PACT工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水污水處理廠的節(jié)能環(huán)保提標(biāo)改造

福建長(zhǎng)樂(lè)潭頭污水處理廠存在二沉池沉降性能差、現(xiàn)有氧化溝工藝生物處理效果不佳等問(wèn)題，從節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā)，提出將原有的“水解酸化+改良型Carrousel 氧化溝+濾布濾池”工藝改造為可投加粉末活性炭的PACT工藝，并增加“高效沉淀池+V型濾池+濾布濾池”深度處理工藝。正式投入運(yùn)行之后，出水各項(xiàng)指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

生物活性炭法（powdered activated carbon treatment，PACT）是指曝氣池前（或曝氣池內(nèi)）投加粉末活性炭與回流的污泥混合，一起完成對(duì)曝氣池廢水中有機(jī)污染物處理的過(guò)程，在粉末活性炭的吸附作用以及生物再生作用下，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行去除。楊春維等對(duì)比了PACT和序列間歇式活性污泥法（SBR）處理糠醛廢水的工藝參數(shù)和去除效果，結(jié)果表明，PACT工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)、污泥沉降性能好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)PACT工藝在對(duì)實(shí)際廢水和模擬廢水的降解試驗(yàn)中，與活性炭吸附法、活性污泥工藝相比具有較大的優(yōu)勢(shì)。處理實(shí)際廢水時(shí)，PACT工藝對(duì)CODCr的去除率比活性污泥法高10%左右，比活性炭吸附法高18%左右；處理模擬廢水時(shí)，PACT工藝對(duì)染料的去除率比活性污泥法平均高50%，比活性炭吸附工藝平均高5%。

1 項(xiàng)目背景及提標(biāo)改造前運(yùn)行情況

福建省某污水處理廠工程規(guī)劃總規(guī)模為17.0×10⁴ m³/d，一期、二期已建規(guī)模為6.0×10⁴ m³/d。主體工藝為“水解酸化+改良型Carrousel 氧化溝+濾布濾池”，尾水采用成品次氯酸鈉消毒工藝，污泥采用板框壓濾脫水機(jī)進(jìn)行深度脫水至60%含水率后外運(yùn)填埋處置。一期工程于2014年12月開(kāi)工建設(shè)，2015年7月完成土建并進(jìn)入通水調(diào)試階段，2016年4月進(jìn)入試運(yùn)行階段，2016年6月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。二期工程于2015年9月開(kāi)工建設(shè)，2015年12月完成土建并進(jìn)入通水調(diào)試階段，2017年3月進(jìn)入試運(yùn)行階段，2017年10月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，工程設(shè)計(jì)規(guī)模為6.0萬(wàn)m3/d，一次建成，要求提標(biāo)改造后出水各項(xiàng)指標(biāo)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

表1為該污水處理廠設(shè)計(jì)與實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)。如表1所示，污水處理廠實(shí)際平均出水水質(zhì)濃度符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中規(guī)定的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)，并且實(shí)際平均進(jìn)水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。

2 目前污水處理廠運(yùn)行中存在的問(wèn)題

該污水處理廠自投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行正常，各項(xiàng)出水水質(zhì)指標(biāo)基本達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，運(yùn)行存在以下問(wèn)題。

（1）目前接入管網(wǎng)的污水基本為印染企業(yè)污水站處理后間接排放的污水，生活污水量占比極少，雖然來(lái)水水質(zhì)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)限值內(nèi)，但由于進(jìn)水絕大部分為印染廠排水，工業(yè)廢水與生活污水的比例與原設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)，實(shí)際進(jìn)水的B/C為0.2左右。且印染企業(yè)采用原料助劑為活性染料，屬于印染廢水中難處理的物質(zhì)，導(dǎo)致污水廠進(jìn)水顏色多變、成分復(fù)雜，含有大量的表面活性劑，可生化性極差。如何提高進(jìn)水B值、降低色度以及減少出水中不可生化的CODCr，是本次提標(biāo)的難點(diǎn)及重點(diǎn)所在。

（2）由于進(jìn)水中含有大量的工業(yè)廢水，污泥絮凝性、沉降性能差，目前靠在生物池投加絮凝劑作為核體強(qiáng)化污泥凝聚效果，改善在二沉池的沉淀性能，但二沉池沉降分離效果仍不理想，導(dǎo)致后續(xù)濾布濾池工段的運(yùn)行受到很大的影響（出水量小、堵塞、難以清洗等），現(xiàn)有濾布濾池已難以維持正常運(yùn)行。

（3）分別在一期、二期工程處設(shè)置尾水蓄水池，污水處理廠尾水為漲落潮間歇式外排。根據(jù)現(xiàn)有的廠區(qū)布置情況，提標(biāo)改造對(duì)象為一期、二期尾水，需要尾水統(tǒng)一引至深度處理系統(tǒng)，再引回至尾水蓄水池。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

污水處理廠提標(biāo)改造工程出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，在三門閘下游感潮河段設(shè)置尾水排放口，間歇式排放，待海水退潮時(shí)污水處理廠尾水乘潮排放（低潮位下），最終受納水體為海洋。表2為提標(biāo)后污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)及其去除率。

3.2 設(shè)計(jì)方案

提標(biāo)改造前污水處理廠原工藝流程為“粗格柵及進(jìn)水泵房→細(xì)格柵及曝氣沉砂池→水解酸化池→改良型Carrousel-2000氧化溝→二沉池→濾布濾池→接觸消毒池→蓄水池→尾水泵房排海”，污泥處理采用“污泥濃縮+調(diào)理改性+板框壓濾”工藝。

對(duì)比《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級(jí)A和一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，可知一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)在CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP、SS方面均有更嚴(yán)格的要求。根據(jù)工藝原理，氨氮、TN的強(qiáng)化去除只能采用生化方法，CODCr、BOD5的強(qiáng)化去除有生化方法和以物化為主的深度處理方法，SS的強(qiáng)化去除只能依靠深度處理，而TP的強(qiáng)化去除可采用生化方法和化學(xué)方法。

綜合考慮本工程的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有工藝的運(yùn)行情況，本次提標(biāo)改造工程在現(xiàn)有的“預(yù)處理+二級(jí)生化處理”基礎(chǔ)上增加“三級(jí)深度處理”工藝，最終形成“預(yù)處理+強(qiáng)化二級(jí)生化處理+三級(jí)深度處理”的工藝流程，確保出水水質(zhì)中的主要污染物指標(biāo)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 PACT工藝分析與方案鑒定

由于本項(xiàng)目印染廢水中的多環(huán)和雜環(huán)類化合物，普通的活性污泥生物法處理后，出水指標(biāo)難以達(dá)標(biāo)且污泥沉降性能較差，PACT對(duì)于此類污染物卻有較好的處理效果。

在生化進(jìn)水中投加粉末活性炭與回流的污泥混合，一起完成對(duì)曝氣池廢水中有機(jī)污染物處理，在粉末活性炭的吸附作用以及生物再生作用下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行去除。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是粉末活性炭巨大的比表面積賦予其非常強(qiáng)的吸附性能；二是在活性污泥與粉末活性炭界面之間的溶解氧和降解基質(zhì)濃度有了很大幅度的提高，從而也提高了CODCr的降解去除率。且PACT法對(duì)工業(yè)廢水中的一些大分子有機(jī)物也有良好的處理效果。目前本工程進(jìn)水可生化性差，B/C低，即使氧化溝停留時(shí)間達(dá)17 h，但生物處理效果仍然不佳。因此，考慮將現(xiàn)有的氧化溝工藝改造為可投加粉末活性炭的PACT工藝，在氧化溝中投加粉末活性炭強(qiáng)化該工段的處理效果?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，通過(guò)投加粉末活性炭，可提高氧化溝對(duì)CODCr的去除率。

確定本項(xiàng)目的工藝方案為“粗格柵及進(jìn)水泵房（現(xiàn)有）→細(xì)格柵及曝氣沉砂池（現(xiàn)有）→水解酸化池（現(xiàn)有）→PACT（改造）→二沉池（現(xiàn)有）→二級(jí)提升泵房（新建）→高效沉淀池（新建）→V型濾池（新建）→濾布濾池及接觸消毒池（現(xiàn)有）→巴氏計(jì)量渠道（新建）→三級(jí)提升泵房（現(xiàn)有）→蓄水池（現(xiàn)有）→尾水提升泵房（現(xiàn)有）→排海”。

考慮到污水處理廠提標(biāo)改造工程用地緊張，本工程在構(gòu)筑物選擇方面盡可能選取占地面積小、操作維護(hù)簡(jiǎn)便、處理效果能滿足使用要求的工藝，同時(shí)考慮機(jī)械混合、機(jī)械絮凝方式的選擇，本工程混合絮凝沉淀工藝選擇“高效沉淀池”。V型濾池是一種源于法國(guó)的新型濾池，其采用均質(zhì)濾料，濾層厚，濾料可進(jìn)行深層截污。具有濾速較高、濾料沖洗徹底、耗水量少、投資適中、濾后水質(zhì)好且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。本工程雖已有濾布濾池工段，但實(shí)際該污水處理廠85%的進(jìn)水為印染廠尾水，與原設(shè)計(jì)文件確定的50%生活污水+50%的工業(yè)廢水比例偏差巨大，導(dǎo)致目前污水處理廠處于非正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，只能依靠投入大量藥劑保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)也使現(xiàn)有濾布濾池難以正常運(yùn)行（出水量小、堵塞、難以清洗、出水SS達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等）。故本次提標(biāo)兼顧經(jīng)濟(jì)性和出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)要求，推薦采用較高流速的V型濾池作為深度處理的一級(jí)過(guò)濾工序，過(guò)濾后的出水再經(jīng)過(guò)現(xiàn)有的濾布濾池進(jìn)行二級(jí)過(guò)濾。采用兩級(jí)過(guò)濾方案，即利用了現(xiàn)有的濾布濾池系統(tǒng)，沒(méi)有造成現(xiàn)有設(shè)施的浪費(fèi)，也使出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。綜上，最終決定采用“高效沉淀池+V型濾池+濾布濾池”的工藝為本次提標(biāo)改造的深度處理工藝。本工程設(shè)計(jì)采用固態(tài)PAC為化學(xué)除磷藥劑,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)制備為液劑后投加在深度處理的高效沉淀池。

印染廢水經(jīng)生化處理后，難降解有機(jī)物的存在使出水的CODCr、色度等指標(biāo)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。本次提標(biāo)工程通過(guò)在現(xiàn)有氧化溝投加活性炭，在高效沉淀池投加印染廢水去除劑，在接觸消毒池投加次氯酸鈉，利用活性炭及印染廢水去除劑的吸附效果、次氯酸鈉的氧化脫色性能，進(jìn)一步強(qiáng)化處理效果，以確保出水色度達(dá)標(biāo)。本次提標(biāo)工程沿用原有的次氯酸鈉消毒工藝。

該污水處理廠對(duì)污泥處置要求為含水率不大于60.0%，目前污水處理廠現(xiàn)有污泥采用“污泥濃縮+調(diào)理改性+板框壓濾”的工藝。本次提標(biāo)改造產(chǎn)生的污泥仍通過(guò)現(xiàn)有污泥處置系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后同現(xiàn)有污泥一起外運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。污泥脫水機(jī)房現(xiàn)有3臺(tái)板框壓濾機(jī)，每日工作約12 h，處理約9.1 t絕干泥。提標(biāo)后利用現(xiàn)有的脫水機(jī)房系統(tǒng)，通過(guò)增加板框運(yùn)行批次的方式消化提標(biāo)后新增的污泥量，板框每天的工作時(shí)間由12 h增加至20 h。

本次提標(biāo)工段沒(méi)有產(chǎn)生臭氣，故除臭系統(tǒng)維持現(xiàn)狀，沿用原有的生物濾池工藝對(duì)產(chǎn)生臭氣的工段進(jìn)行臭氣收集處理，在新增處理工段不考慮除臭設(shè)施。

4 要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

由于該污水處理廠排水的特殊性——每日尾水儲(chǔ)存于蓄水池，乘潮排放。本次提標(biāo)工程需先將一期、二期二沉池的出水引至深度處理區(qū)新建的高效沉淀池，經(jīng)處理后的尾水仍需要先儲(chǔ)存與蓄水池中，再在海水落潮時(shí)乘潮排放[10]。將高效沉淀池與V型濾池及反沖洗泵池布置在預(yù)留用地中（廠區(qū)西北側(cè)），新建巴氏計(jì)量渠道布置在一期蓄水池北側(cè)空地處（廠區(qū)東北側(cè)），新建的1#、2#二級(jí)提升泵房分別布置在一期、二期二沉池出水旁。輔助建筑中，3#變配電間及柴油發(fā)電機(jī)房、深度處理加藥間、反沖洗鼓風(fēng)機(jī)房、活性炭投加車間布置在預(yù)留用地中（廠區(qū)西南側(cè)），碳源投加系統(tǒng)布置在現(xiàn)有氧化溝旁。新增建（構(gòu)）筑物為1#二級(jí)提升泵房、2#二級(jí)提升泵房、高效沉淀池、V型濾池及反沖洗泵房、巴氏計(jì)量渠道、深度處理加藥間及反沖洗鼓風(fēng)機(jī)房、碳源投加系統(tǒng)、3#變配電間及柴油發(fā)電機(jī)房。

4.1 中間提升泵站

廠區(qū)新建中間提升泵房?jī)勺?，將一期、二期的二沉池出水分別通過(guò)泵提升至新建高效沉淀池。中間提升泵站平面尺寸為L(zhǎng)×B=6.0 m×10.0 m，為可提升式潛污泵，Q=850 m3/h，H=8 m，N=30 kW，2用1備，變頻調(diào)節(jié)。

4.2 高效沉淀池

高效沉淀池的表面負(fù)荷為6 m³/(m²·h) [11]。機(jī)械混合池分4格，單格尺寸為L(zhǎng)×B=2.9 m×2.9 m，有效水深為5.8 m，混合時(shí)間為3.44 min。絮凝反應(yīng)池分4格，單格尺寸為L(zhǎng)×B=5.3 m×5.3 m，有效水深為5.8 m，絮凝時(shí)間為11.5 min。沉淀池分4格，單格尺寸為L(zhǎng)×B=12.5 m×12.5 m，有效水深為6.2 m，單格設(shè)計(jì)流量為850 m³/h。

4.3 V型濾池

每座濾池分為6格，單格尺寸為L(zhǎng)×B=5.3 m×5.3 m，池深為4.25 m，單格過(guò)濾面積為60 m²，平均濾速為6.94 m/h。反沖洗泵房與高效沉淀池和V型濾池合建，為濾池提供反沖洗水源，為半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1座，有效儲(chǔ)存面積為200 m³，平面尺寸為L(zhǎng)×B=14.4 m×5.6 m，有效水深為3.2 m，反沖洗強(qiáng)度為6 L/(s·m2)，氣反沖洗強(qiáng)度為15 L/(s·m²)。

巴氏計(jì)量渠道按6.0×104 m³/d規(guī)模建設(shè)，計(jì)量6萬(wàn)t規(guī)模污水廠的出水水量。

將現(xiàn)有氧化溝改造成PACT工藝，需新建深度處理加藥間和反沖洗鼓風(fēng)機(jī)房1座。平面尺寸為L(zhǎng)×B=20.0 m×12.0 m。

4.4 碳源投加系統(tǒng)

由于進(jìn)水B/C較低，考慮投加碳源措施，投加質(zhì)量濃度為35 mg/L的乙酸鈉。故在現(xiàn)有氧化溝附近，建設(shè)碳源投加系統(tǒng)。一期兩座氧化溝，分別配1套碳源投加系統(tǒng)；二期一座氧化溝，配套1套碳源投加系統(tǒng)。

4.5 現(xiàn)有一期和二期系統(tǒng)改造

將現(xiàn)有二期三級(jí)提升泵房及尾水泵房的軸流泵全部遷移至一期三級(jí)提升泵房及尾水泵房，使一期三級(jí)提升泵房及尾水泵房的提升能力達(dá)到6×104 m³/d。分別在一期、二期增加1套1.5萬(wàn)t/d的濾布濾池設(shè)備。同時(shí)改造進(jìn)、出水管道，進(jìn)水管道分別接自V型濾池出水，出水管道分別接至新建巴氏計(jì)量渠道。

本次提標(biāo)工程由于投加粉末活性炭及印染廢水去除劑，新增絕干泥量約5.2 t/d（根據(jù)水質(zhì)情況，活性炭作為應(yīng)急處置，一周投加1 d，投加量為100 mg/L，增加活性炭泥為1 t DS）。原設(shè)計(jì)泥量為9.1 t DS/d，污泥脫水機(jī)房現(xiàn)有3臺(tái)200 m2的板框壓濾機(jī)，單臺(tái)處理能力約1 t DS/批次，4 h/批次，按每天工作12 h設(shè)計(jì)，每天運(yùn)行3個(gè)批次。提標(biāo)后考慮延長(zhǎng)脫水機(jī)房運(yùn)行時(shí)間，增加板框壓濾機(jī)每天的運(yùn)行批次，消化提標(biāo)后新增的污泥量，預(yù)計(jì)需增加2個(gè)批次，板框每天工作時(shí)間由12 h增加至20 h。增加散裝粉末活性炭投加系統(tǒng)，采用射流投加法，投加點(diǎn)分別為一期、二期氧化溝的進(jìn)水管道上。

4.6 預(yù)留臭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因本廠進(jìn)水中印染廢水比例較高，設(shè)計(jì)上在生化前段預(yù)留臭氧催化氧化系統(tǒng)的接口和用地，為將來(lái)留有一定的防范措施。如果本工程投產(chǎn)后，進(jìn)水中印染廢水比例超過(guò)60%，為確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，將需要啟動(dòng)臭氧系統(tǒng)建設(shè)工作。

5 工程運(yùn)行效果及成本分析

本項(xiàng)目于2018年6月開(kāi)始建設(shè)，2019年8月正式投入運(yùn)營(yíng)。從2019年9月—2020年12月對(duì)污水處理廠進(jìn)行了連續(xù)16個(gè)月的水質(zhì)檢測(cè)。如圖3、圖4所示，出水的CODCr不僅有較好的去除效果，且CODCr含量在30~45 mg/L的月數(shù)量占據(jù)了總月數(shù)量的75%。說(shuō)明出水水質(zhì)穩(wěn)定地達(dá)到了提標(biāo)改造的預(yù)期目標(biāo)，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

污水廠提標(biāo)改造前的單位運(yùn)行成本和改造后的新增單位運(yùn)行成本如表3所示，提標(biāo)改造前運(yùn)行成本為1.49元/m3，提標(biāo)后新增成本為1.21元/m3。

6 結(jié)論

本文主要基于福建省某污水處理廠提標(biāo)改造，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)要求，本次提標(biāo)改造可為全國(guó)范圍內(nèi)污水處理廠的提標(biāo)改造提供一定的借鑒作用。

（1）實(shí)際情況中污水處理廠存在進(jìn)水可生化性差，B/C低等情況，導(dǎo)致現(xiàn)有氧化溝工藝生物處理效果不佳。將現(xiàn)有氧化溝工藝改造為可投加粉末活性炭的PACT工藝，通過(guò)投加活性粉末碳增強(qiáng)該工段的處理效果，并在此基礎(chǔ)上增加“高效沉淀池+V型濾池+濾布濾池”的深度處理工藝，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（2）通過(guò)對(duì)總體布置方案做出調(diào)整后，在有限的占地范圍內(nèi)新建和改造了一批構(gòu)筑物，既保障了項(xiàng)目的順利實(shí)施又實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有資源的合理利用。

（3）提標(biāo)后經(jīng)過(guò)為期一年的運(yùn)行證明，該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，污水處理廠出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)要求。