沈曉佳，陳雪祥,，徐一蘭，沈英杰

(1. 海寧首創(chuàng)水務(wù)有限責(zé)任公司，浙江海寧 314400；2. 海寧市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司，浙江海寧 314400)

截至2017年底，全國(guó)城鎮(zhèn)累計(jì)建成運(yùn)行污水處理廠已達(dá)4 100多座，污水處理能力達(dá)到1.82億m3/d[1]，其中，有很大一部分污水處理廠是從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的二級(jí)或一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。2018年開始，浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠均按照一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，部分提標(biāo)改造的污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)還存在一定困難，主要的超標(biāo)因子有SS、糞大腸菌群數(shù)、NH3-N、TP、TN等[2]。同時(shí)，污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造后，運(yùn)行成本的大幅上升也對(duì)污水處理廠的可持續(xù)發(fā)展形成制約。提標(biāo)改造后的污水處理廠運(yùn)行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)管理有其自身特點(diǎn)，本文以浙江省某城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造項(xiàng)目為例，對(duì)其運(yùn)行過程中制約出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的相關(guān)工藝控制參數(shù)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)優(yōu)化措施，以期為相關(guān)提標(biāo)改造城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目的優(yōu)化運(yùn)行提供參考。

1 工程概況

浙江某城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為15×104m3/d，分為一、二期和三期工程2個(gè)系統(tǒng)。一、二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104m3/d，主體采用SBR工藝；三期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為5.0×104m3/d，主體采用AAO工藝。整個(gè)工程主要的構(gòu)筑物有曝氣沉砂池、初沉池、水解酸化池、SBR池、AAO生化池、二沉池、終沉池、紫外消毒池、反硝化濾池、次氯酸鈉消毒池、污泥濃縮池、污泥脫水機(jī)間、風(fēng)機(jī)房、加藥房、配電間及輔助建筑物等。一級(jí)A提標(biāo)改造工程通過在原來紫外消毒池后增加深床反硝化濾池和次氯酸鈉消毒池，于2017年6月開始執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，污水處理工藝流程如圖1所示。該工程生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)水比例為55∶45，其中，工業(yè)廢水主要為印染、制革和食品加工等廢水，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)與排放標(biāo)準(zhǔn)要求Tab.1 Requirement of Influent and Effluent

2 工藝優(yōu)化分析

2.1 進(jìn)出水水質(zhì)分析

該工程一級(jí)A提標(biāo)改造后，近3年進(jìn)出水水質(zhì)情況如表2所示。從進(jìn)水看，進(jìn)水極值波動(dòng)較大，存在水質(zhì)沖擊情況。從進(jìn)水均值看，進(jìn)水水質(zhì)情況基本符合設(shè)計(jì)要求，其中，進(jìn)水B/C為0.43，可生化性尚可；BOD5/TN為4.6，BOD5/TP為38.6，進(jìn)水中脫氮除磷碳源相對(duì)充足。從去除率看，除TN外，其余指標(biāo)都達(dá)到90%以上，TN指標(biāo)也已基本達(dá)到SBR和AAO工藝設(shè)計(jì)去除率的上限?？偟膩碚f，整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)結(jié)構(gòu)較為合理，系統(tǒng)運(yùn)行高效，污染物去除率高。

2.2 活性污泥濃度控制

該工程一、二、三期均按照一級(jí)B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，其中，一、二期SBR工藝設(shè)計(jì)污泥濃度為4 g/L，三期AAO工藝設(shè)計(jì)污泥濃度為3.5 g/L。然而從一級(jí)B提標(biāo)至一級(jí)A后，各污染物指標(biāo)去除率都有所提高，需更高的生物反應(yīng)速率來提高生化反應(yīng)效率。根據(jù)一級(jí)A運(yùn)行要求，對(duì)生化池活性污泥濃度進(jìn)行適當(dāng)提高，并根據(jù)水溫進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。由圖2可知，根據(jù)水溫變化，活性污泥濃度控制可分3個(gè)階段，水溫為10～20 ℃，活性污泥濃度控制在5.5～6.5 g/L；水溫為20～28 ℃，活性污泥濃度控制在5～5.5 g/L；水溫為28～35 ℃，活性污泥濃度控制在4.5～5 g/L。在冬季生化池水溫較低時(shí)，整個(gè)活性污泥系統(tǒng)微生物活性下降，需更多微生物數(shù)量來提高生化反應(yīng)速率；而在夏季水溫較高時(shí)，活性污泥系統(tǒng)微生物活性較強(qiáng)，可以適當(dāng)降低活性污泥濃度，從而降低微生物系統(tǒng)內(nèi)源呼吸強(qiáng)度，在一定程度上避免污泥老化、細(xì)碎。

表2 近3年進(jìn)出水水質(zhì)情況Tab.2 Influent and Effluent Quality during the Last Three Years

圖2 活性污泥濃度和水溫的變化關(guān)系Fig.2 Relation of Sludge Concentration and Water Temperature

2.3 溶解氧控制

溶解氧作為生化反應(yīng)控制的重要指標(biāo)之一，對(duì)污水中污染物的去除至關(guān)重要。在一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行過程中，根據(jù)水溫變化來動(dòng)態(tài)調(diào)整DO參數(shù)(圖3)。水溫為10～20 ℃，SBR工藝曝氣末期控制在3～5 mg/L，AAO工藝好氧池末端DO控制在1～3 mg/L；水溫為20～35 ℃，SBR工藝曝氣末期控制在1～3 mg/L，AAO工藝好氧池末端DO控制在0.5～1 mg/L。這樣的DO控制有利于平衡COD、NH3-N、TP與TN的去除，使兩者去除效率都保持在較高水平。在此過程中，需注意整個(gè)生化池DO平衡分布情況，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)DO參數(shù)應(yīng)能代表整個(gè)生化池的運(yùn)行狀態(tài)，還應(yīng)注意曝氣系統(tǒng)氧氣傳遞效率。隨著曝氣系統(tǒng)在運(yùn)行過程中逐漸老化或個(gè)別曝氣裝置損壞，導(dǎo)致氧氣傳遞效率逐步下降、曝氣不均的情況出現(xiàn)，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的生化處理效率，也會(huì)對(duì)運(yùn)行成本帶來不利影響。

圖3 DO和水溫的變化關(guān)系Fig.3 Relation of DO and Water Temperature

2.4 TN去除及碳源投加控制

TN去除需碳源作為電子供體參與反應(yīng)，因此，在反硝化脫氮反應(yīng)過程中碳源必不可少。工藝控制上主要以利用內(nèi)部碳源為主、投加外部碳源為輔的原則。提高內(nèi)部碳源利用率的調(diào)控措施主要有：控制曝氣末期或好氧末端較低的溶氧值、提高內(nèi)回流比[3]、回流硝化混合液進(jìn)行水解產(chǎn)碳源等方式[4]。如表3 所示，TN去除率與水溫成正相關(guān)，水溫的升高有利于脫氮微生物提高反應(yīng)速率，而在水溫較低時(shí)，需更高的C/N來推動(dòng)生化反應(yīng)來維持相應(yīng)的反應(yīng)速率，從而保證TN去除率。由表3可知，不管是否投加碳源，由于SBR和AAO工藝特點(diǎn)，TN去除率在65%～75%，這樣的TN去除率可以穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。但隨著出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，75%左右的TN去除率無法保證更高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí)，需增加新的工藝措施來提高TN去除率。如在原有工藝后面增加后缺氧段(深床反硝化濾池)或者采用多級(jí)AO工藝來提高系統(tǒng)整體的TN去除率。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度考慮，后缺氧段主要依靠外加碳源來支持運(yùn)行，成本較大，因此，多級(jí)AO工藝可能適合更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

表3 水溫對(duì)TN去除率的影響Tab.3 Effect of Water Temperature on TN Removal Rate

2.5 TP去除控制

TP去除包括生物除磷和化學(xué)除磷2種工藝，工藝控制上主要以生物除磷為主、化學(xué)除磷為輔。生物除磷的主要原則是控制厭氧區(qū)的碳源和硝酸鹽濃度、好氧區(qū)供氧量及剩余污泥的排放情況等[5]。強(qiáng)化生物除磷的措施有：通過硝化混合液多點(diǎn)回流至進(jìn)水端增強(qiáng)部分活性污泥釋磷效果[6]，提高厭氧區(qū)碳源及降低硝酸鹽濃度來增強(qiáng)釋磷生物反應(yīng)速率，合理控制好氧區(qū)溶解氧，加強(qiáng)剩余污泥排放等。如圖4 所示，TP去除與水溫成負(fù)相關(guān)，水溫降低時(shí)，除磷效果好；水溫升高時(shí)，除磷效果相對(duì)較差，這正好與TN去除情況相反?？赡艿脑蚴敲摰统孜⑸镌谡麄€(gè)系統(tǒng)中存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。水溫高時(shí)，脫氮微生物菌群相對(duì)活躍，在整個(gè)微生物生態(tài)中占據(jù)主導(dǎo)地位；而水溫較低時(shí)，除磷微生物相對(duì)活躍，在整個(gè)微生物生態(tài)中占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，根據(jù)生物除磷特點(diǎn)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整化學(xué)除磷藥劑投加量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

圖4 水溫對(duì)TP去除率的影響Fig.4 Effect of Water Temperature on TP Removal Rate

3 運(yùn)行成本分析

該工程運(yùn)行的主要費(fèi)用包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)和人工費(fèi)3部分。根據(jù)近3年運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)分析，電費(fèi)為0.271 1元/m3； 聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺、次氯酸鈉、乙酸鈉藥劑費(fèi)分別為0.045 7、0.009 9、0.017 5、0.020 3元/m3，共計(jì)0.093 4元/m3；人工費(fèi)為0.102 8元/m3，總計(jì)單位直接運(yùn)行成本為0.467 3元/m3。

4 結(jié)論

一級(jí)A提標(biāo)改造后，工藝運(yùn)行上通過進(jìn)水水質(zhì)分析，利用項(xiàng)目進(jìn)水水質(zhì)特征對(duì)水溫、活性污泥濃度、溶解氧、回流方式和碳源投加等工藝控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)內(nèi)在潛力。近3年的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，出水各項(xiàng)指標(biāo)去除率都達(dá)到了較高水平，單位直接運(yùn)行成本為0.467 3元/m3，說明利用以內(nèi)部生物處理為主、外部化學(xué)投加為輔的工藝控制理念，可以為污水處理項(xiàng)目帶來較好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。