于川，崔明

（天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津 300000）

0 引言

天津市某污水處理廠設(shè)計(jì)污水處理能力為45萬(wàn)m3/d，收水范圍廣，水量充足且占比高，其進(jìn)水水質(zhì)特征可在一定程度上代表天津市生活污水基本特征。尾水排入附近排水河，出水水質(zhì)滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)一級(jí)B，污水處理采用強(qiáng)化生物脫氮除磷工藝，污泥處理使用二級(jí)中溫厭氧消化工藝，經(jīng)濃縮、消化、脫水、干化處理后外運(yùn)處置。2015年9月25日，天津市出臺(tái)了新地標(biāo)，需對(duì)該污水處理廠進(jìn)行工藝技術(shù)革新，將出水水質(zhì)由國(guó)標(biāo)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提升到新地標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)。考慮該污水處理廠地處環(huán)城發(fā)展核心區(qū)域，周邊已建成大型居住區(qū)，為減輕污水處理廠運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的污染物影響周邊居民的生活，結(jié)合提標(biāo)要求，對(duì)其實(shí)施遷址重建和水質(zhì)提標(biāo)。

1 工程概況

提標(biāo)改造前某污水處理廠采用“初沉池+強(qiáng)化脫氮生物池（BNR工藝）+二沉池+加氯消毒”工藝。一級(jí)處理構(gòu)筑物主要包括進(jìn)水泵房、粗格柵、細(xì)格柵、旋流沉砂池及初沉池；二級(jí)處理構(gòu)筑物主要包括BNR生物反應(yīng)池、二沉池等；消毒及出水構(gòu)筑物包括接觸消毒池及加氯間、出水泵房。污泥處理工藝分為兩部分：第一部分采用“重力濃縮+厭氧消化+機(jī)械脫水+污泥干化”工藝；第二部分采用“機(jī)械濃縮+機(jī)械脫水+污泥干化”工藝，除臭措施采用CYYF全過(guò)程除臭工藝。進(jìn)出水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 該城鎮(zhèn)污水處理廠原進(jìn)出水水質(zhì)情況（單位：mg/L）

2 原工程問(wèn)題分析

（1）污水廠收水范圍內(nèi)水量日趨擴(kuò)大，日進(jìn)水水量波動(dòng)較大，會(huì)對(duì)現(xiàn)行運(yùn)行工藝造成沖擊，對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響。

（2）由于污水廠收水范圍內(nèi)水量日趨擴(kuò)大及部分工業(yè)污水的接入，致使污水中工業(yè)水比例增大（約為總水量的10%），NH3-N、TN濃度偏高，進(jìn)水B/C的平均值為0.35、B/N的平均值為3.07偏低。實(shí)際進(jìn)水各項(xiàng)指標(biāo)每天均有較大波動(dòng)，對(duì)污水廠運(yùn)行造成一定的沖擊，近年來(lái)工業(yè)污水占比加劇，增加了處理難度，而NH3-N、TN指標(biāo)偏高說(shuō)明是該區(qū)域污染企業(yè)長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定的排污造成的。因此出水水質(zhì)不能滿(mǎn)足新地標(biāo)要求。

3 提標(biāo)改造后工藝流程

該污水處理廠遷建提標(biāo)改造后污水處理工藝流程情況如下：

（1）污水首先通過(guò)粗細(xì)格柵和沉砂池去除污水中較大的懸浮物和無(wú)機(jī)砂粒，進(jìn)而通過(guò)初沉池去部分SS。

（2）經(jīng)過(guò)速沉池的污水進(jìn)入生物反應(yīng)池，在每一段生物池中依次發(fā)生硝化反應(yīng)、反硝化反應(yīng)、厭氧釋磷反應(yīng)及好氧氧化及吸磷反應(yīng)，反應(yīng)池整體污泥濃度維持在較高水平，從而在相同池體體積前提下，可降低有機(jī)負(fù)荷，從而提高生物處理效率。

（3）反應(yīng)池最終出水進(jìn)入矩形周進(jìn)周出二沉池，該種形式的二沉池具有形狀規(guī)則、占地較小、表面負(fù)荷大，排泥濃度高等特點(diǎn)?；旌弦涸诙脸刂羞M(jìn)行泥水分離，分離后的污水重力流入深度處理單元（反硝化生物濾池、高密度澄清池、V型濾池和臭氧催化氧化池），污泥則進(jìn)入污泥處理單元。

（4）為保證出水TN達(dá)標(biāo)，在二沉池后設(shè)置反硝化生物濾池，這是一種占地小、且具有良好TN處理能力的工藝單元。在反硝化生物濾池后設(shè)高密度澄清池，通過(guò)投加混凝藥劑和輔助物料后，進(jìn)一步去除水中的SS和磷。在高密度澄清池后設(shè)置V型濾池，將其作為本工藝流程的對(duì)SS的最終保障措施。經(jīng)過(guò)濾后的污水進(jìn)入臭氧催化氧化池，通過(guò)臭氧的高效處理能力，去除污水中的殘余COD，并降低污水的色度，使之滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的出水要求。最后處理水通過(guò)紫外消毒后進(jìn)入外排泵站，通過(guò)泵站提升后排入附近排污河。

（5）生化池剩余污泥及初沉污泥通過(guò)污泥泵排入污泥儲(chǔ)泥池，而后與經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮的化學(xué)污泥混合，通過(guò)帶式濃縮脫水一體機(jī)對(duì)混合污泥進(jìn)行濃縮及脫水，脫水后的泥餅通過(guò)車(chē)輛外運(yùn)至污泥處理廠。脫水后的污水自流至廠內(nèi)下水管道，回至粗格柵前端，再次進(jìn)入污水處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

4 提標(biāo)改造后穩(wěn)定達(dá)標(biāo)分析

該污水處理廠經(jīng)過(guò)遷建提標(biāo)改造后能夠在近期收水范圍與現(xiàn)狀一致的情況下提升出水水質(zhì)至新地標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)，由表2污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行后的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，出水水質(zhì)優(yōu)于新地標(biāo)A排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)良好，能夠達(dá)到達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于污水處理廠是否能夠長(zhǎng)期做到達(dá)標(biāo)排放，需要時(shí)刻關(guān)注其動(dòng)態(tài)變化對(duì)出水水質(zhì)影響，而動(dòng)態(tài)變化可以用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析，研究表明，污水處理廠的出水水質(zhì)基本服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律[1-6]。為進(jìn)一步論證某污水處理廠提標(biāo)改造后出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，對(duì)該污水處理廠提標(biāo)改造后在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

遷建提標(biāo)改造后污水處理廠出水水質(zhì)中COD去除率均值由92.00%提升至96.71%，BOD5去除率均值由95.75%提升至97.21%，SS去除率均值由93.33%提升至100.00%，TP去除率均值由86.19%提升至99.60%，NH3-N去除率均值由97.61%提升至99.57%，TN去除率均值由68.67%提升至83.68%。

表2 提標(biāo)改造后實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

圖1 提標(biāo)改造后出水污染物直方圖與概率分布圖

由出水水質(zhì)數(shù)據(jù)的頻數(shù)分布直方圖可以看出某污水處理廠的出水水質(zhì)數(shù)據(jù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布曲線。目前，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)沒(méi)有明確的定義，但它可以在一定程度上反應(yīng)污水處理廠系統(tǒng)的可靠性，從而得出出水水質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)的可能性，Niku[1]在1979年提出了可靠性系數(shù)的概念，并被推薦為污水處理設(shè)計(jì)取值的依據(jù)[7]，其公式如下所示：

式中：mx為運(yùn)行的出水平均值；ΧS為出水標(biāo)準(zhǔn)值；COR為可靠性系數(shù)。

在Niku的研究基礎(chǔ)上，Oliveira[8]提出了用于對(duì)污水處理廠處理工藝的可靠度計(jì)算方法如下：

式中：Z1-a為分位數(shù)；m′x為實(shí)際出水值；CV為變異系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得出COD、NH3-N、TN、TP的變異系數(shù)分別為：0.219、1.670、0.156、0.960；出水標(biāo)準(zhǔn)分別為：30mg/L、3.0mg/L、10mg/L、0.3mg/L；以實(shí)際出水最大值代表實(shí)際出水值，分別為：25.13mg/L、1.49mg/L、9.9mg/L、0.22mg/L，帶入上式計(jì)算得Z1-α分別為：0.926、1.182、0.133、0.777，查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，相應(yīng)得出1-α分別等于0.82、0.88、0.55、0.78。說(shuō)明該污水處理廠在保證運(yùn)行條件一致的基礎(chǔ)上，出水實(shí)際值為本次在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大值的情況下，出水COD達(dá)到30mg/L的可靠度是82%，即可保證80%的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，同理NH3-N、TP、TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率分別為88%、55%、78%，結(jié)果表明，該污水處理廠COD、NH3-N、TP基本可以做到穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，運(yùn)行過(guò)程需特別注意出水TN達(dá)標(biāo)情況。

5 提標(biāo)改造工程效益分析

本遷建提標(biāo)改造項(xiàng)目投資219349萬(wàn)元，2019年10月正式穩(wěn)定投產(chǎn)運(yùn)行。提標(biāo)改造工程的實(shí)施，其設(shè)計(jì)思路可為其他污水處理廠提標(biāo)工藝選擇提供借鑒，首先要充分考慮污水處理廠的進(jìn)水水量和水質(zhì)特性，結(jié)合現(xiàn)狀處理工藝，針對(duì)性提出現(xiàn)存問(wèn)題及提標(biāo)改造設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在節(jié)約占地、成本等基礎(chǔ)上，盡量選擇對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行技術(shù)革新或增設(shè)深度處理工藝設(shè)施，原則上以水質(zhì)特性及提標(biāo)的重點(diǎn)優(yōu)化二級(jí)處理工藝或匹配深度處理工藝。該污水處理廠為大型污水處理基礎(chǔ)設(shè)施，存在收水范圍逐漸擴(kuò)增，工業(yè)廢水的接入比例不斷上升的趨勢(shì)，而這也是絕大部分大型污水處理廠所面臨的問(wèn)題，這種現(xiàn)象會(huì)使得進(jìn)水水質(zhì)NH3-N、TN濃度偏高，而實(shí)際反硝化環(huán)境控制難度較大，碳源明顯不足，不利于反硝化反應(yīng)過(guò)程，脫氮?jiǎng)t為提標(biāo)改造的重點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)水中有機(jī)物必須優(yōu)化考慮脫氮需要，因此，會(huì)對(duì)生物除磷效果將會(huì)帶來(lái)影響，進(jìn)而必須考慮化學(xué)輔助除磷。

該污水處理廠遷建提標(biāo)改造工程的實(shí)施，在環(huán)境效益上可以進(jìn)一步改善所在區(qū)域受納水體的水環(huán)境質(zhì)量，削減水污染物排放量，其中COD消減量為4380t/a，氨氮消減量為859t/a；在社會(huì)效益上，可進(jìn)一步提高基礎(chǔ)設(shè)施水平，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高所在區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量水平，改善本區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉用水水質(zhì)，保障農(nóng)業(yè)和人民用水安全。

6 結(jié)論

工程經(jīng)遷建提標(biāo)改造后，主體工藝為采用多級(jí)AO工藝，外加碳源，提升脫氮除磷能力，同時(shí)增設(shè)三級(jí)處理工藝，進(jìn)一步去除SS和有機(jī)物、強(qiáng)化脫氮除磷效果，保障出水水質(zhì)。經(jīng)改造后出水主要污染物COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP去除率較改造前分別提升4.71%、1.46%、6.67%、1.97%、15.02%、13.41%，脫氮除磷效果明顯，出水水質(zhì)優(yōu)于改造前，能夠滿(mǎn)足更加嚴(yán)格的新地標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，改造工程合理可行。該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，可改善周邊水環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)可為其他污水處理廠提標(biāo)改造工程提供參考。