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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-3
申報單位
南京市市政設計研究院有限責任公司
推薦單位
江蘇省環境保護產業協會
一、技術簡介
適用范圍
本技術可廣泛應用于新建、擴建和升級改造的污水處理廠，將出水穩定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準，深入挖掘延伸傳統工藝脫氮除磷能力。為城市污水廠提標項目的規劃、設計、建設和管理全過程技術標準化和高質量發展保駕護航。
技術原理
本技術提出一種將污水穩定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準的組合工藝及三種子工藝，并優化相應的設計與運行參數，提供實際的工程運行成本和投資費用，為污水處理廠的提質增效提供參考。
當污水處理廠出水中COD和TN濃度超標時，可以選擇反硝化濾池工藝。當污水處理廠出水中TP和SS濃度超標時，可以選擇高效沉淀池工藝。當污水處理廠出水中COD和氨氮濃度超標時，可以選擇“臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。針對出水TP濃度達標，其余指標均不達標的情況，可以選擇“反硝化濾池——臭氧——曝氣生物濾池”組合工藝。主要工藝如下：
(2)經沉淀后，澄清水進入內碳源反硝化生物濾池內，并向內碳源反硝化生物濾池內補加污泥水解酸化產物。內碳源反硝化生物濾池采用2——3mm石英砂介質濾料，污泥水解酸化產物是污泥穩定處置自然發酵形成；
(3)向曝氣生物濾池底部的布水層中加入臭氧，經過反硝化濾池的廢水進入布水層進入曝氣生物濾池內，填料層進行生化處理；
經生化處理后，凈化水引入模塊化人工濕地中，模塊化人工濕地是由若干小型濕地模塊組件拼接形成。
工藝路線
本工藝路線包括高效沉淀池(HST)、反硝化濾池(DNBF)、臭氧—曝氣生物濾池(O3-BAF)這三種深度處理工藝單獨運行時的最佳運行參數，主要包括：
(1)影響高效沉淀池運行效果的因素主要有混凝劑種類與投加量、絮凝劑種類與投加量、污泥回流比等參數。PAC投加量的最適投加范圍約為PAC/TP=2——15(mg·L-1/mg·L-1)，PAM投加量的最適投加范圍約為PAM/SS=0.01——0.05(mg·L-1/mg·L-1)。最佳污泥回流比一般在2%——6%之間。
(2)影響反硝化濾池運行效果的因素主要有碳源種類及投加量、濾料種類及粒徑等參數。外加碳源乙酸鈉應用較為廣泛，最佳投加量(以C/N計)應當控制在4.5左右。在濾池的運行過程中應當消除跌水現象，降低進水DO濃度。
(3)影響臭氧工藝運行效果的因素主要有臭氧投加量、臭氧接觸時間等參數。進水中混有大量工業廢水的城鎮污水處理廠，可適當延長臭氧接觸時間，通常取40——50 min。影響曝氣生物濾池運行效果的因素主要有水力負荷、水力停留時間、氣水比等參數。
當尾水中TN和TP濃度均超標時，可以選擇“高效沉淀池-反硝化濾池”組合工藝。當污水處理廠進水中混有工業廢水，且單獨使用BAF工藝無法使出水COD和氨氮濃度達標時，可以選擇O3-BAF組合工藝。當污水處理廠尾水中COD、氨氮和TN濃度均超標時，可以選擇“反硝化濾池——臭氧曝氣生物濾池”組合工藝。
應用效果
本技術可依據污水處理廠尾水水質現狀和排放要求提供目標可達性、經濟性和套餐式的組合工藝選擇標準與工藝參數推薦。集成組合濾池，優化濾池內的復合填料，綜合利用剩余污泥，提供經濟碳源，有效提高反硝化效率，增大總氮的去除。可廣泛應用于新建、擴建和升級改造的污水處理廠，將出水穩定提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準，深入挖掘延伸傳統工藝脫氮除磷能力。
研發背景
當前全國污水處理行業已經打響了提質增效的發令槍，隨著水污染的防治力度的加大，國內多地制定了嚴格的地方標準，將排入地表水體N、P等污染物的排放限值規定進一步接近或達到地表Ⅳ類水體水質。污水處理廠實施提標改造，與污水廠關聯的湖泊水庫和河道等水體水質可更好地達到水環境功能區的水質目標。
江蘇省在2018年6月發布《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》、浙江省在2018年12月發布《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》等，執行更加嚴格的氮磷排放要求。
2021年1月11日，發改委等10部委聯合發布《關于推進污水資源化利用的指導意見》，要求2025年全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到25%以上，再生水將成為城市的“第二水源”。結合城鎮污水處理廠新一輪提標建設，城鎮污水處理將從 “工程水”階段進入“生態水”階段，更新治水理念，創造綜合效益。
此外，國內污水廠提標改造技術存在以下問題：1、國外技術壟斷，已形成具有自主知識產權的專利技術；2、國內技術相對單一，主要集中以MBR為核心的膜處理工藝，其投資和運行費用高昂；3、其他工藝魚龍混雜，出水水質難以保障。因此，需要研發一種穩定高效的深度處理技術以滿足愈發嚴格的出水水質標準。
技術特點
本技術提供一種用于城市污水提標至地表Ⅳ類和Ⅲ類水標準的組合污水處理工藝，可經濟有效實現出水水質穩定達到地表Ⅳ和Ⅲ類標準。主要特點包括：
1.經濟套餐式的組合工藝
本技術對影響高效沉淀池、反硝化濾池、臭氧曝氣生物濾池運行效果的關鍵因素進行研究，并優化了工程設計與運行參數。可依據污水處理廠尾水水質現狀和排放要求提供目標可達性、經濟性和套餐式的組合工藝選擇標準與工藝參數，為穩定實現污染物的超低排放與污水處理提質增效提供參考。
2. 可替代有機碳源
水解酸化產物是將污水廠剩余污泥穩定處置，并向污泥中添加經堿處理后的玉米芯和海綿鐵組成的復合填料。可作為反硝化的碳源和生物載體，解決了連續投加碳源的弊端。海綿鐵可釋放更多的鐵離子，增強了異養微生物的活性。同時海綿鐵的緩慢腐蝕過程也在不斷產生氫氣，供氫自養反硝化菌的生長，進一步強化了反硝化進程，提高硝態氮的去除率。
3.提高內部碳源利用效率
反硝化一般需要有機碳源作電子供體，包括外加碳源、污水碳源和內源碳源。污水碳源一般不足，外加碳源則會增加運行成本，因此提高內部碳源利用效率是很有價值的。內碳源回收型反硝化復合濾池是集多種污染物去除功能于一體，對總氮、總磷和SS均有較好的去除效果，可進一步提高出水水質。
4.高性能復合功能改性填料
主要包括鋪設厚度為1:1:1的生物吸附層、加熱層與生物降解層，可將水中原來紊亂的大分子團鏈打斷。生物吸附層具有優異的吸附功能，生物降解層具有良好的降解功能，適當的加熱可促進污水中細菌的活性，從而進一步降低難降解COD的含量。
二、典型應用案例
案例名稱
南京橋北污水處理廠擴建工程
案例簡介
南京橋北污水處理廠總設計規模20×104m3/d，占地約合10.59ha，污水廠服務范圍內用地性質主要是居住、商業及科研用地。本次擴建工程廠址為現狀污水廠廠區內一期工程東側的規劃預留地，用地面積約3.44ha，規模10×104m3/d，擴建完成后污水廠的總規模達到20×104m3/d。
1、南京首座出水預按準Ⅳ類標準打造的高標準污水廠
根據市環保局關于鼓勵建設單位在一級A基礎上進一步提高污水處理廠處理標準，減少尾水污染物排放總量要求的回復，橋北污水廠的尾水排入石頭河，石頭河為長江的支流，為了積極響應長江生態大保護，減少尾水污染物排放總量的要求，提高政治站位，經過充分的科學論證，采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀池+反硝化濾池”主體處理工藝，通過多模式改良A2O強化二級脫氮除磷，加上新型反硝化濾池深度處理對TN的補充去除，并同步去除SS、TP，實現了高品質準Ⅳ類出水目標，實際運行表明，除了TN外，其余指標已達到地表水環境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準，遠遠優于設計出水水質，具體見統計報表。
2、新型高效反硝化生物濾池在國內的首次引進應用
(1)為了克服一期工程深度處理工藝不具備除氮能力、兼顧一期工程的水質再提升，結合用地條件及優化投資，將擴建工程反硝化濾池的規模控制為15×104m3/d，其高質量的出水與一期剩余5×104m3/d出水混合后進行排放，TN能夠控制在10mg/L以下，滿足污水廠整體出水水質的需求，增加污水廠排水的安全性。
(2)濾池主體結構與V型濾池相同，進水采用V型槽淹沒配水，克服了常規深床濾池進水配水跌水造成碳源無效消耗，實現低碳運行；
(3)濾料采用生物陶粒濾料，有效粒徑為2.5mm，比表面積大，優于常規深床濾池采用的粒徑為2——3mm的石英砂濾料，可獲得更高的生物濃度及更大的滯留能力，延長過濾周期，濾層厚度僅需1.8m，少于常規深床濾池2.44m的濾層厚度，降低濾床深度和工程造價；
(4)鑒于V型濾池在水處理中應用廣泛且成熟，大幅縮短了運行人員的適應期。
3、智慧運行控制，實現節能降耗
①實現磁懸浮鼓風機、電動菱形空氣流量調節閥和溶解氧在線檢測系統的優化聯動調節，可以經濟地調節鼓風機輸出風量，實現低耗運行，實際運行表明可節約30%——40%的能耗。
②智能加藥，優化原料投入。加藥系統由常用的變頻計量泵升級為數字泵，對加藥設備進行智能化、精準化控制。
4、采用多型高效新型設備
①2.6m大尺徑網孔板式轉鼓細格柵：網孔采用6mm孔徑，運行時可產生地毯效應，能進一步提高過濾分離效率；
②菱形空氣調節閥：其調節行程和流量呈直線關系，能夠很好地滿足空氣流量調節的需求；
③2.5m大直徑傘形雙曲面立式攪拌機：雙曲面葉輪間隔均勻布置長導流攪拌肋和短導流攪拌肋，相對于傳統水下攪拌機，節能達到50%——60%以上；
④板條式微孔曝氣器：可提高單位服務面積，在不增加阻力的前提下，提高10%的孔密度，減少氣泡直徑30%，能提高曝氣效率20%，可節約20%——30%的能耗。
5、合理布局，采用集約化的單元組合，節約用地
通過優化水路與泥路，采用上水下泥的雙層渠道將多模式改良A2O生化池、污泥回流泵房及配水井、二沉池進行組合連接，中間提升泵房與反硝化生物濾池進行組合連接，次氯酸鈉、碳源投加間與接觸消毒池疊建等措施，擴建10萬m3/d用地面積僅為3.44ha(51.6畝)，較《城市污水處理工程項目建設標準》規定的用地面積9.5ha(142.5畝)，可節約63.8%的用地，節地效果非常明顯。
6、實現中水資源化利用，生態補水改善區域河道水環境質量，節約水資源
積極實施高品質尾水的資源化利用，廠外用于江北新區的河道生態補水，補水規模10萬m3/d；廠內用于脫水機濾布沖洗、細格柵沖洗、水處理藥劑配制、池面清洗、綠化等，約3000m3/d，中水的回用率達到了51.5%，有效節約了水資源。
7、通過污水處理工藝的優化改進、新技術、新設備、智慧運行控制等多效并舉措施，實現節能降耗
實際運行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3。根據《城鄉水務2035年行業發展規劃綱要》，截止2018年，全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3，能耗指標優于全國平均水平。
8、與同行業先進水平對比
本工程積極推動科技進步和行業發展，積極響應雙碳目標，使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術、新設備及智慧運行控制，節約了63.8%的用地、實現了51.5%的中水回用，出水水質除了TN外，其余指標已達到地表水環境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準，噸水電耗優于全國平均水平，實現了降碳低耗運行，綜合指標處于同行業領先水平。
達到的標準或性能要求
運行表明，出水水質除了TN外，其余指標已達到地表水環境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準，實現了高品質準Ⅳ類出水目標。
業主單位
南京水務集團有限公司
投運時間
2020年2月26日
工藝流程
采用“曝氣沉砂+多模式改良A2O生化+高效沉淀+反硝化濾池+次氯酸鈉消毒”主體處理工藝，通過多模式改良A2O強化二級脫氮除磷，加上反硝化濾池深度處理對TN的補充去除，并同步去除SS、TP，實現了高品質準Ⅳ類出水目標。
運行情況
實際運行表明，出水水質除了TN外，其余指標已達到地表水環境Ⅳ類、甚至Ⅲ類水標準，遠遠優于設計出水水質。實施高品質尾水的資源化利用，廠外用于江北新區的河道生態補水，補水規模10萬m3/d。中水的回用率達到了51.5%，有效節約了水資源。
技術應用產生的碳減排效果
本項目積極響應雙碳目標，使用了大量的高效低能耗新工藝、新技術、新設備及智慧運行控制，節約了63.8%的用地、實現了51.5%的中水回用。實際運行噸水電耗為0.28——0.30kWh/m3，全國污水廠噸水電耗為0.31kW·h/m3，能耗指標優于全國平均水平。實現了降碳低耗運行，綜合指標處于同行業領先水平。
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：南京市市政設計研究院有限責任公司
單位地址：江蘇省南京市玄武區同仁街31號
聯系人：成昌艮
原標題：環保新質生產力 |城市污水深度處理技術
