水質凈化廠提標改造污染物深度去除實踐

文_林銳 于岑 鄭耀華 深圳市環境科學研究院

1 水質凈化廠現狀

本項目實施廠區為某水質凈化廠，該廠2006年建設，2009年正式投產，設計規模為300000m3/d，采用曝氣生物濾池工藝處置廢水，再通過紫外線對水質進行消毒，處理產生的污泥經機械濃縮脫水后外運處置。原水質執行標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準，提標改造的目標是主要指標出水水質符合《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅳ類水標準與《城鎮污水處理產污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A標準的較嚴者。由表1可知，該水質凈化廠對于水中化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、糞大腸菌群和懸浮物（SS）的去除效果較好，但對于氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）的處理很難滿足標準的要求，因此提標改造目標是實現這幾項污染物（特別是總氮）的深度去除。

表1 水質排放標準及水質凈化廠改造前檢測數據

2 改造工藝方案

2.1 AAO+磁混凝高效沉淀工藝

針對該水質凈化廠的水質處理現狀和要求，項目采用改造AAO+磁混凝高效沉淀工藝流程作為提標改造的主體工藝。AAO工藝通過構造厭氧-缺氧-好氧三種環境，使異養微生物菌群之間相互配合，代謝分解污染物實現脫氮除磷的效果。相較于普通的生物處理法，AAO工藝由于具有結構簡單、水流停留時間短、易于管理和運行等優點，已成為我國水質凈化廠最常用脫氮除磷工藝。

磁混凝高效沉淀工藝就是在常規沉淀的基礎上添加磁粉，在磁場的作用下去促進絮凝提的沉降，具體可分為兩種：①磁粉與混凝劑結合共同作用，在磁場內分離磁性絮狀體；②利用帶有絮凝作用的特異性磁種，通過其表面的特異性集團完成混凝作用。沉降后的污泥經過磁粉回收系統將污泥與磁粉分開，分離后磁粉返回沉淀工段重復利用。磁粉回收系統由高剪切機（對沉降物進行粉碎）和磁分離機（分離污泥及磁粉）兩部分組成。

2.2 具體實施方案

本次提標改造的主要內容包括：優化改造預處理沉淀池、生物濾池、二沉池，新建AAO生化池、磁混凝沉淀池、加藥間等，同時對所有設備進行維修升級。本次提標改造不涉及擴容，改造后的水處理能力仍為300000m3/d。改造后的水質凈化廠的工藝流程為“粗格柵+強化預處理沉淀池+細格柵+生物濾池+微砂沉淀池+AAO生化池+二沉池及集配水井+磁混凝沉淀池+磁粉回收系統+紫外線消毒+污泥處理系統”，具體工藝流程如圖1所示。

AAO工藝的重點在于活性污泥的培育：培育初期將溶解氧的濃度控制在2～4mg/L，同時應穩定碳源并適當曝氣；培育中期逐步提高污泥的濃度，控制pH、溶解氧、氨氮等指標。磁混凝高效沉淀工段在使用過程中應注意助凝劑添加順序、磁種粒徑、水環境等因素對絮凝效率的影響。此外，每月應對磁桶進行維護保養，確保其不受額外摩擦，保持正常運轉。

水中的COD一部分在厭氧池中通過微生物的吸附和生物脫磷被降解掉，另一部分在AAO系統中通過生物降解和硝化及反硝化作用去除。BOD在生物脫氮、脫磷過程中作為生物碳源被消耗掉。NH3-N在AAO系統中經過亞硝化和硝化細菌作用降解。TN通過氨化反應，被氨化菌分解轉化成氨態氮，然后在亞硝化和硝化細菌的作用下被轉化成亞硝酸胺和硝酸銨，再經過異養型兼性厭氧菌的反硝化反應被還原成氮氣。 聚磷菌在厭氧環境中釋放磷，在好氧狀態下會過量地攝取磷，再通過富磷污泥，從而達到去除TP的效果。

采用生物脫氮工藝時，BOD5/TN≥3.5時效率最優，根據水質凈化廠改造前檢測數據可得BOD5/TN=1.89。采用生物脫磷時，BOD5是除磷菌活動的基質BOD5/TP≥17時效率最優，水質凈化廠改造前BOD5/TN=13.25，因此為了實現高效率的脫氮和脫磷效果，應補充額外碳源。本方案采用乙酸鈉作為補充碳源。此外TN和TP的去除過程極易受到溶解氧、pH、溫度等條件的影響，因此選擇合適的工藝運行參數尤為重要。

此外，水質凈化廠所在區域還存在分季節運行模式，在旱季水量較小但污染濃度較高，水量組分變化較大的時期，提標改造后的水質凈化廠增加了加藥單元，可通過使用添加藥劑的手段（如使用聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁鐵等），進一步彌補在水質變化幅度較大情況下，系統除磷、氮效率不足等問題。

3 提標改造結果分析

3.1 檢測方法

對水質處理廠改造前后的進出水口的水質進行檢測，取樣為24h混合樣。本實驗中pH的檢測方法是《水質pH值的測定玻璃電極法》GB/T6920-1986，溶解氧的檢測方法是《水質溶解氧的測定 碘量法》GB/T7489-1987，COD的檢測方法是《水質化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》HJ 828-2017，BOD5的檢測方法是《水質 五日生化需氧量（BOD5）的測定稀釋與接種法》HJ505-2009，SS的檢測方法是《水質 懸浮物的測定 重量法》 GB/T11901-1989，氨氮的檢測方法是水質 氨氮的測定納氏試劑分光光度法》HJ535-2009，總氮的檢測方法是《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》HJ636-2012，總磷的檢測方法是《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》GB/T11893-1989，糞大腸菌群的檢測方法是《水質 糞大腸菌群的測定 多管發酵法》HJ347.2-2018。

3.2 提標改造結果

對水質處理廠改造前后的進出水口的水質進行檢測，具體水質處理情況如表2和表3所示。

表2 水質凈化廠提標改造前后檢測數據

表3 水質凈化廠提標改造前后部分污染物去除率比較

從表2、3數據分析可得，經過提質改造，水質凈化廠出水的各項指標同時符合GB3838-2002中Ⅳ類水標準的要求。改造后COD的去除效率由86.31%提升至91.28%，說明AAO工藝對有機物的沖擊負荷的抵抗力較強，去除能力有所提升。改造后的BOD5的去除效率也有所提高，由91.81%提升至93.12%。改造前后SS的去除效率差別不大。NH3-N的去除效率從95.52%提升至97.78%，TP的去除效率從84.40%提升至96.23%，TN改造前后的效率由74.47%提升至93.74%，提升的幅度較大，但去除效率仍有一定的提升空間。

4 結語

截止2019年底，全國城鎮水質凈化廠中有1550余家仍在執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中的一級A類標準，這占據了全國總廠數的53.20%，新一輪提標改造工作仍任重道遠。項目綜合考慮相關標準的要求、原水質凈化廠的處理工藝及現有設備、該區域的水質情況，研究確定了提標改造工藝，即通過改良AAO工藝，增加磁混凝高效沉淀工藝，去解決了出水中NH3-N、TN、TP不達標的問題，以期為水質凈化廠的提標改造工作提供借鑒。

此外，在實現污染物深度去除滿足現行標準的前提下，低碳環保的水質凈化工藝或許是將來的行業發展的重點。未來水質凈化廠的提標改造或許可以從優化工藝設計減少運營成本，調整區域布局減少管道迂回降低水頭損失，研發先進設備。