城鎮污水處理廠提標改造工程及運行

于川，崔明

（天津市生態環境監測中心，天津 300000）

0 引言

天津市某污水處理廠設計污水處理能力為45萬m3/d，收水范圍廣，水量充足且占比高，其進水水質特征可在一定程度上代表天津市生活污水基本特征。尾水排入附近排水河，出水水質滿足國標一級B，污水處理采用強化生物脫氮除磷工藝，污泥處理使用二級中溫厭氧消化工藝，經濃縮、消化、脫水、干化處理后外運處置。2015年9月25日，天津市出臺了新地標，需對該污水處理廠進行工藝技術革新，將出水水質由國標一級B標準提升到新地標A標準?？紤]該污水處理廠地處環城發展核心區域，周邊已建成大型居住區，為減輕污水處理廠運行過程產生的污染物影響周邊居民的生活，結合提標要求，對其實施遷址重建和水質提標。

1 工程概況

提標改造前某污水處理廠采用“初沉池+強化脫氮生物池（BNR工藝）+二沉池+加氯消毒”工藝。一級處理構筑物主要包括進水泵房、粗格柵、細格柵、旋流沉砂池及初沉池；二級處理構筑物主要包括BNR生物反應池、二沉池等；消毒及出水構筑物包括接觸消毒池及加氯間、出水泵房。污泥處理工藝分為兩部分：第一部分采用“重力濃縮+厭氧消化+機械脫水+污泥干化”工藝；第二部分采用“機械濃縮+機械脫水+污泥干化”工藝，除臭措施采用CYYF全過程除臭工藝。進出水水質情況見表1。

表1 該城鎮污水處理廠原進出水水質情況（單位：mg/L）

2 原工程問題分析

（1）污水廠收水范圍內水量日趨擴大，日進水水量波動較大，會對現行運行工藝造成沖擊，對穩定運行造成一定的影響。

（2）由于污水廠收水范圍內水量日趨擴大及部分工業污水的接入，致使污水中工業水比例增大（約為總水量的10%），NH3-N、TN濃度偏高，進水B/C的平均值為0.35、B/N的平均值為3.07偏低。實際進水各項指標每天均有較大波動，對污水廠運行造成一定的沖擊，近年來工業污水占比加劇，增加了處理難度，而NH3-N、TN指標偏高說明是該區域污染企業長時間、穩定的排污造成的。因此出水水質不能滿足新地標要求。

3 提標改造后工藝流程

該污水處理廠遷建提標改造后污水處理工藝流程情況如下：

（1）污水首先通過粗細格柵和沉砂池去除污水中較大的懸浮物和無機砂粒，進而通過初沉池去部分SS。

（2）經過速沉池的污水進入生物反應池，在每一段生物池中依次發生硝化反應、反硝化反應、厭氧釋磷反應及好氧氧化及吸磷反應，反應池整體污泥濃度維持在較高水平，從而在相同池體體積前提下，可降低有機負荷，從而提高生物處理效率。

（3）反應池最終出水進入矩形周進周出二沉池，該種形式的二沉池具有形狀規則、占地較小、表面負荷大，排泥濃度高等特點。混合液在二沉池中進行泥水分離，分離后的污水重力流入深度處理單元（反硝化生物濾池、高密度澄清池、V型濾池和臭氧催化氧化池），污泥則進入污泥處理單元。

（4）為保證出水TN達標，在二沉池后設置反硝化生物濾池，這是一種占地小、且具有良好TN處理能力的工藝單元。在反硝化生物濾池后設高密度澄清池，通過投加混凝藥劑和輔助物料后，進一步去除水中的SS和磷。在高密度澄清池后設置V型濾池，將其作為本工藝流程的對SS的最終保障措施。經過濾后的污水進入臭氧催化氧化池，通過臭氧的高效處理能力，去除污水中的殘余COD，并降低污水的色度，使之滿足標準的出水要求。最后處理水通過紫外消毒后進入外排泵站，通過泵站提升后排入附近排污河。

（5）生化池剩余污泥及初沉污泥通過污泥泵排入污泥儲泥池，而后與經過預濃縮的化學污泥混合，通過帶式濃縮脫水一體機對混合污泥進行濃縮及脫水，脫水后的泥餅通過車輛外運至污泥處理廠。脫水后的污水自流至廠內下水管道，回至粗格柵前端，再次進入污水處理系統中進行處理。

4 提標改造后穩定達標分析

該污水處理廠經過遷建提標改造后能夠在近期收水范圍與現狀一致的情況下提升出水水質至新地標A標準，由表2污水處理廠穩定運行后的檢測數據可以看出，出水水質優于新地標A排放標準，水質良好，能夠達到達標排放。對于污水處理廠是否能夠長期做到達標排放，需要時刻關注其動態變化對出水水質影響，而動態變化可以用數理統計的方法進行分析，研究表明，污水處理廠的出水水質基本服從對數正態分布規律[1-6]。為進一步論證某污水處理廠提標改造后出水水質的穩定性，對該污水處理廠提標改造后在線監測數據進行統計分析。

遷建提標改造后污水處理廠出水水質中COD去除率均值由92.00%提升至96.71%，BOD5去除率均值由95.75%提升至97.21%，SS去除率均值由93.33%提升至100.00%，TP去除率均值由86.19%提升至99.60%，NH3-N去除率均值由97.61%提升至99.57%，TN去除率均值由68.67%提升至83.68%。

表2 提標改造后實測進出水水質統計表

圖1 提標改造后出水污染物直方圖與概率分布圖

由出水水質數據的頻數分布直方圖可以看出某污水處理廠的出水水質數據服從對數正態分布曲線。目前，穩定達標沒有明確的定義，但它可以在一定程度上反應污水處理廠系統的可靠性，從而得出出水水質出現超標的可能性，Niku[1]在1979年提出了可靠性系數的概念，并被推薦為污水處理設計取值的依據[7]，其公式如下所示：

式中：mx為運行的出水平均值；ΧS為出水標準值；COR為可靠性系數。

在Niku的研究基礎上，Oliveira[8]提出了用于對污水處理廠處理工藝的可靠度計算方法如下：

式中：Z1-a為分位數；m′x為實際出水值；CV為變異系數。

經計算得出COD、NH3-N、TN、TP的變異系數分別為：0.219、1.670、0.156、0.960；出水標準分別為：30mg/L、3.0mg/L、10mg/L、0.3mg/L；以實際出水最大值代表實際出水值，分別為：25.13mg/L、1.49mg/L、9.9mg/L、0.22mg/L，帶入上式計算得Z1-α分別為：0.926、1.182、0.133、0.777，查標準正態分布表，相應得出1-α分別等于0.82、0.88、0.55、0.78。說明該污水處理廠在保證運行條件一致的基礎上，出水實際值為本次在線監測數據最大值的情況下，出水COD達到30mg/L的可靠度是82%，即可保證80%的穩定達標，同理NH3-N、TP、TN穩定達標率分別為88%、55%、78%，結果表明，該污水處理廠COD、NH3-N、TP基本可以做到穩定達標，運行過程需特別注意出水TN達標情況。

5 提標改造工程效益分析

本遷建提標改造項目投資219349萬元，2019年10月正式穩定投產運行。提標改造工程的實施，其設計思路可為其他污水處理廠提標工藝選擇提供借鑒，首先要充分考慮污水處理廠的進水水量和水質特性，結合現狀處理工藝，針對性提出現存問題及提標改造設計重點，在節約占地、成本等基礎上，盡量選擇對現有工藝進行技術革新或增設深度處理工藝設施，原則上以水質特性及提標的重點優化二級處理工藝或匹配深度處理工藝。該污水處理廠為大型污水處理基礎設施，存在收水范圍逐漸擴增，工業廢水的接入比例不斷上升的趨勢，而這也是絕大部分大型污水處理廠所面臨的問題，這種現象會使得進水水質NH3-N、TN濃度偏高，而實際反硝化環境控制難度較大，碳源明顯不足，不利于反硝化反應過程，脫氮則為提標改造的重點，對于進水中有機物必須優化考慮脫氮需要，因此，會對生物除磷效果將會帶來影響，進而必須考慮化學輔助除磷。

該污水處理廠遷建提標改造工程的實施，在環境效益上可以進一步改善所在區域受納水體的水環境質量，削減水污染物排放量，其中COD消減量為4380t/a，氨氮消減量為859t/a；在社會效益上，可進一步提高基礎設施水平，促進區域經濟發展，提高所在區域的環境質量水平，改善本區的農業灌溉用水水質，保障農業和人民用水安全。

6 結論

工程經遷建提標改造后，主體工藝為采用多級AO工藝，外加碳源，提升脫氮除磷能力，同時增設三級處理工藝，進一步去除SS和有機物、強化脫氮除磷效果，保障出水水質。經改造后出水主要污染物COD、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP去除率較改造前分別提升4.71%、1.46%、6.67%、1.97%、15.02%、13.41%，脫氮除磷效果明顯，出水水質優于改造前，能夠滿足更加嚴格的新地標排放標準，改造工程合理可行。該工藝運行穩定，處理效果良好，可改善周邊水環境質量，同時可為其他污水處理廠提標改造工程提供參考。