楊孟林，張高偉，張煥莉，賈慶旭，王彤宇

（1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.張家口鴻源污水處理有限公司，河北 張家口 076300）

截止2020年1月，我國(guó)共有10 113個(gè)污水處理廠擁有排污許可證，但其中有很大部分是上世紀(jì)七、八十年代建造。隨著我國(guó)人口的激增和城市發(fā)展步伐的加快，城鎮(zhèn)居民用水量及需水量與日俱增，導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水處理廠的處理壓力隨之增加。此外，我國(guó)2003年開始實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002）對(duì)污水處理廠一些出水指標(biāo)提出了更高的要求[1]。本文基于對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有污水處理廠升級(jí)改造工作的案例分析，提出污水處理廠升級(jí)改造的常見方法，以此為我國(guó)在城市污水處理廠的升級(jí)和改造提供借鑒。

1 污水處理廠升級(jí)改造典型案例分析

1.1 余姚小曹娥污水廠案例分析

近年來(lái)，隨著地區(qū)發(fā)展和人口增加，余姚小曹娥污水處理廠已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行，最高日進(jìn)水量達(dá)到20.9萬(wàn) m3/d，日均進(jìn)水量大于15萬(wàn) m3/d，亟需進(jìn)行改造擴(kuò)容，以滿足地區(qū)發(fā)展需求。于是對(duì)小曹娥污水廠進(jìn)行三期升級(jí)改造，工程擴(kuò)建規(guī)模為7.5 萬(wàn) m3/d，工程建成后，廠區(qū)總設(shè)計(jì)規(guī)?？蛇_(dá)到22.5萬(wàn) m3/d，出水執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[2]。

1.1.1 污水廠現(xiàn)狀工藝情況及存在的問(wèn)題

小曹娥污水廠目前的工藝流程如圖1，污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機(jī)，出泥含水率為80%。

該污水廠現(xiàn)狀出水基本可達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，但該廠已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行，對(duì)出水的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)造成威脅。目前主要存在三方面問(wèn)題：一是現(xiàn)狀生物反應(yīng)池停留時(shí)間較短，出水標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)水水質(zhì)低于設(shè)計(jì)值，深度處理段有穩(wěn)定塘和濾站的情況下，勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)，但不利于穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；二是二沉池負(fù)荷高，現(xiàn)狀進(jìn)水水量已超過(guò)設(shè)計(jì)水量，造成現(xiàn)狀二沉池表面水力負(fù)荷較高；三是污水處理廠用地規(guī)模較小，不符合遠(yuǎn)期擴(kuò)建和提標(biāo)的條件。

1.1.2 改造工程設(shè)計(jì)

在污水處理工藝的選擇上考慮“準(zhǔn)Ⅳ類水”出水標(biāo)準(zhǔn)，新建Bardenpho生物反應(yīng)池，強(qiáng)化脫氮的同時(shí)降低現(xiàn)有生物反應(yīng)池負(fù)荷，從而提高CODCr、BOD5和氨氮的去除率，擬在深度處理段設(shè)置高效沉淀池和反硝化深床濾池，保證出水TN、TP、SS和CODCr的達(dá)標(biāo)。改造后的工藝流程如圖2所示。

Bardenpho工藝與常規(guī)AAO工藝相比，有利于強(qiáng)化脫氮，符合出水水質(zhì)要求，可充分利用進(jìn)水中的碳源，節(jié)省碳源投加量。該工程對(duì)污水處理廠部分現(xiàn)狀構(gòu)造、建筑物進(jìn)行升級(jí)改造，于2018年5月建成運(yùn)行，至今各工藝單元運(yùn)行良好，污水處理規(guī)模增至22.5萬(wàn) m3/d，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 評(píng)估MBBR升級(jí)改造基什島米爾莫哈納污水處理廠案列分析

與傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)（AS）相比，MBBR具有許多優(yōu)勢(shì)，包括與AS系統(tǒng)相比，運(yùn)行的配合物更少、對(duì)占地面積和反應(yīng)器體積要求較小、生物質(zhì)濃度高、抗水力和有機(jī)負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)。在工廠升級(jí)的極端負(fù)荷條件下，固體停留時(shí)間增加以及在極端負(fù)荷條件下具有較高的去除能力[3]。

1.2.1 升級(jí)改造分析

對(duì)污水處理廠的升級(jí)改造研究中，活性污泥工藝升級(jí)為MBBR工藝，并比較了不同的操作參數(shù)。本文在升級(jí)前和升級(jí)后進(jìn)行分析，在此期間，研究了改質(zhì)對(duì)有機(jī)負(fù)荷率（OLR）、混合液懸浮固體（MLSS）、混合液揮發(fā)性懸浮固體（MLVSS）、污泥停留時(shí)間（SRT）、污泥體積指數(shù)（SVI）、水力負(fù)荷率（HLR）等不同參數(shù)的影響，以及對(duì)化學(xué)需氧量、生化需氧量和總懸浮固體的去除效率。表1顯示了米爾莫哈納污水處理廠改造前后的不同特性。

表1 米爾莫哈納污水處理廠的不同特性

1.2.2 MBBR升級(jí)改造效果分析

在升級(jí)改造后可看出進(jìn)水流量對(duì)活性污泥工藝性能和MBBR的影響，比較了ASP和MBBR在不同操作條件下的COD去除效果。從圖3可以看出，盡管平均進(jìn)水流量增加了近一倍，同時(shí)將曝氣池減為一個(gè)，但MBBR工藝的效果與ASP基本相同，且隨著進(jìn)水流量的增加，兩系統(tǒng)的出水水質(zhì)都在緩慢惡化。從圖4看出MBBR改造對(duì)曝氣池水力停留時(shí)間的影響，由于增加進(jìn)水速度，平均水力停留時(shí)間從23.05±1.4小時(shí)降至5.62±0.15小時(shí)，升級(jí)后兩個(gè)曝氣池變?yōu)橐粋€(gè)。

圖5 結(jié)果表明，M B B R 升級(jí)改造后，平均O L R 提升到1.82±0.15 kg COD/m3/d。在不同的SRT條件下，對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)的MLSS和MLVSS進(jìn)行了定期測(cè)定，如圖6所示，懸浮態(tài)的常規(guī)ASP的MLSS為1 291±463 mg/L，而附加態(tài)的MBBR工藝MLSS平均值為7 382±272 mg/L，常規(guī)ASP的懸浮態(tài)MLSS為900±324，穩(wěn)定的MBBR工藝的MLVSS為5 168±190 mg/L（圖7）。

MBBR工藝已成功運(yùn)行于超負(fù)荷的污水處理廠。在短時(shí)間內(nèi)（HRT≈6 h），該工藝對(duì)COD<500 mg/L的生活污水處理廠進(jìn)行改造是有效的，并且污泥停留時(shí)間較長(zhǎng)（SRT≈29 d）。ASP和MBBR具有兩種相同的有機(jī)物去除效率，此時(shí)進(jìn)水流量從500 m3/d逐漸變?yōu)? 000 m3/d[4]，如圖8所示。MBBR工藝在COD去除效率方面優(yōu)于ASP，且升級(jí)前TSS的去除效率高于升級(jí)后；盡管升級(jí)后出水中TSS的含量在整個(gè)運(yùn)行期間低于用水的調(diào)節(jié)值（≥100 mg/L）。

污水處理廠升級(jí)到MBBR后，ASP的平均SVI為55±16，MBBR的平均SVI為51±9（圖9），升級(jí)后的SVI要比升級(jí)前低。

2 總結(jié)

國(guó)內(nèi)外污水處理廠在升級(jí)改造方面均存在明顯不足，從以上案列可看出包括常規(guī)的活性污泥和曝氣生物濾池，不能充分處理氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽造成的污染。

數(shù)學(xué)模型和仿真正日益成為污水處理廠優(yōu)化的工具，以補(bǔ)充完善建立的污水處理廠的設(shè)計(jì)程序，通過(guò)動(dòng)態(tài)條件下的模擬運(yùn)行，精確的廢水特性，以及對(duì)特定的污水處理廠運(yùn)行的化學(xué)計(jì)量和動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以獲得較好的污水處理效果。