城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造工程實例
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摘要：對昆山某城鎮(zhèn)污水處理廠進行提標改造，綜合考慮該污水處理廠用地現(xiàn)狀，并結合工程投資、運行費用以及出水水質等因素，采用在生化池好氧部分增加懸浮填料+好氧前端部分改造為缺氧區(qū)+內回流點后移，并更換設備增加內回流比工藝方案進行提標改造。在不新增用地的情況下，改造后的工藝強化了對C、N、P的去除。提標改造完成后系統(tǒng)穩(wěn)定運行，出水中CODcr、TN、NH3-N和TP基本穩(wěn)定達到蘇州特別排放限值的要求。提標改造工藝的建設和運行費用較低，改造過程實施較快，后期管理簡單，出水水質滿足較高排放標準，且可為進一步水質提升預留空間。
關鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠；提標改造；懸浮填料；脫氮
近年來城鎮(zhèn)污水處理廠氮的排放標準不斷提高，江蘇省自2021年起將按照《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染排放限值》（DB32/1072-2018）執(zhí)行，出水TN濃度限值低于10mg/L。蘇州市《關于高質量推進城鄉(xiāng)生活污水治理三年行動計劃的實施意見》明確要求自2021年起，全市城鎮(zhèn)污水廠出水執(zhí)行“蘇州特別排放限值”，其中TN出水要求低于10mg/L。目前，常規(guī)城鎮(zhèn)污水廠脫氮工藝以生物處理法為主。活性污泥對氮的去除主要是通過硝化及反硝化菌的生物作用實現(xiàn)，影響微生物環(huán)境的參數(shù)(如進水水質、DO、有毒物質等)變化會對整個系統(tǒng)的微生物脫氮速率產生影響從而限制氮的去除，大多數(shù)城鎮(zhèn)污水廠總氮出水不穩(wěn)定的主要影響因素有進水碳源、內回流比、回流硝化液DO以及缺氧區(qū)混合方式等。昆山某城鎮(zhèn)污水廠依據(jù)《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB32/1072提標技術指引》，按照“一廠一策”的要求，采用“生化池好氧部分增加懸浮填料+好氧前端部分改造為缺氧區(qū)+內回流點后移并更換設備增加內回流比”方案進行提標改造，在區(qū)域內具備類似潛能的城鎮(zhèn)鎮(zhèn)污水處理廠提標改造中具有代表性。
1項目概況
1.1項目基本情況
該廠設計規(guī)模20萬m3/d，采用“A2/O+高效沉淀池+V型濾池+紫外消毒”工藝，出水指標執(zhí)行一級A標準，主要處理區(qū)域內的生活污水。由于無法進行長時間停水改造，提標方案需因地制宜，選用改動較小、運行可靠的方案。在對現(xiàn)有工藝全流程參數(shù)及運行數(shù)據(jù)進行充分分析后，改造方案確定為“在生化池好氧段的增加懸浮填料+好氧進水前端改造為兼氧區(qū)+內回流點后移并增加內回流比”，提標改造設計進出水水質如表1所示。
1.2存在問題與分析
1.2.1污水廠進水水質情況該污水廠已穩(wěn)定運行多年，為合理確定提標改造工程的設計進水水質提供了可靠的依據(jù)，圖1分別對該污水處理廠2016年1月～2019年3月的實際進水水質中的CODcr、NH3-N、TN、TP進行了統(tǒng)計。圖1表明進水水質總體穩(wěn)定，大多時間低于設計水質。自2018年起，進水CODcr、NH3-N、TN、TP較之前有一定幅度的提升，基本達到或接近設計水質，這與該區(qū)域正在推進的污水廠提質增效三年行動計劃有較大關系。
1.2.2污水廠出水水質情況圖2對該廠2018年至2019年的出水水質進行了統(tǒng)計分析。從圖2可以看出，自2018年出水CODcr、氨氮、總氮以及總磷基本達到了江蘇省DB32/1072-2018表1中的標準，而自2019年除總氮以外基本滿足蘇州特別排放限值，主要是昆山市自2019年起對全市污水廠出水達到蘇州特別排放限值制定了獎勵政策，使得各污水廠均加強了運行的精細化管控。通過上述分析，該廠本次提標需要重點解決的是出水總氮。對進水中可溶性難降解COD、出水中TN以及TP的組成進行了多次分析得出進水中可溶性難降解COD比例不超過5%，出水總氮中超過85%為硝態(tài)氮，總磷超過95%為正磷酸鹽，說明通過強化生化處理效率和末端精確加藥可以實現(xiàn)本次提標改造目標。
2提標改造工程設計
2.1提標改造工藝選擇
針對總氮的改造路線有兩種：一是末端解決，應用較多的是增加反硝化濾池，但該廠內用地緊張，且反硝化濾池依賴輔助碳源，運行成本高且對出水COD控制有一定風險；二是在生化段解決總氮問題，針對反硝化的主要影響因素碳源、缺氧停HRT、內回流比等，采用外加碳源、增加缺氧HRT及內回流比等達到降低出水總氮的目的。根據(jù)污水廠用地現(xiàn)狀，結合投資和運行費用，選擇在生化段進行強化的改造思路進行本次提標，該方案投資低、改造實施快、運行費用低、后期管理簡單，能滿足較高的排放標準。
2.2提標改造工程方案設計
本次改造均在原構筑物內完成，通過對現(xiàn)有池容的切割再分配來滿足不同功能區(qū)需求，具體改造內容包括：①將好氧前端1hHRT的池容改造為兼氧區(qū)并設置攪拌器，并增加擋墻避免后端曝氣返混；將配水渠道延伸至缺氧，增加利用進水碳源優(yōu)先脫氮的調控手段。②在好氧段中間三分之一池容內投加懸浮填料，新增鋼結構配水渠、進出水攔截篩網和輔助曝氣，形成泥膜共用系統(tǒng)。③將內回流點由原先的好氧段三分之二處(穿墻泵設計)后移至好氧末端，保證內回流液硝態(tài)氮濃度。④新增內回流泵，改造后最大內回流比為400%。⑤新增碳源投加裝置，作為冬季低溫以及出水總氮波動時的應急設施，并增加在線硝氮儀表便于精準調控。通過對生化池容的再分配，擴大缺氧區(qū)，滿足反硝化需求，硝化不足部分通過投加懸浮填料補足。懸浮填料區(qū)采用微動力混合，不增加推流器，僅靠輔助曝氣及新增配水渠形成的水力條件實現(xiàn)填料良好流化。投加懸浮填料總有效比表面積超過1.5×106m2，規(guī)格為直徑25mm，高度10mm，掛膜后密度與水接近，可形成良好的懸浮效果。
3提標改造的運行效果分析
2019年4月開始先后對四組生化池進行改造并于7月底完成。因該污水廠基本滿負荷運行，改造完成一組隨即就進行調試運行，最早的5月進行調試運行，最后一組8月投入調試運行。
3.1對總氮的去除效果
在不外加碳源的情況下，改造后出水TN較之前下降了約2mg/L，基本達到蘇州特別排放限值的要求(見圖3)。分析原因，一是擴大了缺氧區(qū)使反硝化更加充分，增加缺氧配水使原水碳源能優(yōu)先用于反硝化；二是內回流點后移讓回流液攜帶的DO明顯降低，同時回流比的提升也讓調控手段更靈活；三是可能在懸浮填料區(qū)出現(xiàn)了同步硝化反硝化現(xiàn)象。隨著填料掛膜的進一步成熟，填料上的好氧、缺氧層逐漸穩(wěn)定，通過優(yōu)化控制極有可能進一步提高填料的SND作用。
3.2對氨氮的去除效果
改造前出水氨氮雖然較低，但波動大且時常出現(xiàn)超過2mg/L的情況。改造后出水氨氮基本穩(wěn)定在0.5mg/L以下(見圖4)。目前懸浮填料雖已掛膜，但處理效果尚未完全穩(wěn)定。隨著懸浮填料生物膜的進一步成熟，系統(tǒng)出水氨氮穩(wěn)定性將會增強。懸浮填料上的泥齡一般大于30d，有利于長泥齡的硝化菌群富集。
3.3對COD和TP的去除效果
改造完成后出水COD基本穩(wěn)定在30mg/L下(見圖5)，與該廠自2019年以后的出水COD變化不大，但穩(wěn)定性明顯增強。改造后出水TP基本穩(wěn)定在0.2mg/L以下(見圖6)。在未額外增加PAC投加量情況下，出水TP濃度顯著降低且穩(wěn)定性增強，這是由于投加了懸浮填料后，釋放了系統(tǒng)的懸浮態(tài)污泥，適當縮短了泥齡，有助于強化生物作用的除磷效果。該提標改造工程總投資約3650萬元，新增直接運行成本主要為新增設備的動力消耗，改造部分新增電耗約0.02kwh/m3。
4結語
采用生化池好氧部分增加懸浮填料+好氧前端部分改造為缺氧區(qū)+內回流點后移并更換設備增加內回流比工藝對污水處理廠進行提標改造，通過對原生化池主體池容的切割和合理再分配，利用較短時間完成提標改造工程并短期內實現(xiàn)改造后工藝運行的高效穩(wěn)定。在總處理水量不變的情況下，提標改造后出水中CODcr、TN、NH3-N和TP基本穩(wěn)定達到蘇州特別排放限值的要求，出水水質穩(wěn)定性增強，其經驗可供類似污水廠提標改造工程借鑒。
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作者：蘇大雄 單位：昆山建邦環(huán)境投資有限公司
