北京市城鎮(zhèn)污水處理廠出水提標(biāo)工藝研究

楊永義，姚 寧，康家偉，謝正威

(北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100048)

1 概述

隨著北京市的建設(shè)發(fā)展，市政府制定了一系列治污條例及治理要求，為控制污染，保護(hù)環(huán)境和人體健康，加強(qiáng)對(duì)北京市行政區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的排放控制和管理，制定《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)，北京市對(duì)城市生活污水處理的普及和污水的深度處理提出了更高要求。隨著膜生物處理技術(shù)MBR及其組合工藝研究的不斷深入［1-2］，結(jié)合目前成熟的脫氮除磷工藝［3-5］，根據(jù)水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，選擇不同的工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 工程概況

北京郊區(qū)污水處理廠一期工程建于2004年，處理能力為4萬m3/d，采用氧化溝處理工藝:粗格柵—細(xì)格柵—氧化溝—二沉池—消毒池－排放，出水達(dá)到國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn);二期再生水廠工程建于2008年，處理能力為4萬 m3/d，采用MBR工藝:粗格柵—細(xì)格柵—MBR組合池—消毒池－排放，出水達(dá)到再生水利用標(biāo)準(zhǔn)(河道－觀賞性景觀環(huán)境用水);污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)見圖1～圖5。但是隨著生活污水濃度的上升和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理廠的排水已明顯達(dá)不到污染物控制的要求，水質(zhì)提標(biāo)前后主要水質(zhì)對(duì)比見表1。要實(shí)現(xiàn)出水滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行相應(yīng)的改造或新建污水處理廠，針對(duì)現(xiàn)狀，結(jié)合水廠多年的運(yùn)行水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，提出適合新標(biāo)準(zhǔn)的污水處理工藝，并為污水處理廠的升級(jí)改造提供參考。

3 運(yùn)行狀況分析及總結(jié)

3.1 CODcr分析

3.1.1 污水廠原水CODcr濃度分析

在約兩年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，原水 CODcr濃度變化，由圖1分析可知:3.8%的水質(zhì)濃度在168～300mg/L;14.3%的水質(zhì)濃度在300～400mg/L;22.6%的水質(zhì)濃度在400～500mg/L;18.3%的水質(zhì)濃度在500～600mg/L;16.1%的水質(zhì)濃度在600～700mg/L;16.1%的水質(zhì)濃度在700～900mg/L;8.8%的水質(zhì)濃度在900mg/L以上。

通過以上分析，原水水質(zhì)與典型生活污水水質(zhì)(CODcr:高濃度1000mg/L;中濃度400mg/L;低濃度250mg/L)比較可知:81.9%的水質(zhì)屬于中高濃度范疇，僅僅18.1%屬于中低濃度。總之，原水CODcr濃度總體偏高，水質(zhì)波動(dòng)較大。

3.1.2 污水廠出水CODcr濃度分析

(1)氧化溝工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水26.3%的水質(zhì)濃度不大于30.0mg/L;85.2%的水質(zhì)濃度不大于60mg/L;99.7%的水質(zhì)濃度不大于100mg/L;針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1B標(biāo)準(zhǔn)僅有26.3%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

(2)MBR工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水52.3%的水質(zhì)濃度不大于30mg/L，其中80%原水濃度在600mg/l以下;90.0%出水的水質(zhì)濃度不大于60mg/L;100%的水質(zhì)濃度不大于100mg/L;針對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1B標(biāo)準(zhǔn)有52.3%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

圖1 進(jìn)水CODcr濃度的變化

圖2 進(jìn)水NH3-N、TN、TP濃度的變化

3.1.3 CODcr指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

污水處理廠進(jìn)水濃度約60%的水質(zhì)濃度大于500mg/L;進(jìn)水CODcr濃度偏高;

氧化溝工藝出水水質(zhì)總體穩(wěn)定，波動(dòng)很小，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)出水影響較小;

氧化溝工藝已不能夠徹底滿足目前進(jìn)水濃度偏高和水質(zhì)提標(biāo)的處理要求。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)波動(dòng)受進(jìn)水水質(zhì)影響，出水水質(zhì)濃度波動(dòng)較大:1月、3月、4月、11月;其它月份水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。

圖3 氧化溝和MBR工藝出水CODcr濃度的變化

圖4 氧化溝和MBR工藝出水NH3-濃度的變化

圖5 氧化溝和MBR工藝出水TP濃度的變化

出水水質(zhì)有52.3%達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如原水CODcr在400mg/L以下，MBR工藝完全滿足新標(biāo)要求;因此，此工藝適合水質(zhì)保障要求。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR法工藝77%的出水優(yōu)于氧化溝工藝出水水質(zhì)，MBR法工藝有58.6%的出水比氧化溝工藝出水提高在20%以上;

氧化溝工藝穩(wěn)定，但出水不能滿足提標(biāo)后的水質(zhì)要求;

MBR工藝耐沖擊能力偏弱，但出水水質(zhì)有保障。

3.2 NH3－N分析

3.2.1 污水廠原水NH3-N濃度分析

由圖2分析NH3－N濃度可知:6.0%的水質(zhì)濃度在9.88～20mg/L;23.0%的水質(zhì)濃度在20～30mg/L;38.1%的水質(zhì)濃度在30～40mg/L;23.0%的水質(zhì)濃度在40～50mg/L;6.6%的水質(zhì)濃度在50～60mg/L;3.3%的水質(zhì)濃度在60mg/L以上;綜合分析83%的進(jìn)水濃度在20～50mg/L。

通過以上分析，67.1%的原水水質(zhì)屬于典型生活污水水質(zhì)(NH3－N:高濃度85mg/L;中濃度40mg/L;低濃度20mg/L)中低濃度，進(jìn)水濃度總體穩(wěn)定。

3.2.2 污水廠出水NH3－N濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，18.2%的水質(zhì)濃度不大于1.50mg/L;28.2%的水質(zhì)濃度不大于5.0mg/L;45.6%的水質(zhì)濃度不大于8.0mg/L;48.3%的水質(zhì)濃度不大于10.0mg/L;57.1%的水質(zhì)濃度不大于20.0mg/L;66.9%的水質(zhì)濃度不大于25.0mg/L;33.1%的水質(zhì)濃度大于25.0mg/L;最高值達(dá)到51.8mg/L;平均值15.4mg/L。針對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)僅有18.2%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

出水水質(zhì)波動(dòng)分析。1、2、3月份水質(zhì)穩(wěn)定;4月中旬到6月中旬水質(zhì)波動(dòng)較大;6月中旬至12月份出水水質(zhì)穩(wěn)定。

(2)MBR工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，90.2%的水質(zhì)濃度不大于1.50mg/L;平均值0.54mg/L。

水質(zhì)波動(dòng)分析。除9月至10月中旬出水不穩(wěn)定外，總體出水水質(zhì)穩(wěn)定。

出水水質(zhì)基本達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)(《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB11/890-2012)的表1B標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 NH3-N指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)波動(dòng)較大，出水NH3-N達(dá)不到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)總體穩(wěn)定，出水NH3-N能達(dá)到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR工藝出水NH3-N遠(yuǎn)比氧化溝工藝好;MBR工藝出水能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 TP分析

3.3.1 污水廠原水TP濃度分析

由圖2進(jìn)水濃度分析，29.3%的水質(zhì)濃度在5.0mg/L以下;42.3%的水質(zhì)濃度在5.0～8.0mg/L;10.7%的水質(zhì)濃度在8.0～10.0mg/L;16.5%的水質(zhì)濃度在10.0～20.0mg/L;1.2%的水質(zhì)濃度在20mg/L以上;綜合分析可知58.0%的原水水質(zhì)屬于典型生活污水水質(zhì)(NH3-N:高濃度15mg/L;中濃度8mg/L;低濃度4mg/L)中低濃度;進(jìn)水水質(zhì)變化頻率高。

3.3.2 污水廠出水TP濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度分析。由圖5分析，53.2%的水質(zhì)濃度不大于0.2mg/L;75.0%的水質(zhì)濃度不大于0.3mg/L;87.3%的水質(zhì)濃度不大于0.5mg/L;98.1%的水質(zhì)濃度不大于1.0mg/L;僅有1.9%的水質(zhì)濃度大于1.0mg/L。75.0%的出水水質(zhì)能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

去除率分析。TP去除率比較穩(wěn)定，94.4%的水質(zhì)去除率在90%以上;74.8%的水質(zhì)去除率在95%以上;僅5.6%的水質(zhì)去除率在90%以下。

(2)MBR工藝

出水濃度分析。由圖5分析，38.0%的水質(zhì)濃度不大于0.2mg/L;48.6%的水質(zhì)濃度不大于0.3mg/L;74.3%的水質(zhì)濃度不大于0.5mg/L;88.1%的水質(zhì)濃度不大于1.0mg/L;11.9%的水質(zhì)濃度大于1.0mg/L。僅38.0%的出水水質(zhì)能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

去除率分析。TP去除率不穩(wěn)定，70.9%的水質(zhì)去除率在90%以上;50.0%的水質(zhì)去除率在95%以上;29.1%的水質(zhì)去除率在90%以下。

3.3.3 TP指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水TP基本達(dá)到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;原水濃度波動(dòng)對(duì)出水影 )響不大。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較大，出水TP達(dá)不到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;MBR工藝對(duì)于指標(biāo)TP的去除不易控制，不利于污染物的去除;

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

氧化溝工藝出水TP遠(yuǎn)比MBR工藝好;氧化溝工藝出水TP基本能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 污水廠運(yùn)行總結(jié)

(1)目前生活水平的提高，污水中各水質(zhì)指標(biāo)偏高:CODcr指標(biāo)有60%的水質(zhì)濃度在500mg/l以上;NH3－N指標(biāo)有10%的水質(zhì)濃度在60mg/l以上;TP指標(biāo)有18%的進(jìn)水濃度在10.0mg/l以上。

(2)MBR膜工藝比常規(guī)氧化溝工藝:CODcr去除效率提高約20%;NH3－N去除率提高約50%;TP去除率降低50%。

(3)常規(guī)氧化溝工藝耐沖擊，CODcr、TP指標(biāo)出水穩(wěn)定，尤其出水TP基本能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)MBR膜工藝COD、NH3－N出水指標(biāo)好，但出水濃度受原水濃度波動(dòng)影響較大;因此MBR工藝在穩(wěn)定進(jìn)水條件下，適合作為保障出水的核心工藝。

4 綜合分析

針對(duì)表1內(nèi)容，結(jié)合以上分析，目前滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002排放標(biāo)準(zhǔn)的成熟工藝［6］-［7］很多。但水質(zhì)提標(biāo)后，需要重點(diǎn)考慮的是NH3－N和TP的去除，而且兩水質(zhì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的工藝條件相斥。在傳統(tǒng)脫氮和除磷工藝中，反硝化菌和聚磷菌就脫氮和除磷兩個(gè)過程扮演著兩個(gè)獨(dú)立的角色，即都利用有機(jī)碳源進(jìn)行獨(dú)立的反硝化和吸、放磷，因此在同一系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)水C/N比值較低時(shí)，碳源成了兩者的限制性因素。針對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)的提標(biāo)，結(jié)合以上分析，必須是一級(jí)處理實(shí)現(xiàn)初次脫氮除磷，因此要求一級(jí)處理具有初次脫氮除磷的粗曠生物環(huán)境和生物種類;二級(jí)處理采用深度處理工藝以保障出水水質(zhì)(CODcr、NH3－N、TP);一、二級(jí)中間設(shè)生物隔離器，實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)兩個(gè)獨(dú)立、不同、穩(wěn)定的生物環(huán)境以確保出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論與建議

(1)針對(duì)北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB11/890-2012，新建污水廠建議采用改進(jìn)型兩級(jí)生物處理工藝:一級(jí)處理(A2O、CASS、氧化溝、生物接觸氧化等)+生物隔離器(沉淀、過濾、氣浮、磁分離、消毒等)+二級(jí)處理(氧化塘、濕地、BAF、MBR等)。

(2)需提標(biāo)改造的污水處理廠:一級(jí)常規(guī)脫氮除磷工藝的出水(泥水分離消毒后的上清液)，作為二級(jí)工藝(能夠控制具有大量比一級(jí)工藝較高等的微生物群落)的進(jìn)水，在控制兩級(jí)完全不同的生物環(huán)境、生物種類等的條件下，提高了出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合原工藝，增設(shè)或改造相關(guān)泵站、工藝流程等，實(shí)現(xiàn)新工藝一、二級(jí)的工況要求。

(3)污水處理廠應(yīng)有與時(shí)俱進(jìn)管理理念，不斷的調(diào)整(改造、組合)工藝細(xì)節(jié)，提高污水處理廠的處理能力。

(4)加強(qiáng)污水處理廠的運(yùn)營(yíng)管理，提高運(yùn)營(yíng)管理人員的水平。

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