青海油田敦煌基地污水处理厂设计处理规模10 000m³/d,占地3.1hm²,于1994年和2006年进行了两次技术改造,釆用CASS工艺,出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)二级标准。运行中进厂污水氨氮、总氮浓度常年高于设计水质,致使出水不能稳定达标。2013年8月按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)标准的一级A标准进行技术改造,设计总处理规模为12 000m³/d,采用“基于芽孢杆菌为优势菌群的生物处理工艺”(简称“BC装置”)替代CASS处理工艺,增加了初沉池、二沉池、转盘滤布滤池及消毒单元;自2014年1月运行至今,出水水质满足GB 18918—2002一级A标准。

　　 参考当地气候和居民生活习惯,单位人口综合用水指标釆用170 L/(人·d)。根据规划,近期(2018年)和远期(2023年)本工程服务人口分别为6.74万人和7.94万人,服务面积20km²。污水收集分为老区和新区,老区污水经提升泵站后进入污水处理厂,新区污水自流至厂内。本项目技术改造污水处理规模按照近期(2018年)12 000 m³/d设计。

　　 根据污水常年水质监测确定进水水质。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)标准的一级A标准。主要控制指标见表1。

　　 2.1 原处理工艺流程

　　 老区进入调节池后自流至格栅间,新区污水在格栅间与老区污水混合后经提升至平流沉砂池、CASS池及消毒池后出水排放;污泥经带式压滤后外运。工艺流程见图1。

　　 2.2 改造后工艺流程(见图2)

　　 2.3 改造前后主要建构筑物(见表2)

　　 初沉池主要去除进水中不可降解无机物,以减少后续生物反应池的负荷,减少生化池池容。根据本厂污水进水情况,当进水主要指标高于设计值时,污水进初沉池;反之可考虑超越初沉池。主要设计参数见表3。

　　 BC装置处理单元包括混合池(由原CASS处理单元选择池改造)、BC装置成套设备(新增)、生化池(由原CASS处理单元曝气池改造)。

　　 混合池主要功能是调节进入BC装置的水量和水质并接纳二沉池回流污泥。池体利用原CASS选择池,设计为两组。

　　 通过生长在BC装置载体(聚乙稀基树脂PVDC制造而成的特殊网状盘面结构,孔隙率>97%,密度在0.05~0.06g/cm³)上形成以Bacillus菌为优势菌群的厚度约为5cm生物膜。同时在装置内配备微孔曝气设施,通过控制溶解氧实现生物膜内自养脱氮。

　　 运行过程中,通过载体上生物膜不断形成,在转盘上形成厌氧区和好氧区,生物体系在好氧区发生亚硝化反应,未反应的NH₃-N和生成的NO₂^--N进入内层厌氧区,进一步反应释放N₂,同时还有少量NO₂^--N进一步氧化生成NO₃^--N为微生物的生长提供必要电子。

　　 池体利用原CASS曝气池,设计为两组;顺水流方向池内溶解氧依次控制为0.2mg/L、0.4mg/L、0.6mg/L、1.0mg/L。

　　 本工艺中利用的芽孢杆菌,主要包括地衣芽孢杆菌、苛性芽胞杆菌、球形芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、浸麻芽孢杆菌等,对蛋白质、淀粉和脂肪有较高的分解能力。同传统的硝化、反硝化脱氮原理不同,Bacillus菌直接吸取胺(有机氮)、氨氮以及铵盐,为微生物所利用,从而进行脱氮,氮元素部分以有机氮的形式进入污泥中,并通过剩余污泥的排放从系统中去除,部分转化成氮气排入空气中。在限氧条件下,NH₃-N被好氧亚硝化菌氧化成NO^-₂-N,随后,目的厌氧氨氧化菌将产生的NH₃-N和NO^-₂-N以及痕量的NO^--₃-N转化为N₂。NO₂-N也可作为微生物合成时的电子供体,CO₂为电子受体,在这一过程中,NO^-₂-N被CO₂氧化成NO^-₃-N。

　　 在微生物的合成反应中,磷酸盐以磷壁酸形式进入Bacillus菌细胞壁中,最后通过剩余污泥的排放从系统中脱磷。Bacillus菌可将污水中的氨、氨盐、硫化氢等状态的物质吸收,去除了臭气产生成份,大大降低了系统臭气产生量。Bacillus菌在生长代谢过程中,分泌Bacitracin、Polymyxin、Tyrothicin、Circulin、Gramicidin等抗生素,可以溶解或杀灭处理水中的大肠杆菌及一般细菌等。根据优势菌种的生物特性和作用机理,池内Bacillus菌及其它微生物的协同作用,对污水中的有机物和氨氮、总磷进行有效地去除。

　　 BC处理单元主要设计参数见表4。

　　 由于本处理工艺除磷效率约50%,针对本项目进水总磷和出水排放标准限值,在生化池出水需增设化学药剂同步除磷投加装置。主要药剂PAC投加量为20mg/L。

　　 增设辐流式二沉池2座,主要设计参数见表5。

　　 增设转盘滤布滤池1座,滤布密实度为10μ以下。自然沉淀污泥沉积于池底,减少了滤布积泥量,延长过滤时间及减少反冲洗水量。对SS截留效果高于其他物理过滤。滤池尺寸L×B×H=9 m×4.75m×2.12m,单盘滤布通量为35m³/h,滤盘数量23组。

　　 消毒增设过水渠道,采用UV3800PLUS TM低压高强灯消毒。过水渠道尺寸L×B×H=9.2m×2.5m×2.3m,设计1组,灯管24根。

　　 污泥处理采用离心式浓缩脱水一体机,处理能力Q=35m³/h,脱水后泥饼含水率不大于80%,絮凝剂投配浓度1%~5%;最大干粉投加量3kg/h。

　　 由于Bacillus菌自带除臭功效,将二沉池回流污泥部分进入平流沉淀池,起到较好地除臭效果。除臭污泥回流量Q=2m³/h。

　　 根据2014年1月~2015年12月运行数据,各主要污染物进水、出水指标见图3。

　　 根据图3分析,BOD₅、COD、NH₃-N、TN和SS平均去除率分别为96.46%、92.52%、95.98%、82.28%、97.50%。

　　 本项目能耗核算自污水格栅井至紫外消毒后的出水池,改造前后设备装机容量见表6。

　　 根据表6,按照改造前后污水处理规模,处理单位污水装机容量分别为0.142kW和0.131kW。总体分析,尽管污水处理规模增大,实际单位污水处理装机容量略有下降。

　　 根据业主提供2010~2012年财务年报,污水处理成本约4.44元/m³。技术改造投资2 660万元,处理污水的改造投资为2 217元/m³。通过2014~2015年成本核算,改造后单位污水处理成本2.89元/m³。

　　 本项目采用“基于芽孢杆菌为优势菌群的生物处理工艺”(简称“BC装置”)替代CASS处理工艺,经过两年运行,管控方便,处理效果稳定达到GB 18918—2002标准的一级A标准。通过处理单位污水装机容量、建设投资及运行成本分析,本处理工艺具有节能效果好,单位投资适中,运行成本低等特点。作为西北地区特殊的自然条件,本项目稳定运行为该地区污水处理提标改造提供了较好技术路线选择。