该项目主要处理来自合肥市区西北部陶冲污水收集系统的污水, 服务范围约48km²。目前已建规模5万m³/d, 实际处理水量已经达到6万m³/d左右, 主体工艺如下:粗格栅及进水泵房+化学强化一级沉淀+水解酸化+AAO生物池+二沉池+斜板沉淀池+接触氧化池+活性砂滤池+接触消毒池, 出水水质基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A标准。按照当地建设部门和环保部门的要求, 该项目规模需扩建至15万m³/d, 出水主要污染物指标达到《地表水环境质量标准》 (GB 3838-2002) Ⅳ类水体标准。

服务范围内工业企业较多, 预计工业废水含量约40%, 主要来自京东方6代线及8.5代线、海润光伏、利谱光电等光电企业排水。由于工业废水的源头治理的不断强化、收水系统未彻底实现雨污分流等原因, 实际进水水质与原设计进水水质偏差较大, 有机物浓度偏低, 营养物不均衡。前期阶段对目前实际进出水水质进行了全面分析, 调研了主要排污企业执行的污水排放标准和实际排水水质, 类比了合肥地区其他污水处理厂的进水水质, 预留了远期污染物浓度提升的空间, 最终确定本工程设计进水水质, 出水水质按照当地环保部门的要求执行。具体水质指标见表1。

一期工程2015年已经建成并投入运行, 目前的运行水量已经达到了6万m³/d, 其中工业废水量约2.7万m³/d, 工业废水占比约45%。针对工业废水中可能含有的难降解有机物, 既有工艺在预处理系统中考虑了强化一级沉淀和水解酸化, 并在深度处理中设置了悬浮填料接触氧化工艺。实际运行3年多以来, 这3个工序基本都处于超越状态, 出水COD指标一直稳定在30mg/L以下。主要原因在于, 源头工业废水主要来自光电行业, 由于近年来光电行业生产工艺的不断优化和产业升级, 排放污水中难降解有机物含量大幅度降低, 不足以影响下游城镇污水处理厂出水稳定达标排放。因此扩建工程暂不考虑难降解有机物的强化去除工序, 仅在总体布置时预留远期建设用地。

分析一期工程当前的实际进出水水质, 在进水TN为18～35mg/L的前提下, 出水TN指标基本能够达到10mg/L以下, 去除率可达70%以上, 现状AAO生物处理工艺取得了比较理想的脱氮效果。对照设计进出水水质中规定的TN指标, 提标扩建以后需要将TN由50 mg/L降至5 mg/L以下, 去除率要求达到90%以上。强化脱氮是提标扩建需要重点关注的问题, 设计阶段采用活性污泥和生物膜两段强化生物脱氮, 活性污泥工艺采用“厌氧+缺氧+好氧+后置缺氧+后置好氧”组成的五段AO强化脱氮, 确保脱氮率达到80%以上, 出水TN控制在10mg/L以下;后续生物膜工艺分别采用上向流反硝化滤池或反硝化V型滤池确保出水TN控制在5mg/L以下。

针对出水水质中规定的BOD和NH₃-N指标, 采用活性污泥工艺, 通过合理的停留时间、适当的污泥浓度和足量的曝气, 可确保出水水质稳定达标。出水SS要求≤10mg/L, 通过简单的过滤即可满足要求。

提标改造工程在预处理系统增设了细格栅, 避免了细碎漂浮物对后续处理设施的影响, 将现状的AAO生物池改造成为五段AO生物处理工艺强化生物脱氮功能, 将现状深度处理系统的接触氧化池改造成为上向流反硝化滤池, 确保出水TN达标排放, 一期工程出水与扩建工程混合后统一排放, 其余设施均利用现状建构筑物。工艺流程如图1所示。

扩建工程预处理系统包括粗格栅及进水泵房和细格栅及曝气沉砂池, 生物处理系统采用五段AO生物处理及圆形周进周出二沉池, 深度处理系统采用高效沉淀池及反硝化V型滤池, 接触消毒池出水与一期工程混合后外排。工艺流程如图2所示。

提标改造工程将AAO生物处理池改造成为五段AO生物处理系统。现状生物池厌氧区停留时间1.8h, 缺氧区停留时间6.5h, 好氧区停留时间12h, 硝化液回流比300%。好氧区分为4个廊道, 改造最后一个廊道为后置缺氧区和后置好氧区, 后置缺氧区停留时间2h, 后置好氧区停留时间1h, 改造完成后主好氧区停留时间调整为9h。增加后置缺氧区碳源投加点位, 硝化液回流泵调整至主好氧区末端。

提标改造工程将现状接触氧化池改造成为升流式反硝化滤池。现状接触氧化池位于深度处理系统的混凝沉淀和连续流砂滤之间, 允许的最大水头损失为2.3m, 需要选择水损较小的反硝化滤池形式。构筑物长41m, 宽31m, 池深7m, 池深和容积满足改造成反硝化滤池的基本要求。本工程选用升流式反硝化滤池, 主要结构形式如图3所示。

填料采用10～40mm球形卵石、火山岩复式生物介质, 填料深度约4m, 上升流速3.95m/h, 硝酸盐容积负荷1.5kg/ (m³·d) 。采用气水反冲洗模式, 气洗强度85m³/ (m²·h) , 水洗强度15m³/ (m²·h) , 反洗周期12～24h。硝态氮去除量5mg/L, 乙酸钠投加量100mg/L (25%含量) 。改造工程将5组反硝化滤池、反洗水池、反洗水集水池和设备间全部布置在现状的接触氧化池内, 布置形式如图4所示。

扩建生物处理系统总规模10万m³/d, 考虑到处理水量逐渐增长的因素, 为方便运行调控, 生物池按照4个系列布置, 单组设计规模2.5万m³/d, 采用“厌氧+缺氧+好氧+后置缺氧+后置好氧”的五段AO强化脱氮工艺。总停留时间16h, 其中预缺氧段0.5h, 厌氧段1.5h, 缺氧段5h, 好氧段7h, 后置缺氧段1.5h, 后置好氧段0.5h;气水比6.5∶1;污泥浓度4.0g/L, 消化液回流比300%, 外回流比100%;污泥产率系数1.1kg DS/kg BOD₅。生物池平面布置如图5所示。

受厂区用地的限制, 生物池单组呈长条型布置, 池长140m, 宽21m, 有效水深6m, 设置4个廊道。厌氧区、缺氧区全部采用廊道式推流布置形式, 通过合理设置潜水推流器有效避免污泥沉降。厌氧区前设置了短暂的预缺氧区, 利用部分进水中的有机物消耗回流污泥中的溶解氧, 强化生物除磷功能。

扩建工程的深度脱氮工序采用了具有反硝化功能的V型滤池工艺, 同时具有除磷功能。填料采用球形陶粒, 有效粒径2.5mm, 滤层厚度1.8m, 承托层采用30cm厚的砾石。正常滤速7.68m/h, 强制滤速9.22m/h, 硝酸盐容积负荷1.0kg/ (m³·d) 。反洗周期按照24h考虑, 反冲洗过程为:降水位+气洗+气水联合冲洗+水洗 (含表面扫洗) , 气洗强度90m³/ (m²·h) , 水洗强度20m³/ (m²·h) , 表面扫洗强度7.68m³/ (m²·h) 。硝态氮去除量5mg/L, 乙酸钠投加量100 mg/L (25%含量) 。除磷量0.7mg/L, PAC投加量25 mg/L (AL₂O₃含量10%) 。反硝化V型滤池主体结构如图6所示。

反硝化V型滤池与传统V型滤池结构相似, 主要调整了滤料类型及厚度、增加了防止滤料流失的措施、更换了滤头类型、补充了驱氮系统、增加了同步除磷功能。

提标扩建工程正在建设, 概算总投资4.23亿元, 其中第一部分工程费2.57亿元, 包括土建工程1.61亿元, 设备费0.76亿元。单位水量耗电0.36kW·h/m³, 单位水量经营成本约0.98元/m³。

(1) 在出水TN要求月平均值小于5 mg/L的前提下, 针对工业废水含量较少的城镇污水处理厂, 采用活性污泥和生物膜两段联合强化深度脱氮工艺, 可作为保障出水TN稳定达标的可靠方案。

(2) 上向流反硝化生物滤池水头损失远低于深床滤池和V型滤池, 特别适用于水头损失受控的提标改造项目。采用火山岩填料, 粒度大、厚度大、空隙率大, 能够容纳的悬浮物总量多, 具有较大的脱氮负荷和较长的反洗周期, 对进水悬浮物含量要求较低, 运行成本较低。但出水悬浮物浓度较高, 在满足高排标准时需辅以简单的过滤措施。

(3) 与反硝化深床滤池对照, 反硝化V型滤池恒水位运行, 削弱了因跌水增加的溶解氧对反硝化脱氮的负面影响;采用陶粒作为填料, 在粒径基本相同的前提下, 孔隙滤更高, 可容纳的反硝化细菌总量更多, 脱氮能力更强;采用了结构形式更为简单的滤板和滤头, 降低了施工难度;反洗过程中增加了表面辅助扫洗, 节省了反洗水量, 降低了能耗。此外, 在进水中少量投加混凝剂, 采用接触絮凝的方式实现化学除磷, 在达到相同除磷效果的前提下, 可从总体上降低混凝剂的投加量。采用V型滤池形式的反硝化脱氮工序, 兼具过滤和除磷功能, 可作为高排标准下城镇污水处理厂的末端保障工艺之一。