北京市房山区某污水处理厂二期工程于2013年9月获得北京市房山区发展和改革委员会签发的项目核准批复。按照北京市环境保护局、北京市质量技术监督局于2012年5月28日联合发布的新的北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》 (DB 11/890-2012) 中的规定, 自2012年7月1日起, 排入北京市Ⅱ、Ⅲ类水体的新 (改、扩) 建城镇污水处理厂基本控制项目的排放限值执行表1中的A标准。由于该厂二期工程的受纳水体———刺猬河属于Ⅲ类水体, 因此该污水处理厂二期工程出水必须达到DB 11/890—2012表1中的A标准。

污水处理厂二期工程设计规模为4万, 进水以生活污水为主, 收水范围与一期工程相同。设计中进水水质这一基础数据的确定是否合理, 直接关系到工艺流程的选择, 也关系到处理构筑物及设备参数选择的合理性, 进而影响出水水质。

本工程设计中, 对该厂一期工程近3年的进水水质进行统计分析, 同时结合现状情况, 既考虑到区域发展可能带来的水质变化, 又避免因保证率取值过高而导致的处理设施和设备配置过大所造成的浪费, 最终确定的进出水水质见表1。

将出水执行标准与集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 (即地表水Ⅲ类水体) 水质标准进行对比, 除SS在《地表水环境质量标准》 (GB 3838—2002) 中未作明确要求, 以及对出水总氮指标有所放宽外, 其余指标均与地表水Ⅲ类水体标准持平, 可谓国内最严格的污水排放标准。

在设计中, 对进出水水质特点进行了充分比较论证, 明确了如下设计原则:

(1) 二级生物处理工艺必须采用具有深度除碳、脱氮、除磷功能的生物处理工艺, 力争在二级处理段全部解决氮 (TN、NH₃-N) 的问题, 绝大部分解决碳 (COD、BOD₅) 的去除, 兼顾解决部分磷 (TP) 的去除。

(2) 必须设置深度处理工艺, 着重解决经前序工艺处理后水中残余的污染物, 如:TP、SS、COD, 同时还应有脱色、消毒功能。

(3) 在确保出水水质达标的前提下, 兼顾工艺运行的稳定性和灵活性、操作管理的方便性, 并尽可能节约投资和运行成本。

经过对各种工艺的充分比选, 最终确定了如图1所示的工艺流程。

对一期工程粗格栅及进水泵站进行改造, 更换2台格栅机, 增设3台潜水离心泵 (2用1备, 2台变频) 。格栅宽度800mm, 栅条间隙20mm;潜水泵单泵流量1 083m³/h, 扬程14.5m。

一期工程预处理阶段未设置沉砂池, 污水经进水泵提升后进入栅隙宽度为1 mm的转鼓式细格栅, 然后直接进入后续处理流程。经多年运行, 转鼓细格栅栅条损坏严重, 影响了其截留效果。二期工程细格栅间及曝气沉砂池将对一期工程污水一并进行处理, 处理后出水分两路, 分别进入两期工程后续处理流程。细格栅间与曝气沉砂池连建, 为地上式构筑物。平面尺寸41.4m×10.6m。

(1) 细格栅间。设4条渠道, 选用转鼓式格栅除污机, 格栅后配套无轴螺旋输送压榨机1台。根据格栅前后水位差或定时控制细格栅和输送压实机联动运行。栅渠宽度1.5m, 栅条间隙3mm, 安装角度35°。

(2) 曝气沉砂池。曝气沉砂池分2池。水力停留时间6min, 水平流速0.1m/s, 单位供气量0.1~0.2 Nm³/m³。池上设桁车式吸砂机2台, 单台跨度3.6 m, 吸砂泵2台, 单泵流量20m³/h, 扬程10m, 砂水分离器2台, 罗茨鼓风机3台 (2用1备) , 风量5.5m³/min, 压力3.9m。

将生物池与回流及剩余污泥泵站合建, 平面尺寸约80 m×75.3m, 有效水深6m。

生物池分2组, 每组按预缺氧区/厌氧区/缺氧区/好氧区/后缺氧区/好氧区的顺序布置各池体。混合液由第一好氧区回流, 在厌氧区和缺氧区均设置了混合液内回流点, 在预缺氧区、厌氧区、缺氧区、后缺氧区均设置了进水点, 方便根据进水水质的变化灵活调整进水点和内回流点, 污泥由二沉池经回流污泥泵提升回流至预缺氧区, 剩余污泥由剩余污泥泵排放至污泥处理系统, 外加碳源投加至后缺氧区。非曝气区设水下搅拌器, 曝气区设穿孔曝气管。

混合液回流比300%, 设混合液回流泵 (墙洞泵) 6台 (4用2备) , 单泵流量1 250m³/h, 扬程1.2m;污泥回流比100%, 设回流污泥泵5台 (4用1备) , 单泵流量460m³/h, 扬程5m;剩余污泥泵2台 (1用1备) , 单泵流量70m³/h, 扬程12m。

采用辐流式周进周出二沉池2座, 单池直径36m, 每池设中心驱动单管吸泥机1台。最大表面负荷1.06m³/ (m²·h) 。

为满足深度处理及尾水排放的水力要求, 在二沉池后设置二次提升泵站1座。为节省用地, 将二次提升泵站与深度处理的混合、絮凝池、高密度沉淀池合建。泵站内设潜水离心泵4台 (3用1备, 全部变频) , 单泵流量Q=722m³/h, 扬程6m。

高密度沉淀池分为2池, 每池前端均设置机械混合池1座、机械絮凝池3座, 机械混合池混合时间60s, 机械絮凝池总絮凝时间15.1min, 高密度沉淀池斜管区上升流速7.93m/h。

底泥排放和回流泵房与高密度沉淀池合建, 内设污泥螺杆泵6台 (4用2备) , 单泵流量20~80m³/h, 扬程20m。

净水间内设置压力式超滤膜组件10组, 膜孔径0.03μm;在膜组件前设置自清洗过滤器3套, 过滤精度200μm对污水处理厂二级出水进行精细过滤;反冲洗废水排入厂区污水系统;超滤膜出水先进入储水池再进入后续流程, 储水池为厂区回用水和膜池反冲洗水提供水源。

臭氧接触池与巴氏计量槽合建, 臭氧接触池为加盖封闭池体, 有效水深6m, 接触时间30min, 臭氧投加浓度为16mg/L。

鼓风机房与变配电站合建, 内设多级离心鼓风机3台 (2用1备) , 均变频调速, 总供气量13 500Nm³/h, 风压6.7m。

综合加药间设在超滤膜净水间内, 设置两种药剂的投加系统:PAC投加系统和碳源投加系统。

(1) PAC投加系统。化学除磷及深度处理絮凝剂采用液体PAC, 商品浓度为10%, 投加浓度为5%, 投加量为55mg/L (液态商品计) , 投加泵采用气动隔膜计量泵, 投药点设置在机械混合池。

(2) 碳源投加系统。采用乙酸钠作为补充碳源, 固态商品乙酸钠的纯度为60%, 投加浓度为10%, 投加量为245mg/L (固态商品计) 。投加泵采用气动隔膜计量泵, 投加点在生物池的后缺氧区。

粉末活性炭最大设计投加量为30 mg/L, 采用一体化制备投加装置, 干式投加, 通过水射器投加至机械混合池。臭氧最大设计投加量为16 mg/L, 设臭氧发生器2套, 不设备用, 采用流量比例控制臭氧发生量和投加量。

一期工程污泥处理工艺采用的是污泥调节池+带式浓缩脱水一体机工艺, 运行中经常发生浓缩机浓缩效果不佳, 导致药剂投加量增大和脱水机出泥含水率不达标的情况。二期工程借鉴了一期工程的经验教训, 采用了重力浓缩+带式浓缩脱水一体机工艺作为污泥处理工艺。

本工程污泥干固量为9 227kgDS/d, 浓缩池进泥含水率为99.5%, 脱水机进泥含水率为98%, 脱水机出泥含水率为80%。

设置辐流式浓缩池2座, 单池直径10 m, 固体负荷为58.74kgDS/ (m²·d) , 每池上设中心传动栅耙污泥浓缩机1台, 脱水机进泥采用污泥螺杆泵, 设置3台 (2用1备) , 单泵流量30m³/h, 扬程25m。

污泥脱水机房内设带式浓缩脱水机2台, 单台能力30m³/h。配套设备包括冲洗水泵、空压机、絮凝剂制备装置、加药螺杆泵及螺旋输送机等。

采用全流程除臭工艺。除臭系统由微生物培养系统和除臭污泥投加系统组成。该工艺利用微生物填料培养出高效除臭微生物, 将含高效除臭微生物的污泥回流至污水处理厂预处理段, 除臭微生物与水中的恶臭物质发生吸附、凝聚和生物转化降解等作用, 使污水处理厂各构筑物恶臭物质在水中得到去除, 实现了污水处理厂恶臭的全过程控制。

微生物培养系统由微生物培养箱、生物填料和供气系统组成, 培养箱内安装AB组合填料, 培养箱供气管道就近接自生物池曝气管道, 溶解氧控制在0.15~0.5 mg/L。除臭污泥投加系统包括除臭污泥泵和污泥管道, 除臭污泥投加量为生物池进水量的2%~6%, 可根据实际运行情况适当调整。

生物培养箱布置在生物池的厌氧、缺氧段, 空气由好氧段空气干管提供, 除臭污泥回流泵设置在回流及剩余污泥泵站, 除臭污泥通过管道回流至粗格栅前进水井。设除臭污泥回流泵2台 (1用1备) , 单泵流量70m³/h, 扬程12m。

(1) 预处理段选择了粗格栅、进水提升泵站、细格栅、曝气沉砂池工艺, 主要作用是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物, 从大块垃圾到颗粒粒径为数毫米的悬浮物。由于本工程进水SS浓度不是很高 (170mg/L) , 进水C/N比仅为2.83, 为尽可能为后续生物处理段保留有效碳源, 本工程预处理段未设置初沉池。

(2) 二级生物处理工艺采用了具有深度除磷脱氮功能的五段Bardenpho工艺, 并对该工艺进行了如下改良设计: (1) 在厌氧区前增设预缺氧区, 按预缺氧区-厌氧区-缺氧区-好氧区-后缺氧区-好氧区的顺序布置各池体, 回流污泥进入预缺氧区, 从而消除了硝酸盐对生物除磷的不利影响; (2) 采用多点进水:在预缺氧区、厌氧区、缺氧区、后缺氧区均设置了进水点, 方便根据进水水质灵活调整进水点和各点进水量, 从而提高原水中碳源的利用率, 降低外加碳源使用量, 外加碳源投加点设置在后缺氧区前端; (3) 采用多点混合液回流:在厌氧区和缺氧区设置了混合液内回流点, 混合液自第一好氧区末端回流, 可根据进水水质灵活调整回流点及回流量。

(3) 深度处理工艺采用混凝+高密度沉淀池+超滤膜+臭氧工艺。该工艺集化学除磷、高效去除残余SS和COD、脱色、消毒等多种功能于一体。 (1) 除磷药剂投加至机械混合池, 高密度沉淀池部分污泥也回流至机械混合池, 有效增加了絮体的凝聚核心, 促进了粗大密实絮体的形成, 为高效分离提供了有利条件; (2) 粉末活性炭投加至机械絮凝池, 投加点空间的后移导致了投加时间的滞后, 从而有效避免了混凝剂与水中溶解性污染物质对活性炭表面的竞争吸附, 有利于充分发挥活性炭的吸附效率; (3) 斜管沉淀池的池型有效提高了沉淀效率, 节约了占地, 在厂区用地紧张的情况下为其他构/建筑物的布置赢得了空间; (4) 压力式超滤膜车间的设置有力保障了对前序工艺出水中残余SS和高分子COD的高效截留, 超滤膜对细菌、病毒亦有良好的去除效果。压力式超滤膜形式的选用在有效节约占地的同时很好地改善了车间的操作环境; (5) 臭氧工艺是保障出水COD达标的最终屏障, 同时对水的色度也有相当好的去除效果。

(4) 重力浓缩池的固体负荷选择了规范规定的上限[60kgDS/ (m²·d) ], 既起到了预浓缩的作用又有调蓄来泥流量不均匀性的作用。运行实践表明, 该污泥处理工艺运行稳定, 处理效果良好, 既节省了药剂又保证了脱水后污泥含水率稳定达标。

该污水处理厂二期工程于2015年9月21日正式运行 (之前经过了28天的调试) , 实际运行中未投加粉末活性炭。

2016年该厂二期工程处理水量统计分析见表2, 进水水质统计结果见表3。

由表2、表3可以看出:实际处理水量已达到设计规模, 进水各项水质指标与原设计值较为吻合, 该厂的运行不存在所谓“大马拉小车”的问题。

工程2016年逐月实际出水水质见表4;对2016年逐日实际出水水质进行数理统计分析, 结果见表5。

实际运行结果显示, 该厂二期工程出水各项指标全年稳定达标, 成功达到了深度高效去除各类污染物的目的。自正式投产运行以来, 泵、鼓风机、搅拌器、曝气器、臭氧发生器、超滤膜系统、污泥脱水系统等主要设备未出现过故障, 运行稳定正常。自动化和仪表设备运行正常, 自动化程度较高, 方便了生产运行和维护管理, 大大降低了工人的劳动强度。

北京市房山区某污水处理厂二期工程出水水质指标执行《城镇污水处理厂水污染物排放标准》 (DB11/890-2012) 中的A标准。处理工艺采用改良型五段Bardenpho二级生物处理工艺, 结合混凝+高密度沉淀池+超滤膜+臭氧的深度处理工艺。一年多的运行实践表明, 该工艺处理效果良好, 系统运行稳定, 无论寒暑出水各项指标均达到了设计要求。

该污水处理厂二期工程投产以来, 极大地改善了刺猬河流域的水体水质, 取得了显著的环境效益和社会效益, 得到了房山区水务局、房山区环保局以及业内专家的高度评价, 并为出水执行高标准的污水处理厂设计提供了成功范例。