【热点聚焦】东阳市污水处理厂提标改造——强化物化处理、后置反硝化生化处理、建造人工湿地

栏目导读

为响应节能减排、保护水环境的号召，我国大部分城镇污水厂相继启动了提标改造工程，对污水厂污染物的去除和物质能量利用提出了更高的要求。本栏目邀请浙江工业大学环境学院执行院长李军教授带领研究团队精选并深入剖析国内外污水厂不同工艺提标改造的经典案例，为国内同行业设计和工程技术人员提供参考。

1 基本情况和提标改造的必要性

1.1基本情况

东阳市污水处理厂位于东阳经济开发区服装工业园区内，占地为8.0×10⁴ m²，主要接收和处理主城区的生活污水及周围工业园区内的工业废水，处理规模为6万m³/d。其中一期规模为4万m³/d，主体工艺采用循环式活性污泥法（CAST工艺）；二期主体工艺采用非曝气反硝化生物滤池/曝气除碳硝化生物滤池（DN/CN生物滤池）。排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级B标准，出水排入附近的东阳江。进水中生活污水约占一半，工业废水以纺织、印染、电镀等为主，其污水处理工艺流程图如图1所示。2013年9月进水水质实测主要指标：COD_Cr为150~780 mg/L，BOD₅为70~190 mg/L，SS为85~140 mg/L，TP为0.8~1.5 mg/L，NH₄⁺-N为15~27 mg/L。

图1  东阳市污水处理厂原工艺流程

1.2提标改造的必要性及存在问题

管网建设的滞后、进水中工业废水含量较高、水质严重超标等问题，使得现有工艺排放达标率较低。由实际运行过程的长期监测数据可知，污水厂进水水质波动很大，特别是夜间瞬时排量较大，且雨天经常有大量地表污染物排入管网，对污水处理系统造成较大冲击负荷，影响生物处理效果。一期工程无初沉池，进水中的大量无机砂对生化系统造成较大影响，水解酸化池效果不明显。除此之外，一期CAST池在实际运行中运行参数有待改进，存在碳源不足、混合不均、排泥不畅等问题，无法保证TN的稳定达标。二期沉淀池效果不佳，DN滤池和CN滤池生化负荷过大且经常堵塞。这些问题使得出水水质不稳定，经常不能达标排放。

同时，随着国家城镇污水处理厂排放标准的不断提高，地方政府对环保要求越来越重视，为整治受纳水体钱塘江一级支流东阳江而对污水处理排放标准提出了主要水质指标达到地表水Ⅴ类水体的更高要求，且需结合滨河区域的景观，实现处理水的资源化利用。

因此，该厂为稳定达到新的排水要求必须进行提标改造，减少排水对当地自然生态环境的冲击，同时满足当地社会经济发展和居民需求。

2 提标改造技术路线及实施

2.1技术路线概述

为应对原水水质变化，特别是高工业废水比例，进水水质严重超标、可生化性较差、碳源不足、水解池效果小、主体工艺运行参数不合理、负荷过大等问题；同时，为尽量利用原有构筑物，减少投资。将一期水解酸化池改造为一期的混凝沉淀池和二期的A/O池，改造一期CAST池，同时将二期的DN滤池和CN滤池改造成一期的DN滤池，新建二期混合絮凝池。主要提高一期TN、SS和TP等的去除能力和二期生化负荷能力，并强化前段的物化处理、提升整个生化处理系统抗冲击负荷能力，使得污水处理厂出水能够稳定达到一级A标准。

另外，为消减污染物、改善东阳江水质、满足当地社会的景观需求、配合河道整治，在二级出水后新增生态氧化塘、砾石床、垂直流湿地、水平流湿地、表面流湿地、景观塘等生态处理工艺，进一步降低TN、TP和SS。

综合考虑原工艺存在的主要问题、运行成本、管理难易等，该污水处理厂的提标改造工艺流程如图2所示。

图2  东阳市污水处理厂提标改造工艺流程

2.2原污水处理厂主体工艺的改造

（1）对一期工艺的改造

一期水解池原为将进水中非溶解性有机物转变为溶解性有机物，将难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续生化段的处理，是一种介于好氧和厌氧之间的处理方法。但在实际运行中发现，由于进水中以印染废水为主的工业废水水量较大，水解水力停留时间约为10 h，水解酸化池浓度梯度太低，难以达到预期的水解作用。且一期无初沉池，进水含有较高SS浓度，无机砂类物质对后续CAST池造成很大影响。因此，将水解池一部分改造为一期的混凝沉淀池（水力停留时间为3.4h，有效水深为6.3 m），强化物化法去除非可溶性污染物及SS，降低对CAST池的影响。

一期主体工艺为连续流式循环活性污泥法CAST工艺，是在SBR工艺的基础上增加了选择器及污泥回流设施，并对时序做了一些调整，从而大大提高了SBR工艺的可靠性及效率。与常规SBR法相比，其最大特点是将SBR池分为三个区。生物选择区具有防止污泥膨胀，并可有效去除有机物和脱氮除磷的功能，且能够改善污水的可生化性；兼氧区具有催化脱氮和除磷以及形成从厌氧区到好氧区过渡的作用；主曝气区是CAST反应池的主要反应区，具有有机物降解、硝化、除磷的功能。由于现状CAST池内的缺氧区无法有效控制溶解氧，好氧区内未设置搅拌器以混合硝化液和进水，无法有效进行TN的去除；同时采用单点排泥，排泥能力不足，造成污泥龄过长，影响处理效果。因此，需改变CAST池工艺参数、调整运行周期、增加反硝化段时间，新增搅拌机强化泥水混合以提高生化反应效率，改造排泥系统，在缺氧区和好氧区间隔墙凿孔，改变一端进水方式为池内多点进水等。为确保一期工艺对TN的去除，一般设置后置反硝化。在改造中将原曝气生物滤池改为反硝化滤池（处理水量为4万m³/d，滤料高度为3 m，有效水深为4 m，滤速为1.77m/h，反硝化容积负荷为0.6 kg NO₃^--N/(m³·d)，反冲洗气洗强度为90 m/h，反冲洗气洗时间为20 min，反冲洗水洗强度为15 m/h，反冲洗水洗时间为25 min），并在低温下添加外碳源（乙酸）以强化脱氮。

（2）对二期工艺的改造

二期平流式沉淀池在实际运行中效果不理想，对其主体工艺DN/CN滤池造成较大的冲击负荷，超过设计标准，因此新建混合絮凝池（混合区水力停留时间为4 min、絮凝区水力停留时间为24 min、聚铁投加量为400~500 mg/L、阴离子PAM投加量为1~2 mg/L、投加氢氧化钠控制pH为9~9.5），强化前段物化处理效果，去除非可溶性污染物及SS。

二期主体工艺为DN/CN滤池，DN滤池为反硝化滤池，主要进行反硝化脱氮及实现部分有机物降解，并截留污水中的SS；CN滤池主要对NH₄⁺-N进行硝化，并吹脱DN滤池产生的氮气。但原设计生化负荷较小，对进水要求SS低，这与现状进水水质差别较大，在实际运行中造成经常性堵塞、反冲洗频繁、处理效果差等问题。因此在提标改造中放弃原DN/CN滤池而将原一期水解池一部分改造为二期的A/O池（水力停留时间为14.3 h），使得二期工艺在总体上形成A²/O，增加了生化负荷，提高了生化系统脱氮除磷的能力。

2.3人工湿地

污水处理厂尾水进入占地约为15 ha（1 ha=104 m²）的湿地公园进行生态处理，处理规模为6万m³/d，如图3所示。生态处理以生态氧化塘、砾石床、潜流湿地(潜流湿地包括垂直流、水平流湿地)、表面流湿地、景观塘等组成，如图4所示。

注：①污水处理厂；②生态氧化池；③植物砾石床；④垂直潜流湿地；⑤水平潜流湿地；⑥表面流湿地；⑦景观塘；⑧湿地出水口；⑨东阳江；⑩科教展示区

图3 东阳江滨湿地公园平面和剖面图

生态氧化塘由1座L型池构成，总长为150 m、长段宽为15 m、短段宽为49m、深为4 m，停留时间为5.6 h。进水在装有填料和种植水生植物并曝气的条件下，有机物和氨氮因进一步氧化和硝化而去除。砾石床长为50 m、宽为15 m、深为2.5 m，停留时间为0.75 h，起到进一步吸附、降解和过滤的作用。

垂直潜流湿地面积为4.5 ha，水力负荷约为1.33 m³/(m²·d)，水力停留时间为18h。水平潜流湿地面积为4.5 ha，水力负荷约为1.33 m³/(m²·d)，水力停留时间为14 h。表面流湿地面积为1.2 ha，水力负荷约5m³/(m²·d)，水力停留时间为7.2 h。湿地总体有机负荷为BOD₅约为3 g/(m²·d)。

垂直潜流湿地从上到下的填料设置：200 mm厚粒径为8~16 mm的覆盖层，800 mm厚2~6mm的粗砂和除氮填料，200 mm厚粒径为5~10 mm的砾石过渡层，200 mm厚粒径为20~30 mm的砾石排水层，最底层采用100 mm细砂，平整后铺设土工布和1.0 mm HDPE防渗。水平潜流湿地的填料设置：200 mm厚瓜子石覆盖层，800 mm厚20~30 mm砾石的防渗层，进水和出水2 m长度采用40~80 mm的砾石。

图4  人工湿地构造示意图

表面流湿地总长为870 m，采用300mm厚粘土后铺设膨润土毯防渗，再覆盖400 mm种植土。河道中心最深水深控制在1.5 m，两岸种植挺水植物，中心种植沉水植物。

垂直潜流湿地的植物选择芦竹、旱伞草、茭白、薏苡、纸莎草、香蒲、菖蒲、水葱、姜花等；水平潜流湿地植物选择水葱、茭白、姜花、香蒲、菖蒲、再力花等；表面流湿地植物选择美人蕉、芦苇、灯芯草、旱伞草、芦竹、千屈菜等，沉水植物选择苦草、菹草等。现场如图5所示。

图5 人工湿地现场图

为防止湿地堵塞，采取以下措施：曝气充氧预处理以减少进水有机物浓度和胞外聚合物的积累；人工湿地采用轮休轮作方式、湿地使用4~5年将表层填料进行翻出清洗；适当采用微生物抑制剂或溶菌剂。

3 改造效果

该厂通过提标改造，一、二期主体工艺出水经过纤维滤池及紫外消毒后，水质可稳定达到一级A标准，如某月实测均值COD_Cr≤30 mg/L、BOD₅≤7 mg/L、NH₄⁺-N≤1.0 mg/L、TN≤8.2mg/L、SS≤7 mg/L、TP≤0.4 mg/L，优于一级A标准。污水处理厂尾水通过人工湿地景观系统的处理后，出水主要指标COD_Cr≤10mg/L、BOD₅≤2.0 mg/L、NH₄⁺-N≤0.5mg/L、TN≤6.9 mg/L、TP≤0.24 mg/L，其中COD_Cr、BOD⁵、NH₄⁺-N达到地表水环境Ⅱ类水质标准，TP达到地表水环境Ⅳ类水质标准。除TN外，主要出水水质指标优于地表水环境Ⅳ类水质标准。

该厂主体提标改造投资约为561元/m³，提标改造前后该厂运行电能单耗分别约为0.24 kW·h/t和0.27 kW·h/t。人工湿地及生态景观部分投资约为2 248元/ m³，单位面积水力负荷约为0.4  m³/(m²·d)，估算运行管理费用约为0.23元/m³。

净水技术

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