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莆田市秀屿污水处理厂提质增效改造研究及其运行效果分析

2024-12-17 57 上传者：管理员

摘要：文章结合莆田市污水整治、近岸海域环境改善，采用“二次提升泵+絮凝澄清池+转盘滤池+次氯酸钠消毒”工艺对莆田市秀屿污水处理厂进行提标改造，并对该工艺的可行性、改造方案设计、改造前后运行结果以及尾水的达标性进行了分析，从完善污水收集系统、规范日常运行管理、推进节能降碳措施等方面，提出提质增效对策建议。改造后尾水排放满足一级A达标性，污水耗电量减少了0.32 kwh/t，可消减COD的排放量约为129.2 t/a，每年减排环境效益约为323万元。本研究可为国内同类污水处理厂提标改造提供技术参考。

关键词：
提标增效改造
水环境问题
污水处理厂
节能降碳
运行效果分析
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随着莆田市城市发展及工业水平的提高，生活污水和工业废水排放日益增多，污水处理厂对解决水环境问题发挥着至关重要的作用。然而，根据GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的要求，执行一级B的尾水排放，由于尾水中仍含有一定量的氮、磷等营养物质，存在导致部分受纳水体水质超标、城市内河水体黑臭、湖泊水体富营养化和近岸海域水质下降等问题，对水环境质量造成较为严重的影响[1-3]。为进一步改善城市水环境质量，避免污水处理厂出现“邻避效应”，需对污水系统进行提质增效，将污水厂的出水标准提高至一级A。

现在国内很多设计出水标准为一级A的污水厂基本采用了深度处理工艺，其中高效沉淀+反硝化脱氮工艺因同时具有去除SS、除磷脱氮的功能，且运行成本低,性能稳定而被国内多座污水处理厂广泛应用[4-5]。本文以莆田市秀屿区港城污水处理厂（以下简称“秀屿污水处理厂”）提标改造为例，对该污水处理厂提标改造工艺及治理成效进行分析。秀屿污水处理厂提标改造前BOD5、COD、SS、TP、TN出水水质均达到一级B标准排放，但不能满足一级A排放标准，需对污水处理厂进行提标改造，进一步提高二级强化污水生物处理难以达到的污染物处理率，并从污水收集系统、完善日常运行管理及推进节能降碳等方面对污水处理厂提质增效改造提出对策建议，以期为同类污水处理厂改造及系统运行优化提供技术参考。

1、提标改造方案分析

1.1工程概况

莆田市秀屿污水处理厂坐落于秀屿区东庄镇，污水厂设计日处理能力2.0万m3/d，分一、二期建设，日处理规模各1.0万m3/d。一级A提标改造部分处理规模2.0万m3/d，土建处理规模按3.5万m3/d。主要处理服务范围覆盖秀屿新城区和旧城区部分区域，笏石工业园区、木材加工区、上塘珠宝城和临港工业园区部分区域，东庄、埭头和东峤集镇区部分区域，服务区域面积达23 km2，服务人口约20万。处理工艺采用“格栅-沉砂池-氧化沟-二沉池”处理工艺，尾水采用紫外消毒工艺，提标改造前执行一级B排放标准。提标改造部分采用技术先进的“二次提升泵-絮凝澄清池-转盘滤池-次氯酸钠消毒”处理工艺，污泥处理采用带式滤机脱水技术，污泥脱水后含水率小于80%。尾水经秀屿港5-6#码头排入湄洲湾，出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

1.2污水处理存在的问题

秀屿污水处理厂现工艺采用具有良好的脱氮除磷的DE氧化沟二级强化处理工艺，其出水水质数值BOD5在16～17 mg/L、COD在34.2～36.2 mg/L、SS在16～17 mg/L、TP在0.607～0.707 mg/L、TN在16.3～17.8 mg/L，基本能达到一级B标准，但提标后无法满足一级A排放要求。为进一步提高污水生物处理难以达到的SS、TP和TN去除率，同时进一步去除有机物，除了需改进优化现有工艺，还需从以下几方面提高工艺运行成效。

1.2.1污水收集系统不够完善

对污水处理厂原有运行状况进行分析，其进水BOD5浓度偏低，导致C/N值偏低。这主要是由于秀屿区城市污水管网建设未完善，雨污分流不彻底，污水收集率仅为16%，而且建成区部分市政污水管道存在破损，导致实际接纳污水浓度较低[6]。同时，进水水质受雨季和旱季变化影响大，污水处理量保持在月平均5500～5700 m3/d，二期设计处理能力无法满足需求。由于实际进水水质大部分偏低，BOD5与COD不足，进水水质B/C偏低且C/N小于3，生物脱氮碳源略微不足，需补碳源加强生物脱氮能力。

1.2.2日常运行管理不够规范

该污水处理厂主要接纳生活污水以及部分工业废水，但不同企业的工业废水污染物成分和浓度各不相同，部分废水含有难降解的有机物或有毒有害物质，当这些污染物进入城镇污水管网，易引起污水处理厂生化系统处理效率降低[7]。此外，在污水处理厂运行管理时，对纳管企业废水排放时间、排放量及排放水质等信息掌握不够准确和全面，而且还存在偶有企业偷排污水的现象，无法对工艺运行状态及时进行调整，导致进出水水质明显波动。

1.2.3节能降碳措施不够有力

污水处理厂碳排放来源主要包含电耗和药耗[8]，经统计，国内相同处理工艺平均电耗约为0.42kwh/t[9]，本污水处理厂提标前平均电耗约为0.84kwh/t，节能空间较大。此外，按照设计进水水质BOD5/TP在25～30，采用生物除磷后出水TP能达到1.0 mg/L以下，但要满足新执行标准TP≤0.5mg/L的要求还存在一定差距。药耗方面，主要包括外加碳源、絮凝剂和助凝剂等，在污水处理过程中，如果没有针对性地对污水量或不同污水所需药剂进行管控，可能因药剂投放量过多而增加处理成本，还会影响污水处理效果[10]。

2、提质增效改造对策分析及方案设计

2.1对策分析

根据现有污水处理厂实际运行情况及提标改造要求,秉持技术可行性、经济合理性原则,充分利用现状设施，对处理工艺加以整治改造。综合考虑后期随着污水管网的建设完善等，进厂的污水浓度提高，其二级生物处理的处理效果也随之变化，改造措施主要是在二沉池后新增反应沉淀处理构筑物及滤池,通过混凝、沉淀、过滤，强化SS、TP和TN的去除效果，使其能够稳定达标。同时从以下几方面提高运行成效。

2.1.1完善污水收集系统

加快推进辖区污水收集管网建设，完善污水收集处理系统，进一步完善污水厂配套的相关基础设施建设，全面推进污水源普查和污水管网排查，重点排查范围覆盖学校、医疗、餐饮和小区等排水大户，强化城中村、老旧城区和城乡接合部污水截流、收集污水和雨污分流改造，完成城区74.8 km市政污水管网深度排查和建档工作，修复污水管线17.7 km，进一步提高污水收集率、进水浓度和处理率，平均进水量、进水COD浓度和进水BOD浓度分别提升44%、12%和8%。

2.1.2规范设施运行管理

建立工业企业管控清单，分类别对纳管企业实施分级管控。加强工业废水的排放管理，纳管企业要严格按照相关行业排放标准，根据各自产能和工艺情况，对污水进行预处理后方可排入污水处理厂。合理规划不同工业企业废水排放时间，充分利用废水成分来平衡进水水质的营养源，进一步提升治污效率。此外，对纳管企业的专用管道进行排查，及时发现并整改管道渗漏等问题，并结合重点企业排水在线监控系统监测情况，对纳管企业排水水质进行核实，对存在偷排、漏排等违法行为依法依规查处。提升污水处理厂运维水平，配备专业技术人员，建立“建、管、养、监”一体化长效机制。

2.1.3协同推进减污降碳

污水处理厂的运行阶段是碳排放的主要来源，结合“碳中和”理念，在减少废水排放对环境影响的同时，通过不同时期污水处理任务，强化监控设备应用，安装在线监控，及时掌握日均处理水量和吨水处理耗电量等数据，优化曝气量等运行参数，大幅度减少运行电耗[11]。加强进水水质全过程监测，利用污水中的潜在碳源（COD），合理控制药剂投加量，避免外加碳源等药耗增加运行成本，进一步促进减污降碳[12]。

2.2方案设计

2.2.1确定进、出水水质

根据污水厂出水水质要求执行GB 18918—2002一级A标准，结合进水水质现状，确定此次提标改造工程设计进水和出水水质以及处理效率（表1）。

表1 秀屿污水处理厂提质增效改造工程进水和出水水质要求

单位：mg/L

2.2.2设计工艺

⑴工艺流程设计

秀屿污水处理厂提标改造工程以“先源头控制，后强化处理；先功能定位，后单元比选；先优化运行，后工程措施；先内部碳源，后外加碳源；先生物除磷，后化学除磷”原则，根据现有工程进、出水水质特点和污染物处理程度，对部分处理设施进行改造，并增加污水深度处理工艺，确保尾水满足GB 18918—2002一级A标准排放。工艺流程设计见图1。

图1 秀屿污水处理厂改造工艺流程图

提标改造前污水处理工艺流程为“进水井+细格栅+旋流沉砂池+改良型Carrousel氧化沟+二沉池+紫外消毒渠+电磁流量计”，尾水指标满足一级标准B标准的要求，为使尾水达到一级标准A标准，提标改造的重点是进一步提高二级强化污水生物处理难以达到的SS、TP和TN去除率，同时进一步去除有机物。因此，设计增加了深度处理工艺，其中：对于TN的去除，为消除在二级处理强化阶段碳源不足问题，增加了反硝化脱氮工艺；对于TP的去除，增加了絮凝沉淀工艺；对于SS的去除，增加了过滤单元。改造后工艺为“进水井+细格栅+旋流沉砂池+调节池+氧化沟+二沉池+二次提升+絮凝池澄清池+转盘滤池+接触消毒池+计量槽”，同时，为了减少尾水中SS对尾水水体消毒的影响，消毒工艺由紫外线消毒改为次氯酸钠消毒。

⑵确定工艺运行参数

本污水厂提标改造工程生产构筑物包括：二次提升泵房、高效沉淀池、反硝化深床滤池、加药间、调节池。

相关工艺运行参数：乙酸钠碳源投加量17.2mg/L；氧化沟系统MLSS为4500 mg/L，污泥负荷为0.082 kg BOD5/(kg MLSS·d)，泥龄13.4 d；二次提升泵房平均设计流量取0.231 m3/s;PAC絮凝剂投加量38.6 mg/L,PAM助凝剂投加量3 mg/L；纤维转盘滤池设计每组流量2.0万m3/d；接触消毒池停留时间>30 min；调节池停留时间4.32 h。

3、提标增效改造前后运行效率对比

3.1.1减污效率

根据对秀屿污水处理厂2017—2022年的运行数据进行分析，提标改造前后出水水质的变化情况见表2。从表2、图2、图3可知：2018年10月采用高效沉淀+反硝化脱氮处理工艺提标改造后，从平均进出水水质来看，SS处理率由提标前的75.3%提高至93.8%,TN处理率由提标前的40.8%提高到66.6%;2020年以来TN处理率可以稳定达到70%,TP处理率由75.8%提高到91.6%,TP处理率可以稳定达到93%。

可见，该污水处理厂采用“二级生物处理的优化运行+高效沉淀+反硝化脱氮处理工艺”改造后，整体运行正常，对出水水质中难以达到一级标准A标准的SS、TN、TP的去除效果明显提高，且提标后出水水质的SS、NH4-N、COD、BOD5、TN、TP等指标均达到GB 18918—2002的一级A标准，所以，从运行实践上该提标改造工艺是可行的。

表2 秀屿污水处理厂提标改造前后出水水质的变化情况

图2 进出水TN含量及去除效果

3.1.2降碳效果

该污水处理厂提标改造工程采用“高效沉淀池+纤维转盘滤池+次氯酸钠消毒”工艺，处理过程中消耗的能源主要是水泵、过滤器等设备产生的电耗。提标改造后污水收集系统不断完善，污水处理量逐步提升，进一步提高了污水收集率、进水浓度和处理率；同时，在工艺方案选择、设备选型方面运用“四新技术”，运转中使工作点位于效率最高区；在优化操作管理方面，强化监控设备应用，各种设备均可根据污水水质、流量等参数自动调节运转台数和时间，通过采取以上措施，大大降低了整个污水处理厂的能耗，经测算本次提标改造工程前后单位污水耗电量由0.84 kwh/t降至0.52 kwh/t。

图3 进出水TP含量及去除效果

在污水处理厂正常运行，改造后出水水质标准提高的前提下，根据主要污染物总量减排核算情况，按2万m3/d处理量结合实际排放浓度，年可消减COD的排放量增加约129.2 t，消减NH4-N排放量提标改造前后相差较小。此外，参照福建省排污权核定与交易费用进行估算，提标改造后每年减排环境效益增加约为323万元，同时，秀屿污水处理厂尾水最终排入湄洲湾海域，提标排放可确保湄洲湾秀屿港水质稳定达到二类。

4、结论

通过分析秀屿污水处理厂的存在问题、提标改造工艺、运行效果和治理成效，发现通过完善污水收集系统、规范设施运行管理、采取“二次提升泵+絮凝澄清池+转盘滤池+次氯酸钠消毒”处理工艺达到减污降碳是可行的，既能解决现有污水处理厂运行存在的问题，又能确保工艺处理的出水水质排放满足GB 18918—2002一级A排放标准要求。工程建成投产后，进一步结合“碳中和”理念，该工艺处理污水耗电量减少了0.32 kwh/t，年可消减COD的排放量约为129.2 t，每年减排环境效益约为323万元，提高了污水处理厂的社会效益和环境效益，对攻坚城市内河水质超标、近岸海域海水水质等问题起到显著作用。

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