中国城市建设研究院有限公司北京100120
摘要:白云鄂博矿区作为国家级的稀土基地，属于高寒地区,自然环境较为恶劣,同时也极度缺水。现状污水处理厂污水处理达标稳定性差，标准低，不能满足回用要求，造成水资源极大浪费，亟需进行技术改造。本工程实施规模5000m3/d，采用细化预处理、降低污水热损、优化加强生物处理及增加深度处理等一系列改造措施，使出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准；改造过程中最大限度的利用了原有设施，节省了工程投资。
关键词:技术改造；降低热损；强化生物处理；深度处理；污泥堆肥
DesignofTechnicalReconstructionProjectofTheSewageTreatmentPlantInAlpineArea
XuZhen-jun，HanYu
(ChinaUrbanConstructionDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.，Beijing100120,China)
Abstract:Asanationalrareearthbase,theBayanOboMiningAreahasaratherharshnaturalenvironmentandbelongstothealpinearea,atthesametime,isalsoextremelywater-scarce.Thecurrentsewagetreatmentplant,whichsewagetreatmentstandardisunstableandlow,resultinginagreatwasteofwaterresources,cannotmeettherecycledrequirements.Itisurgenttohaveatechnicalreconstruction.Theimplementationscaleofthisprojectis5000m3/d.Aseriesofreformmeasureswereadopted,suchasrefinementpretreatment,reductionofheatlossofsewage,optimizationandenhancementofbiologicaltreatmentandincreaseofdepthtreatment.TheeffluentqualitymetthefirstclassAcriteriaspecifiedintheDischargeStandardofPollutantsforMunicipalWastewaterTreatmentPlants(GB18918-2002).Intheprocessoftechnicalreconstruction,existingfacilitiesweremaximumlyusedandtheprojectinvestmentwassaved.
Keywords:technicalreconstruction;reductionofheatloss;enhancementofbiologicaltreatment;depthtreatment;sludgecompost
1工程概况
白云鄂博污水处理厂位于包头市白云鄂博东北部（地质道东侧），设计处理规模为5000m3/d，主要处理生活污水，原设计采用水解酸化+生物接触氧化工艺。设计出水指标为《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。污水厂2011年正式运行，从目前实际情况来看，污水处理达标（一级B）稳定性差，标准低，不能满足回用要求，除少部分回用，大部分直接排放，造成水资源极大浪费。
近几年，作为世界级稀土基地和国家级稀有金属矿业基地，白云鄂博矿区城市发展迅速，工业及城市绿化等需水量很大，污水经深度处理后回用可大大缓解本地区水资源紧张的局面，因此急需对现状污水处理厂进行提标改造。
本工程改造规模为5000m3/d，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
2进厂污水水质分析
污水处理厂原设计进厂水主要为白云鄂博矿区居民生物污水，根据目前污水厂进水实测水质资料，同时考虑到城区发展，确定本次设计进水水质如表1所示。
3改造方案技术重点难点
原设计工艺流程如下：
粗格栅→水解酸化池→生物接触氧化池→斜管沉淀池→排放；污泥通过气提输送至污泥脱水机房，脱水外运。针对现状工艺，本工程设计重点难点如下：
1）原工艺较为简单，预处理未设置细格栅及沉砂池，无法排除泥沙，造成后序生物池泥沙沉积，曝气头损坏严重，生物膜挂膜效果差。
2）高寒地区污水生物处理困难
常温条件下，微生物降解污水中污染物的最适宜温度范围为20-35℃，温度降低，微生物的增殖速度减慢，当温度降至中温菌的最低生长温度10℃时，细菌的新陈代谢活动极弱，甚至呈休眠状态，对污水中的有机物几乎起不到降解作用，严重影响污水生物处理效率。
白云鄂博冬季长达7个月，一月份平均气温－16.2℃，极端最低气温－35.1℃，平均海拔1605米。属于典型的高寒、干旱地区。
高寒地区污水处理工艺一直是技术难点和研究空白，如何解决此问题成为本工程的难点之一。
3）现状污水处理厂出水水质（一级B）不稳定
现状污水处理厂2011年正式运行，根据在线监测，出水水质不稳定，经常性氮磷超标，作为改造工程，如何在充分利用现状设施的前提下解决污水出水不稳的问题是本工程设计的重点。
4）中水回用水质要求高
现状污水处理厂出水少部分用于城区湿地公园补水和景观绿化，湿地公园夏季出现发黑、发臭及藻类繁殖问题，严重影响湿地公园景观效果及居民正常生活。要解决水体发黑发臭的问题，保证出水水质达到回用标准成为本工程重点。
4）污泥最终出路
现状污水处理厂污泥经浓缩脱水后，外运处置，不但造成了二次环境污染，对白云鄂博这种多山多石地区而言也是一种资源浪费，如何解决此问题，也成为本工程重点难点之一。
4改造方案介绍
4.1改造工程规模
经污水量预测，本次改造设计规模为5000m3/d，与原设计一致。
4.2改造思路
针对污水处理厂存在的问题，通过采用细化预处理、降低污水热损、优化强化生物处理、增加化学处理等一系列工程和管理措施，对污水处理厂进行技术改造，确保工艺运行稳定达标。
以确定的改造工艺为主线，对已安装设备进行全面摸查，满足使用要求的尽量利用，未安装的重新采购安装，已损坏或不适应新工艺的进行全部更换；对已损坏的建构筑物进行修缮加固，并根据工艺需要进行必要的改造。
1）细化预处理
为进有效去除进水中中小漂浮物和无机性泥沙，保证后续处理工艺稳定，本方案新建细格栅及旋流沉砂间一座。
2）优化强化生物处理
现状污水处理厂处理工艺前端采用水解酸化池，一是停留时间十几小时以上，冬季水温降低导致生化效果很差；二是生活污水可生化性很好，水解酸化池作用不大，同时还产生了大量的厌氧气体，臭味很大；三是出水指标不稳定，氮磷等间歇性超标。
为解决高寒地区冬季生物处理效果不佳的问题，本设计秉承改动最小，利用现状，减少投资的原则，对现状水解酸化池和生物接触氧化池进行改造。新处理工艺将现状前端水解酸化池+生物接触氧化池改为A2/O池［1］，强化同步脱氮除磷功能，保证现状设施一级B稳定达标，为进一步提高出水标准打好基础。
3）增加深度处理工艺
针对当地对回用水水质要求较高的需求，本工程设计出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
针对上述水质要求，结合污水厂建设用地紧凑的特点，本设计增加深度处理，采用高效沉淀池+滤布滤池+超滤工艺。
4）污泥资源化利用
本工程将污泥处置方案由现状的脱水后外运处置改为污泥堆肥，将其“资源化”利用，本方案不但解决了传统上污泥没有最终出路问题，也契合了白云鄂博矿区荒山造地、植树绿化的实际需求。
4.3改造工程方案设计
改造后的工艺流程如下：
粗格栅→细格栅及沉砂池（新建）→A2/O池（改造）→二沉池（改造）→高效沉淀池（新建）→滤布滤池（新建）→超滤系统（新建）→中水池→回用。
1）细化预处理
本方案预处理新建细格栅及旋流沉砂间一座。按远期规模设计。
细格栅去除污水中较大漂浮物，并拦截直径大于3mm的固体物，以保证生物处理及污泥处理系统正常运行；旋流沉砂池去除进水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的砂粒保证后续处理构筑物的正常运行。
旋流沉砂池采用圆形成套设备，水力停留时间＞30s，单台尺寸：直径D=1830mm，单台排砂量：7.8L/s。
2）拟制污水热量损失
为解决高寒地区冬季生物处理效果不佳的问题，通过以下四种方式解决：
由源头入手拟制污水热量损失
城区现状管线建设年代久远，老化严重，曲折迂回，流通不畅，热量损失大。对城区管网进行优化，使污水能在最短时间进入厂内，最大限度减小热量损失[2]。
改造现有水解酸化池
现状水解酸化池有效容积为3000m3，水力停留时间约为12h，无效停留时间过长，热损失严重。本方案通过前述改造，使污水提前进行生物处理，有效降低热量损失对生物处理的影响。
更换更易挂膜的立体弹性填料
通过此种方式保证生物池内活性污泥数量，相对提高低温环境下有效活性生物量。
增加生物池维护结构及池体保温
围护结构采用钢架结构，顶棚采用阳光棚；增加供暖设施；另外池壁四周均采用保温材料进行保温［2］。
4）深度处理段
本方案深度处理工艺采用采用高效沉淀池+滤布滤池+超滤工艺工艺，全部设置置于深度处理车间，深度处理车间采用门式钢架结构，平面尺寸为18×13m，布置紧凑节省占地。
高效沉淀池设计参数：设计参数：机械搅拌池有效容积：8.67m3(水力停留时间134S)；中间反应池有效容积：6.94m3(水力停留时间107.2S)；快速混合反应池有效容积：40.64m3(水力停留时间10.45min)；推流区有效容积：29.1m3(水力停留时间5.94min)；澄清区有效沉淀面积30.18㎡，设计上升流速8.26m/h；污泥回流比为2～5％。
滤布滤池与高效沉淀池合建［3］，设计滤速采用15m/h。滤布滤池安装在特别设计的混凝土滤池内，它的作用在于去除污水中以悬浮状态存在的各种杂质，保障后续超滤运行安全。
超滤总设计规模5000m3/d，共2套，每套超滤装置处理水量110m3/h，每套超滤装置含膜组件40支，共计80支膜组件，采用错流过滤，错流过滤时，超滤浓水排入地沟回流至前端预处理构筑物。
超滤出水经新建消毒后回用。
3）优化强化生物处理
首先，在现状水解酸化池增加隔墙，将其分割为厌氧段和缺氧段，并在厌氧段和缺氧段分别增设污泥回流管和好氧混合液回流管，使其与后端改造的好氧接触池形成完善的A2/O池处理系统；其次，在新的厌氧段和缺氧段增设潜流推进器和搅拌机，以解决现状水解酸化池污泥沉积并厌氧发臭的问题。
改造后生物池分为厌氧段、缺氧段和好氧段，设计停留时间分别为2.0h、4.2h和10.3h。同时强化了除磷脱氮做用。
4）污泥资源化利用设计
本污泥处置方案需建设钢结构堆棚厂房约700㎡，结构尺寸为16.5×14.0m+107×5.0m。本套系统主要有粗混（翻抛机、皮带输送机、提升混合系统）和粗混造粒（破碎机、筛分机、挤压对装机、抛光整形机、烘干机、自动包装机）两部分内容组成。主要工艺流程包括以下四步。
预处理
主要任务是调整水分和碳氮比，同时添加调理剂和额外营养，接种菌液以促进发酵过程正常进行。本设计采用的调理剂为木片。
一次发酵（主发酵）
主发酵主要在发酵仓内进行，靠强制通风来供给氧气。
二次发酵（后发酵）
对一次发酵工序未分解的易分解及较难分解的有机物进一步分解，变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。
后处理
最后对堆肥成品进行抛光整形，造粒装袋进行出售。
根据计算，当本污水厂处理规模达到5000m3/d时，日产含水率80%的污泥约为5m3/d，采用堆肥技术处理后，可日产肥料约10吨。
本方案不但解决了传统上污泥没有最终出路问题，也契合了白云鄂博矿区荒山造地、植树绿化的实际需求。
5结论
改造后污水处理厂已于2017年6月份正式投产运行，出水各项指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
本工程通过采用细化预处理、强化生物处理、降低污水热损失、增加深度处理等改造措施，污水处理厂出水达到设计目标，改善了白云鄂博水环境质量，同时提供了稳定的回用水源。此外，在水质达标的前提下，最大限度的利用了原有设施，节省了工程投资。
参考文献
[1]沈晓铃，李大成等.A2/O工艺在污水处理厂一级A提标改造中的应用.中国给水排水.2011,27(8):44-46
[2]滕文民，张爱华等.高寒地区城市污水处理厂的建设与运行.中国给水排水.2010,26(24):61-64
[3]龚希博，李翠梅等.高密度沉淀池/转盘滤池用于污水厂的提标改造.中国给水排水.2014,30(23):61-64
[4]给水排水设计手册，第五册，城镇排水（第二版）