/L)Tab.1 Influent and Effluent Water Quality and Discharge Parameters of a WWTP in Qinyang City (Unit: mg/L)

如表1所示，污水处理厂现有设施处理COD、BOD以及SS效果良好，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准，而对NH3-N和TP的处理能力较差。因此，需针对脱氮除磷进行技术改造。

1.2 改造前工艺分析

污水处理厂改造前依据的是以往标准自主研发的工艺流程，出水标准的提高以及原先工艺的不足导致污水处理厂在运行过程中出现了一些问题。

(1)由表1可知，NH3-N浓度无变化，脱氮效果不佳。NH3-N的生化去除主要靠硝化菌的硝化作用，使含氮有机物氧化分解成硝酸氮。NH3-N浓度没有发生变化，说明硝化菌没有成为优势菌种，硝化反应不明显。主要原因是污泥龄不足，存在水流短路现象；污水没有回流到反硝化池，反硝化反应不明显；污水经过生化池再进入反硝化池，有机物氧化分解，碳源不足[3]。

(2)聚磷菌(PAOs)和反硝化除磷菌(DPB)是一种在动态环境下才能够生长繁殖的细菌，需交替出现“厌氧-缺氧-好氧”环境，单一的环境或顺序相反的环境使PAOs/DPB均难以正常繁殖[4-5]。原污水处理工艺中没有污泥回流，水解池中聚磷菌不多，释磷效果不明显，导致好氧池中吸磷效果也不理想，造成TP去除率不高[6]。

(3)现状工艺路线没有深度处理环节，出水水质难以保证。

2 升级改造工程介绍

2.1 工程规模

本次改造为污水处理厂脱氮除磷升级改造设计，进水水质和水量均未发生变化。因此，仍维持工程原来的设计规模3×104m3/d。

2.2 改造工艺路线

污水厂原主要采用接触氧化工艺，该工艺在去除有机物方面具有很好的效果。但是，随着国家对出水水质要求的提高，接触氧化工艺由于没有混合液回流和污泥回流系统，脱氮除磷的效果不佳[7]。结合本厂的实际情况，本次通过改进预处理设施、强化生物处理和增加深度处理来提高出水水质，达到同步脱氮除磷的效果[8]。进水经格栅后，由污水提升泵提升至新建沉砂池，然后重力自流至初沉池(原水解池改造)；初沉池出水重力自流至厌氧池(原一级反硝化池改造)；再自流至缺氧池(原生化池前段改造，取消原生化池中填料)，而后进入好氧池(原生化池后段改造，增加曝气系统，提高曝气量)；再流至2个二沉池(其中1个为原一沉池改造)；2个二沉池的出水汇流至混凝池(原消毒池改造)，再新建过滤间，最后出水经紫外线消毒，以达到一级A的出水标准。新增混合液回流、污泥回流系统。新增污泥离心脱水机，处理含磷的剩余污泥。具体改造如图2和图3所示。

图2 改造后的工艺流程Fig.2 Process Flow Chart after Reconstruction

图3 改造后的生化部分平面简图Fig.3 Plane Diagram of Biochemical Part after Reconstruction

2.2.1 改进预处理设施

(1)格栅

格栅能有效截留较大的悬浮物或漂浮物，减轻后续处理构造物的负荷。现设置两道格栅，但由于安装角度太大，已截留的部分栅渣在水流作用下，又冲落至污水中。工艺改造把两个格栅改为1个不锈钢中格栅，减小安装角度，栅条的净间距为30 mm。

(2)增设沉砂池

沉砂池去除比重较大的无机颗粒，以减轻沉淀池的负荷，改善污泥处理构筑物的处理条件。生活污水处理中，宜设置沉砂池，减少污水中比重较大的无机颗粒[9]。考虑本工程碳源不足，污水直接跨越初沉池，直接进入后面的厌氧池，工艺改造沉砂池后设置跨越初沉池的跨越管。

(3)水解池改为初沉池

原工艺水解池无排泥系统，池中集泥过深，出水COD较高。该厂主要处理生活污水，工业废水占比不大，污水生化性良好，无需设水解池，故水解池改为初沉池。同时，利用水解池的高度，使污水重力自流到反硝化池。

2.2.2 强化生物处理段

(1)一级反硝化池改为厌氧池

原反硝化池2个池体相邻，管道连接二级、三级生化池。但是，现状处理效果不理想，将反硝化池改为厌氧池，二沉池的污泥回流到厌氧池中。初沉池出水由池底进入厌氧池。厌氧池的出水进入一级生化池的配水渠。将原水解池的搅拌器改造为推流器，安装于厌氧池中，加强水的流动，防止污泥沉淀。

(2)生化池的改造

①生化池池体的改造

将原一级生物池前端30 m改造为缺氧池，混合液回流到前段配水渠。一级生物池的后10 m和二级、三级生物池改为好氧池。配水渠进水口设于水下，采用淹没出流方式，避免形成短路，并设置闸门调节流量。出水采用溢流堰，出水流过的堰顶，溢流流入排水渠道，每个生化池之间用明渠或管道连接。

②污水污泥回流系统的改造

新增混合液污泥回流系统，利用厂区现有设备，分别在2座二沉池的集泥槽处各设1台200ZL-3型轴流泵，在生化池出口处设5台200ZL-3型轴流泵用于污泥回流。污泥回流的总流量为762 m3/h，污泥回流比为61.0%；混合液回流的总流量为1 875 m3/h，混合液回流比为150.0%。此数值是现状提升设备的最大提升能力，符合规范和实际运行经验。实际运行中可适当调整，提高出水水质。

表2 生物反应池校核计算Tab.2 Checking Calculation of Biological Reactor

③好氧池曝气系统的改造

原曝气系统采用的是池底单侧曝气，工艺改造整个池底设置曝气器曝气，增加曝气量，曝气器采用上海威德薄膜盘式微孔曝气器，氧利用率不低于20%。每个小格子(10 m×6 m)布置96个曝气器，每个曝气器服务面积为0.63 m2，总供气量为116.77 m3/min，需增加1台40 m3/min的备用风机。

2.2.3 二沉池的改造

现状二沉池主要问题是面积太小，表面负荷过大，沉淀效果不好，故将原一沉池也改为二沉池，减小二沉池的负荷。原二沉池尺寸：长约40 m，宽约12 m，高约4.5 m，水面标高为96.70 m。改造二沉池(原一沉池)尺寸：长约40 m，宽约12 m，高约4.5 m，水面标高为98.10 m。进水口，采用底孔式入流装置，底部设挡流板。出水口，采用可调锯齿三角堰，指状形式，每个池子出水堰长不小于100 m。在出水堰前应设置收集与排除浮渣的设施。为改造二沉池采购1台跨度为12 m的桁架式吸泥吸泥机。

2.2.4 增加深度处理

深度处理的对象是生化出水，为了进一步去除水中的SS，提高出水水质。现状消毒池采用的是二氧化氯消毒。为了提高出水水质，新增过滤间，过滤间前宜设混凝池，故将消毒池改为混凝池。现状消毒池内的隔墙等间距布置，通过逐渐降低池底的方法达到流速递减的目的。混凝池(原消毒池)尺寸：长约40 m，宽约6 m，高约3.0 m，水面标高为96.40 m。起端垫高至距池顶1.0 m，以5%的坡度坡向末端，末端水深为3.0 m。末端出水采用管道出水，原有的出水口不再使用。出水管道埋地至过滤间。

过滤间可进一步去处悬浮物，提高出水水质。过滤设备选用全浸式转盘微过滤装置，运行过程中边过滤边冲洗[10]。转盘微过滤装置要求进水SS不高于20 mg/L，防止SS过高阻塞过滤转盘。在过滤间出水处采用紫外线消毒，以进一步提高出水水质。

2.2.5 污泥处理系统

污水处理厂的污泥处理越来越受到重视，不能随意排放。剩余污泥中含有大量的氮磷，可以通过制作肥料等方式变废为宝，提高经济效益。

二沉池的剩余污泥中含有大量的聚磷菌，若使用重力浓缩会使污泥厌氧释磷，上清液磷含量升高，回流则增加了污水处理中磷的负荷，直接排放则造成二次污染。故污泥处理采用机械浓缩脱水，减少污泥浓缩的时间。污泥离心脱水后制成泥饼外运。

初沉池的污泥仍用厂区原有的污泥处理设备进行处理；二沉池的污泥则需新购机械离心脱水设备进行处理。同时应注意污泥的综合利用，变废为宝，提高经济效益。

3 工程运行情况

提标改造工程于2016年调试运行，至今已稳定运行4年，日均进水量为3万m3。根据污水处理厂2018年全年进出水指标统计，升级改造工程出水污染物浓度如表3所示。

表3 沁阳市污水处理厂2018 年全年进出水 指标统计 (单位：mg/L)Tab.3 Influent and Effluent Water Quality of a WWTP in Qinyang City in 2018 (Unit: mg/L)

4 工艺特点

(1)提标改造工艺尽量在原构筑物的基础上进行改造，水解池、反硝化池以及生化池等原有构筑物在本次提标改造中得到了有效的利用，合理规划各构筑物的布局，减少了提升次数，节省了工程造价和运行成本。

(2)本次提标改造工艺最主要的是对工艺流程进行合理化设计，增加了污水回流和污泥回流系统；同时，更改曝气方式，增加了污水的可生化性，达到同步脱氮除磷的效果。

5 结语

氮、磷造成的水体富营养化是水体污染的重要原因之一，也是国内外水污染治理的难题[11]，为从根本上解决氮、磷造成的污染，必须从源头上减少污染物排放量。沁阳市某污水处理厂提标改造工程，针对其进水水质、水量的特点，采用AAO工艺对其进行脱氮除磷改造，充分利用现有构筑物达到同步脱氮除磷的效果，经过一段时间的稳定运行，各项指标均达到国家一级A标准，改善了沁阳市地表水环

境质量，提高了人们的生活质量，可为同类型污水处理厂工艺选择提供参考。