文_林銳 于岑 鄭耀華 深圳市環(huán)境科學(xué)研究院

1 水質(zhì)凈化廠現(xiàn)狀

本項目實施廠區(qū)為某水質(zhì)凈化廠，該廠2006年建設(shè)，2009年正式投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模為300000m3/d，采用曝氣生物濾池工藝處置廢水，再通過紫外線對水質(zhì)進行消毒，處理產(chǎn)生的污泥經(jīng)機械濃縮脫水后外運處置。原水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造的目標(biāo)是主要指標(biāo)出水水質(zhì)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)與《城鎮(zhèn)污水處理產(chǎn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)者。由表1可知，該水質(zhì)凈化廠對于水中化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、糞大腸菌群和懸浮物（SS）的去除效果較好，但對于氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的處理很難滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此提標(biāo)改造目標(biāo)是實現(xiàn)這幾項污染物（特別是總氮）的深度去除。

表1 水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)及水質(zhì)凈化廠改造前檢測數(shù)據(jù)

2 改造工藝方案

2.1 AAO+磁混凝高效沉淀工藝

針對該水質(zhì)凈化廠的水質(zhì)處理現(xiàn)狀和要求，項目采用改造AAO+磁混凝高效沉淀工藝流程作為提標(biāo)改造的主體工藝。AAO工藝通過構(gòu)造厭氧-缺氧-好氧三種環(huán)境，使異養(yǎng)微生物菌群之間相互配合，代謝分解污染物實現(xiàn)脫氮除磷的效果。相較于普通的生物處理法，AAO工藝由于具有結(jié)構(gòu)簡單、水流停留時間短、易于管理和運行等優(yōu)點，已成為我國水質(zhì)凈化廠最常用脫氮除磷工藝。

磁混凝高效沉淀工藝就是在常規(guī)沉淀的基礎(chǔ)上添加磁粉，在磁場的作用下去促進絮凝提的沉降，具體可分為兩種：①磁粉與混凝劑結(jié)合共同作用，在磁場內(nèi)分離磁性絮狀體；②利用帶有絮凝作用的特異性磁種，通過其表面的特異性集團完成混凝作用。沉降后的污泥經(jīng)過磁粉回收系統(tǒng)將污泥與磁粉分開，分離后磁粉返回沉淀工段重復(fù)利用。磁粉回收系統(tǒng)由高剪切機（對沉降物進行粉碎）和磁分離機（分離污泥及磁粉）兩部分組成。

2.2 具體實施方案

本次提標(biāo)改造的主要內(nèi)容包括：優(yōu)化改造預(yù)處理沉淀池、生物濾池、二沉池，新建AAO生化池、磁混凝沉淀池、加藥間等，同時對所有設(shè)備進行維修升級。本次提標(biāo)改造不涉及擴容，改造后的水處理能力仍為300000m3/d。改造后的水質(zhì)凈化廠的工藝流程為“粗格柵+強化預(yù)處理沉淀池+細格柵+生物濾池+微砂沉淀池+AAO生化池+二沉池及集配水井+磁混凝沉淀池+磁粉回收系統(tǒng)+紫外線消毒+污泥處理系統(tǒng)”，具體工藝流程如圖1所示。

AAO工藝的重點在于活性污泥的培育：培育初期將溶解氧的濃度控制在2～4mg/L，同時應(yīng)穩(wěn)定碳源并適當(dāng)曝氣；培育中期逐步提高污泥的濃度，控制pH、溶解氧、氨氮等指標(biāo)。磁混凝高效沉淀工段在使用過程中應(yīng)注意助凝劑添加順序、磁種粒徑、水環(huán)境等因素對絮凝效率的影響。此外，每月應(yīng)對磁桶進行維護保養(yǎng)，確保其不受額外摩擦，保持正常運轉(zhuǎn)。

水中的COD一部分在厭氧池中通過微生物的吸附和生物脫磷被降解掉，另一部分在AAO系統(tǒng)中通過生物降解和硝化及反硝化作用去除。BOD在生物脫氮、脫磷過程中作為生物碳源被消耗掉。NH3-N在AAO系統(tǒng)中經(jīng)過亞硝化和硝化細菌作用降解。TN通過氨化反應(yīng)，被氨化菌分解轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮，然后在亞硝化和硝化細菌的作用下被轉(zhuǎn)化成亞硝酸胺和硝酸銨，再經(jīng)過異養(yǎng)型兼性厭氧菌的反硝化反應(yīng)被還原成氮氣。 聚磷菌在厭氧環(huán)境中釋放磷，在好氧狀態(tài)下會過量地攝取磷，再通過富磷污泥，從而達到去除TP的效果。

采用生物脫氮工藝時，BOD5/TN≥3.5時效率最優(yōu)，根據(jù)水質(zhì)凈化廠改造前檢測數(shù)據(jù)可得BOD5/TN=1.89。采用生物脫磷時，BOD5是除磷菌活動的基質(zhì)BOD5/TP≥17時效率最優(yōu)，水質(zhì)凈化廠改造前BOD5/TN=13.25，因此為了實現(xiàn)高效率的脫氮和脫磷效果，應(yīng)補充額外碳源。本方案采用乙酸鈉作為補充碳源。此外TN和TP的去除過程極易受到溶解氧、pH、溫度等條件的影響，因此選擇合適的工藝運行參數(shù)尤為重要。

此外，水質(zhì)凈化廠所在區(qū)域還存在分季節(jié)運行模式，在旱季水量較小但污染濃度較高，水量組分變化較大的時期，提標(biāo)改造后的水質(zhì)凈化廠增加了加藥單元，可通過使用添加藥劑的手段（如使用聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵等），進一步彌補在水質(zhì)變化幅度較大情況下，系統(tǒng)除磷、氮效率不足等問題。

3 提標(biāo)改造結(jié)果分析

3.1 檢測方法

對水質(zhì)處理廠改造前后的進出水口的水質(zhì)進行檢測，取樣為24h混合樣。本實驗中pH的檢測方法是《水質(zhì)pH值的測定玻璃電極法》GB/T6920-1986，溶解氧的檢測方法是《水質(zhì)溶解氧的測定 碘量法》GB/T7489-1987，COD的檢測方法是《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定 重鉻酸鹽法》HJ 828-2017，BOD5的檢測方法是《水質(zhì) 五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》HJ505-2009，SS的檢測方法是《水質(zhì) 懸浮物的測定 重量法》 GB/T11901-1989，氨氮的檢測方法是水質(zhì) 氨氮的測定納氏試劑分光光度法》HJ535-2009，總氮的檢測方法是《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》HJ636-2012，總磷的檢測方法是《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》GB/T11893-1989，糞大腸菌群的檢測方法是《水質(zhì) 糞大腸菌群的測定 多管發(fā)酵法》HJ347.2-2018。

3.2 提標(biāo)改造結(jié)果

對水質(zhì)處理廠改造前后的進出水口的水質(zhì)進行檢測，具體水質(zhì)處理情況如表2和表3所示。

表2 水質(zhì)凈化廠提標(biāo)改造前后檢測數(shù)據(jù)

表3 水質(zhì)凈化廠提標(biāo)改造前后部分污染物去除率比較

從表2、3數(shù)據(jù)分析可得，經(jīng)過提質(zhì)改造，水質(zhì)凈化廠出水的各項指標(biāo)同時符合GB3838-2002中Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)的要求。改造后COD的去除效率由86.31%提升至91.28%，說明AAO工藝對有機物的沖擊負荷的抵抗力較強，去除能力有所提升。改造后的BOD5的去除效率也有所提高，由91.81%提升至93.12%。改造前后SS的去除效率差別不大。NH3-N的去除效率從95.52%提升至97.78%，TP的去除效率從84.40%提升至96.23%，TN改造前后的效率由74.47%提升至93.74%，提升的幅度較大，但去除效率仍有一定的提升空間。

4 結(jié)語

截止2019年底，全國城鎮(zhèn)水質(zhì)凈化廠中有1550余家仍在執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級A類標(biāo)準(zhǔn)，這占據(jù)了全國總廠數(shù)的53.20%，新一輪提標(biāo)改造工作仍任重道遠。項目綜合考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求、原水質(zhì)凈化廠的處理工藝及現(xiàn)有設(shè)備、該區(qū)域的水質(zhì)情況，研究確定了提標(biāo)改造工藝，即通過改良AAO工藝，增加磁混凝高效沉淀工藝，去解決了出水中NH3-N、TN、TP不達標(biāo)的問題，以期為水質(zhì)凈化廠的提標(biāo)改造工作提供借鑒。

此外，在實現(xiàn)污染物深度去除滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的前提下，低碳環(huán)保的水質(zhì)凈化工藝或許是將來的行業(yè)發(fā)展的重點。未來水質(zhì)凈化廠的提標(biāo)改造或許可以從優(yōu)化工藝設(shè)計減少運營成本，調(diào)整區(qū)域布局減少管道迂回降低水頭損失，研發(fā)先進設(shè)備。