劉平波，張 俊，王家樂，汪 輝，趙 耀

（1.中國城市建設研究院有限公司湖北分院，湖北武漢 430040；2.中建三局工程設計有限公司，湖北武漢 430064；3.武漢科技大學城市建設學院，湖北武漢 430081；4.河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，河南鄭州 450044）

雄安新區(qū)某污水處理廠處理規(guī)模為5.0×104m3∕d，該廠主要生活污水和部分處理達標工業(yè)廢水出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 排放標準〔1〕。因雄安新區(qū)建設要求轄區(qū)內所有污水處理廠出水指標需達到準Ⅳ類水質標準后排放，因此需要在原有處理工藝基礎上進行提標改造，滿足新標準要求。本工程將雄安新區(qū)某污水廠的A2∕O 生化處理池內部改造，將其轉變成BioDopp 工藝，提升污水處理效果，達到削減COD、氨氮、TN 和TP 總排放量的目的。

1 方案設計

1.1 改造難點

該污水廠在提標改造前使用懸鏈式曝氣+A2∕O作為生化處理工藝，該套工藝使得A2∕O 池內曝氣效率提高，增氧能力和攪拌效果提高。該污水廠提標改造前后設計進出水水質見表1。

表1 提標改造前后設計進出水水質Table 1 Design water quality before and after upgrading

由表1 可知，現(xiàn)有懸鏈式曝氣+A2∕O 工藝出水穩(wěn)定，COD 和TP 指標均能滿足準Ⅳ類水體標準，但氨氮和TN 高于新標準限制，其中TN 需從12.23 mg∕L降低至10 mg∕L 以下，難以在現(xiàn)有工藝下調試達標，需要在原基礎上進行深度處理達到新出水要求。

同時，該水廠進水C∕N 低（C∕N=4.0），使得生化系統(tǒng)進行反硝化時，碳源不足導致電子受體較少，無法正常完成硝酸鹽轉化為氮氣這一過程，造成硝酸鹽積累，進而使得出水總氮濃度提升〔2〕。而且該水廠位于北方地區(qū)，冬季氣溫易低于0 ℃，不利于保持生物池微生物活性。

1.2 工藝比選

根據(jù)該污水廠的進出水水質要求，結合地域和場地特征，篩選出增設MBR和改造A2∕O池為BioDopp池2種深度處理工藝進行比選，以期選出最適合該污水處理廠實際情況的提標改造方案。方案比選見表2。

表2 方案比選Table 2 Comparison scheme

由表2可知，改造A2∕O池為BioDopp池的優(yōu)勢是充分利用已有構筑物進行設備內部改造，節(jié)省用地，改造后運行費用較低，調試成功后可自動化運行，因此最終選擇將A2∕O 池改造為BioDopp 池作為該污水廠提標改造方案，以期出水達到準Ⅳ類水質標準。

1.3 工藝改造流程

工藝改造流程見圖1。

圖1 提標改造工藝Fig.1 Upgrading and transformation process

本方案在A2∕O 池基礎上，內部改造成BioDopp池。通過改變溶解氧濃度與內部土建隔板將A2∕O 池原有的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和二沉池改造成BioDopp 池的除磷區(qū)、曝氣區(qū)、快速澄清區(qū)與空氣推流區(qū)。BioDopp 生化池的空氣推流區(qū)、曝氣區(qū)和澄清區(qū)采用鋼板隔離。總水力停留時間8 h。曝氣區(qū)采用原有的懸鏈曝氣方式，曝氣區(qū)溶解氧控制在1.2 mg∕L左右，溶解氧監(jiān)控探頭設置在曝氣區(qū)前段。BioDopp池設計總尺寸50 m×30 m，有效水深5.2 m，其中空氣推流區(qū)3.0 m×3.0 m，曝氣區(qū)29.4 m×3.0 m，快速澄清區(qū)4.0 m×3.0 m。調節(jié)池出水首先進入BioDopp 氣提區(qū)，該區(qū)把水推至曝氣區(qū)進行脫氮處理；之后水流進入除磷區(qū)進行化學除磷，除磷劑采用質量分數(shù)為40%的氯化鐵溶液，投加量為0.4 m3∕d；之后水流進入澄清區(qū)，澄清區(qū)采用斜板斜管填料進行泥水分離。

該構筑物地處冬季氣溫較低的華北地區(qū)，一方面鼓風曝氣吸入外部冷空氣打入池內，降低了池內溫度；另一方面BioDopp 池表面也會散發(fā)熱量，池內溫度降低，冬季水處理效果降低。因此需要對生化池進行保溫處理，該工程采用拱棚式結構，并在外部覆蓋高質塑料膜。拱棚式結構骨架采用DN15 鍍鋅鋼管，壁厚＞1.5 mm；每根骨架間距為1.2 m，高度為1.8 m。且為保證冬季出水達標，在BioDopp 池曝氣區(qū)投加叢毛單胞菌250 mg∕L，共計12 500 kg。叢毛單胞菌購買自武漢水之國科技環(huán)保有限公司。該類細菌為直桿或略彎曲的桿菌，屬于好氧或兼性厭氧非發(fā)酵革蘭氏陰性桿菌。

2 處理效果分析

工程進行提標改造后，在2018 年11 月到12 月期間監(jiān)測了該污水處理廠出水COD、TP、氨氮、TN等參數(shù)的變化。

2.1 COD 去除效果

COD 去除效果見圖2。

圖2 COD 去除效果Fig.2 COD removal effect

由圖2 可知，進水COD 波動較大，平均COD 為（150.67±31.83）mg∕L，出水平均COD 為（11.93±2.23）mg∕L。使用BioDopp 工藝提標改造后，出水COD 穩(wěn)定，符合準Ⅳ類水體要求。說明即使在冬季溫度較低的華北地區(qū)，BioDopp 工藝處理低COD 廢水時依舊能發(fā)揮良好作用。COD 去除率較高，說明在BioDopp 池中異養(yǎng)細菌含量高，這些異養(yǎng)菌通過呼吸作用攝取水中碳源為自身代謝提供能量，進而降低水中COD。

2.2 TP 的去除效果

TP 去除效果見圖3。

圖3 TP 去除效果Fig.3 TP removal effect

進水平均TP 為（3.68±2.10）mg∕L，出水平均TP為（0.11±0.06）mg∕L，TP 平均去除率為95.9%。在冬季，該地區(qū)TP 進水波動較大，最高進水TP 達到9.99 mg∕L，該 日 出水TP 僅為0.04mg∕L；最低進水TP為1.07mg∕L，該日出水TP 為0.09 mg∕L。由于該水廠進水為生活污水和部分工業(yè)廢水，根據(jù)當?shù)厮|調查，工業(yè)廢水中TP 較低且穩(wěn)定，因此進廠污水中TP 主要來源自生活污水。而生活污水中TP 來源自人類糞便，具有隨時間和空間變化明顯的特征〔3-4〕。因此，該水廠在冬季進水TP 波動值較大。但由于BioDopp 工藝除磷是通過生物除磷與化學除磷相結合的方式，使得系統(tǒng)TP 出水穩(wěn)定。

2.3 氨氮和TN 的去除效果

氨氮和TN 去除效果見圖4。

圖4 氨氮和TN 去除效果Fig.4 Ammonia and TN removal rate

運行BioDopp 工藝后，進水平均氨氮為32.43 mg∕L，出水平均氨氮為1.37mg∕L；進水平均TN為38.96 mg∕L，出水平均TN 為5.31 mg∕L。進水氨氮和TN 波動較大，但出水水質較為穩(wěn)定，但在2018 年11月13 日至2018 年11 月22 日這段時間內出水氨氮超出限制。分析原因為，該地區(qū)當時氣溫從平均7 ℃降低至-1 ℃。使得池內溫度由17 ℃降低至4 ℃，氨氧化菌的活性略有降低，進而導致出水氨氮不達標。但隨著氨氧化菌適應能力提升，氨氧化菌活性提升，出水氨氮達標，僅個別天數(shù)超出排放限值。

對比分析氨氮和TN 去除效果不難發(fā)現(xiàn)，采用BioDopp 工藝后，出水平均氨氮由原工藝的1.93 mg∕L降低至1.37 mg∕L，出水TN 由12.23 mg∕L 降低至5.31 mg∕L，下降幅度明顯?，F(xiàn)如今生化處理工藝存在一種蹺蹺板效應，即硝化過程與反硝化過程相互制約。池內溶解氧設定在1.2 mg∕L，在BioDopp 生化系統(tǒng)內好氧池階段溶解氧被大量消耗，硝化細菌處于缺氧階段，使得氨氮去除率下降。溶解氧被迅速消耗后，有利于反硝化過程，使得TN 去除效率上升。同時BioDopp 生化池中選取的叢毛單胞菌能在低溫條件下仍具備一定的外源代謝能力，確保溫度較低時出水氨氮和TN 達標〔5〕。

3 技術經(jīng)濟分析

本工程建設項目總投資3 493.20 萬元，其中：工程費2 817.64 萬元，工程建設其他費383.43 萬元，基本預備費160.05 萬元，建設期貸款利息116.70 萬元，流動資金15.38 萬元。

單位運行成本1.70 元∕m3，其中包括固定資產折舊費0.23元∕m3，資產攤銷費0.01元∕m3，電費、藥劑費合計1.20元∕m3，人工費0.10元∕m3，污泥外運成本0.16元∕m3。考慮到成本和資金流動，并滿足污水廠建設還款需求，理論綜合污水處理費用為1.75元∕m3。

在該項目投資建設中，存在收支不平衡風險。對污水廠建設進行盈虧平衡分析，計算盈虧平衡點，可以判斷出該污水處理廠達到設計生產能力的60.73%即可盈虧平衡。

4 總結與討論

該污水廠提標改造工程是在原有懸鏈曝氣+A2∕O工藝基礎上將A2∕O池改造成BioDopp生化反應器，有效提升了該水廠對COD、氨氮、TN、TP 的處理效果，達到準Ⅳ類水體排放要求，其中出水TN 穩(wěn)定小于10 mg∕L，優(yōu)于國家規(guī)定的對提標改造工程TN要求。該工程可為同類型的污水廠提標改造提供技術借鑒。