蓝藻是周期性存在的有机污染物，通过将蓝藻与市政污泥协同处理可以有效削减其带来的不利环境影响。针对蓝藻与市政污泥深度脱水废水处理站进行设计，设计规模为 3 600 m3/d。因工程用地紧张，采用预处理＋厌氧处理（UASB）＋AO-MBR组合工艺，使出水水质达到 GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》表 1 中 A 级标准。预处理采用化学沉淀法去除脱水废水中的 Ca2+，调节 pH 后进入 UASB 反应器完成 CODCr 的去除，AO-MBR 工艺完成脱氮目标使脱水废水达标排放。实际运行效果表明该工艺在节省占地的同时能够满足设计出水水质标准要求，可为同类型的项目提供技术参考。

关键词：

         蓝藻；市政污泥；脱水废水处理；UASB；AO-MBR

 

         2007 年 5 月底，太湖蓝藻大面积暴发，水源地水质遭到严重污染，造成无锡全城自来水受到不同程度污染。 随后，国务院作出重要批示，要求加大太湖水污染治理力度。 江苏省也加快了太湖水污染治理工作的进度。 在持续高投入治理 10 年之后，太湖蓝藻水华仍处于高发态势。 特别是 2017 年，太湖的蓝藻水华强度和水体总磷浓度双双反弹，给太湖蓝藻水华防控及周边城市饮用水安全保障带来了严峻挑战。

         目前，国内对蓝藻的治理主要采用打捞的方式。打捞上来的蓝藻含水率在 99%左右，在藻水分离站经过“混凝沉淀＋过滤”处理后含水率降至 85%～95%，但运输费用仍较高且后续处理处置难度较大。 近年来，蓝藻深度脱水技术不断涌现，但是蓝藻的脱水效果受蓝藻形态、药剂种类、调理脱水技术选择的影响而存在较大差异。 经过前期调研和试验研究得知，蓝藻中有机物含量较高，纯蓝藻单批次脱水时间约为 7 h，若蓝藻与市政污泥协同处理，单批次脱水时间可缩短至 4 h 左右，极大地提高了脱水效率。 同时，基于规划，用地范围内需建设市政污泥脱水项目。 因此，无锡市蓝藻与市政污泥深度脱水项目于 2018 年 10 月立项实施，项目采用“化学调理＋板框压滤脱水”的深度脱水工艺路线，脱水后的藻泥和污泥外运至电厂、垃圾焚烧厂焚烧。 蓝藻设计规模1 000 t/d（含水率 85%），市政污泥设计规模 300 t/d（含水率 80%）。先添加水、药剂对蓝藻和市政污泥进行化学调理，调理至含水率 95%左右后进行板框压滤脱水，脱水后的藻泥和污泥含水率约为 60%，该过程产生脱水废水约 3 600 m3/d。

         经过化学调理＋板框压滤脱水后，蓝藻细胞破裂，蓝藻细胞内的氮、磷、藻毒素等难降解污染物释放到脱水废水中。 这不仅会增加废水处理工程的运行成本和运行难度，而且若处理不善，排入受纳水体的难降解污染物和新兴污染物必将造成二次污染。 因此，笔者依托于无锡市蓝藻与市政污泥深度脱水项目，对脱水废水处理站进行设计，脱水废水经处理后达标排放。

1      项目概况

1. 1  水量和水质

        因蓝藻的产生量随季节变化较大，所以该项目设计分为蓝藻季和非蓝藻季。 其中 5—11 月为蓝藻季，蓝藻与市政污泥协同处理；12 月—次年 4 月为非蓝藻季，市政污泥单独处理。 综合考虑蓝藻与市政污泥深度脱水废水、除臭废水等水量，确定蓝藻季废水处理规模为 3 600 m3/d，非蓝藻季废水处理规模为1 500 m3/d。

该项目蓝藻季与非蓝藻季废水水质差别较大，其中蓝藻季 CODCr、NH3-N、TN、Ca2+质量浓度较高，水质呈碱性。 根据前期中试试验确定设计进水水质，如表 1 所示。

        

         按照环评要求，出水水质需达到 GB/T31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》表 1中 A 级标准。

1. 2   设计难点和重点

        根据蓝藻的季节性变化特点及其对应的水质特点，分析该项目的设计难点和重点如下：

        1）在用地较为紧张的情况下，采用何种工艺实现 CODCr、TN 等污染物的去除目标。

        2）蓝藻季水量、水质波动较大，如何合理设置预处理方式，保障生化处理单元的稳定运行。

        3）蓝藻季与非蓝藻季水量、水质差异较大，如何做好季节及应急工况下的切换。

针对蓝藻季和非蓝藻季的水量、水质分析，应采用针对性的处理工艺，满足该项目废水处理要求。
2      工艺流程

        结合污染物去除目标和厂区用地条件，选择有针对性的废水处理工艺进行设计布局，主要设计思路如下：

        1）强化预处理，设置两级除钙单元。 一级除钙采用碳钢罐体结构，设置于蓝藻与市政污泥深度脱水调理池附近，通过投加碳酸钠溶液生成碳酸钙沉淀，去除废水中大部分钙离子。 同时，含钙污泥回流至调理池，强化脱水性能，以实现循环利用。设置废水调节池实现蓝藻季高峰期削峰及水质调节后进入二级除钙系统，利用 UASB 反应器沼液中含有的 CO32-与 Ca2+生成沉淀。同时，可在混凝池中投加絮凝剂、混凝剂强化除钙效果，最后废水进入斜板沉淀池。 除钙污泥排放至蓝藻与市政污泥深度脱水系统。

         2）设置厌氧处理系统。 针对蓝藻与市政污泥深度脱水废水盐度高、水质波动大等特点，预处理后端设置 UASB 反应器及其附属设施，以满足有机物和微量藻毒素的同步去除。

         3）通过生物处理保障出水稳定达标。 生物脱氮需要微生物保持较长的污泥龄，而 MBR 工艺具有截留污泥、增大污泥浓度、提高污泥龄且占地面积较小等优势。 同时膜技术和好氧微生物处理的结合是工艺经济性和出水水质稳定性的保障。 因此选用 AO-MBR 工艺用于生物脱氮。脱水废水处理站工艺流程如图 1 所示。

         

         根据上述工艺流程及厂区用地红线，在厂区西侧布置脱水废水处理系统，东侧布置蓝藻与市政污泥深度脱水系统、市政污泥干化车间。 同时考虑用地紧张等因素，将除臭设施置于废水调节池顶部。 项目总平面布置如图 2 所示。

           

3     项目设计

        综合考虑蓝藻与市政污泥深度脱水废水的水量、水质特点及工艺需求，该项目脱水废水处理系统主要建（构）物包括一级除钙罐、调节池、二级除钙系统（含混合池、混凝池、斜板沉淀池）、厌氧进水池、UASB 反应器、AO-MBR 池等。

3. 1  蓝藻季各处理段预计处理效果

        蓝藻季各处理段预计处理效果如表 2 所示。

       

3. 2     预处理系统设计

3. 2. 1 一级除钙罐

          设置一级除钙罐 1 组，其中沉淀罐 2 个、清水罐1 个，沉淀罐进水端设置混合区，设计规模 4 000 m3/d，混合时间 30 s，沉淀罐停留时间 45 min。 2 个沉淀罐可连续运行也可间歇运行，均可独立完成进水、加药、搅拌、沉淀、排泥等全流程，含钙污泥就近回流至调理池。 主要设备包括：搅拌器 5 套，其中混合区2 套（0.37 kW），搅拌区 3 套（4.0 kW）；进水泵 2 台（1 用 1 备），变频控制，单台 Q=250 m3/h，H=15 m，N=18.5 kW；排水泵 2 台（1 用 1 备），变频控制，单台Q=250 m3/h，H=15 m，N=18.5 kW；排泥泵 2 台（1 用1 备），单台 Q=50 m3/h，H=20 m，N=11 kW。

3. 2. 2 调节池

           新建调节池 1 座，收集蓝藻与市政污泥深度脱水废水，其平面尺寸为 73.2 m×38.8 m，水深 5.0 m，总有效容积 14 000 m3。 主要设备包括：潜水搅拌器10 套（11.0 kW）；废水提升泵 3 台（2 用 1 备），单台Q=100 m3/h，H=15 m，N=5.5 kW。

3. 2. 3 二级除钙系统

           二级除钙系统包括混合池 1 组、混凝池 2 组、斜板沉淀池 2 组，单组平面尺寸分别为 6.8 m×7.9 m、5.8 m×5.4 m、4.2 m×8.8 m。 主要设备包括：搅拌器 5 套（2.2 kW）；框式搅拌机 2 套（5.5 kW）；斜板沉淀池模块 2 套，单套有效沉淀面积 240 m2；污泥泵 3 台（2 用1 备），单台 Q=20 m3/h，H=40 m，N=5.5 kW。

3. 2. 4 配套设施

           预处理系统主要配套设施为碳酸钠加药系统、絮凝剂制备系统、硫酸加药系统等。 其中碳酸钠加药系统包括 V=30 m3 储罐 2 个；絮凝剂制备系统制备能力为 500 L/h，用于配制质量浓度 1～2 g/L 的PAM药剂；硫酸加药系统包括 V=9 m3 储罐 2 个。 以上系统均配套加药泵和阀门管路等。

3. 3     厌氧处理系统设计

3. 3. 1 厌氧进水池

           斜板沉淀池上清液进入厌氧进水池，投加硫酸调节废水 pH 至 7 左右后通过厌氧进料泵压力输送至 UASB 反应器。同时设置超越泵，超越 UASB 反应器至 AO-MBR 系统作为碳源使用。设置厌氧进水池2 组，单组平面尺寸为 16.0 m×7.6 m。主要设备包括：厌氧进料泵 5 台（4 用 1 备），单台 Q=80 m3/h，H=30 m，N=18.5 kW；超越泵 2 台，单台 Q=30 m3/h，H=30 m，N=7.5 kW。

3. 3. 2 UASB 反应器

           由于脱水废水中有机物含量较高，CODCr 瞬时质量浓度可达到 9 000 mg/L，而生物脱氮处理要求进水中有机物含量不能过高，否则会抑制硝化细菌的生长。 因此为降低后续生物脱氮处理工艺的进水有机物含量，选择 UASB 反应器作为蓝藻与市政污泥深度脱水废水有机物处理工艺，通过厌氧颗粒污泥完成对 CODCr 的降解后，反应器上部的分离模块实现泥、水、气的三相分离。UASB 反应器设计参数如表 3所示。

            

3. 3. 3 配套设施

          厌氧处理系统主要配套设施为沼气脱硫装置、沼气柜、燃烧器等，沼气脱硫采用生物脱硫。 设置沼气脱硫装置 1 套，设计 H2S 进、出气质量浓度分别为3 000 mg/m3 和 50 mg/m3，包含洗涤塔、营养盐投加罐、NaOH 储罐，配套换热器、循环泵、鼓风机、加药泵和阀门管路等；沼气柜 1 套，有效容积 V=30 m3，进气管平直段设置流量计对沼气产量进行计量；燃烧器 1 台，Q=300 Nm3/h。

3. 4  AO-MBR 系统设计

        AO-MBR 系统分为缺氧池、好氧池和 MBR 膜池，为削减溶解氧对缺氧池反硝化系统的影响，系统分两级回流。 其中，MBR 膜池污泥先回流至好氧池，回流比为 300%，好氧池硝化液再回流至缺氧池，回流比为 600%。系统剩余污泥排放至脱水系统后进一步处置。 为便于蓝藻季和非蓝藻季的切换，共设置 6 组AO 池、3 组 MBR 膜池。

3. 4. 1 缺氧池

           缺氧池平面尺寸为 10.2 m×10.1 m，有效水深 5 m，HRT 为 20.6 h，污泥质量浓度为 8.0 g/L，用于反硝化脱氮。 主要设备包括：搅拌器 1 套，r=25 r/min，Φ=2 500 mm，N=4.0 kW。

3. 4. 2 好氧池

           好氧池平面尺寸为 13.1 m×10.2 m，有效水深 5 m，HRT 为 26.7 h，污泥质量浓度为 8.0 g/L，用于硝化去除氨氮。 主要设备包括：射流曝气器 2 套（空气流量为 480 m3/h，8 通道）；射流水泵 2 台（1 用 1 备），单台Q=150 m3/h，H=8 m，N=7.5 kW；混合液回流泵 2 台（1 用 1 备），单台 Q=150 m3/h，H=20 m，N=15 kW。

3. 4. 3 MBR 膜池

          2 组 AO 池对应 1 组 MBR 膜池。单组 MBR 膜池平面尺寸为 18.0 m×3.0 m，有效水深 4 m，污泥质量浓度为 10.0 g/L。 主要设备包括：膜组件 6 套，膜面积共计 2 016 m2。

3. 4. 4 配套设施

           AO-MBR 系统主要配套设施为鼓风机、污泥回流泵、产水泵、反洗泵、反洗过滤器、反洗加药系统等。 其中鼓风机（好氧池）2 台（1 用 1 备），单台 Q=15 Nm3/min，P=60 kPa，N=30 kW；鼓风机（MBR 膜池）2 台（1 用 1 备），单台 Q=25 Nm3/min，P=50 kPa，N=37 kW；产水泵 2 台，单台 Q=34 m3/h，H=10 m，N=2.2 kW；反洗泵 2 台（1 用 1 备），单台 Q=80 m3/h，H=15 m，N=7.5 kW；反洗过滤器 1 台，Q=80 m3/h，孔径 10 μm。

3. 5   除臭系统设计

         该项目除臭系统分为车间低浓度臭气除臭系统和密闭空间高浓度臭气除臭系统 2 类。 脱水废水处理系统中预处理池、AO-MBR 池均为密闭空间，其中预处理池、缺氧池、好氧池均采用混凝土顶板密封，MBR 膜池考虑检修和清洗，采用弧形可滑动玻璃钢盖板密封。

         根据 CJJ/T 243—2016《城镇污水处理厂臭气处理技术规程》中臭气风量的计算公式，脱水废水处理系统臭气风量为 30 000 m3/h。 根据环评要求，该项目臭气排放标准执行 DB31/1025—2016《恶臭（异味）污染物排放标准》中的 25 m 排气筒集中排放标准。

         根据前期臭气组分分析，密闭空间高浓度臭气除臭系统采用“化学洗涤＋生物滴滤＋微孔光催化氧化＋活性炭吸附”的组合工艺，各阶段停留时间分别为 2.2、25.0、1.0、2.0 s，其中活性炭吸附作为应急措施，可超越。

除臭系统主要设备为碱性洗涤塔、酸性洗涤塔、生物滴滤池、紫外光催化氧化设备、活性炭吸附设备、排气筒及配套引风机、加药系统等。

4     实际处理效果

       该项目于 2018 年 10 月启动建设，2019 年 10 月正式投产，进入非蓝藻季，2020 年 5 月开始进入第1 个蓝藻季。 选取 2020 年 5 月至 2021 年 4 月作为一整个处理周期对脱水废水处理站实际进出水水质进行分析，结果如表 4、5 所示。

        

         由表 4、5 可知，蓝藻季和非蓝藻季实际平均进水水质与设计进水水质较为接近，CODCr、NH3-N、TN、Ca2+平均去除率均大于 90%，实际平均出水水质能够稳定达到 GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》表 1 中 A 级标准要求。

 

5      结 论

        1）该项目蓝藻与市政污泥深度脱水废水具有水量、水质波动大以及季节影响较大等特点。 为保障出水水质稳定达标，采用预处理、厌氧处理（UASB）、AO-MBR 工艺分别针对废水污染物特征因子 Ca2+、NH3-N、TN 等分阶段进行去除。

       2）工艺设计采用两级除钙，将 Ca2+截留至预处理阶段，除钙污泥回流至调理池实现循环利用；同时采用 UASB 工艺降低后续生物脱氮处理工艺的进水有机物含量，减弱有机物对硝化细菌活性的抑制。 非蓝藻季选择单组或超越运行，考虑占地及水量波动等因素，设置 6 组 AO 池＋3 组 MBR 膜池，便于不同季节和应急工况下的切换。

        3）由实际运行情况可知，蓝藻季废水量呈先增加后减少的变化趋势，非蓝藻季废水量较为稳定；蓝藻季废水中 CODCr、Ca2+质量浓度远高于非蓝藻季，NH3-N、TN 质量浓度略高于非蓝藻季。 经过一整个蓝藻季和非蓝藻季的运行，各项污染物指标均能稳定达标，且优于排放标准。 说明该工艺技术成熟、运行稳定、对水质波动具有较好的耐冲击负荷能力，出水水质能够满足 GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》表 1 中 A 级标准要求。

 

 

 

原标题：蓝藻与市政污泥深度脱水废水处理站设计

原作者：陈晓光   程 文，任争鸣，耿 震，蒋岚岚