組合工藝在再生水廠的應(yīng)用分析

王筱菊，姚 寧，高云柱，謝正威，陳 振

(1.北京市水務(wù)規(guī)劃研究院，北京 100048；2.北京市密云水庫管理處，北京 101500；3.北京市水務(wù)局政務(wù)服務(wù)中心，北京 100038)

1 概述

為改善延慶新城地區(qū)污水收集處理基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱、滯后于地區(qū)發(fā)展的情況，建設(shè)了延慶城西再生水廠工程。該工程實(shí)現(xiàn)了污水資源化，緩解了該地區(qū)水資源緊缺和水環(huán)境污染2大難題。延慶城西再生水廠于2017年通水調(diào)試，2019年1月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營。該水廠自2018年9月30日起開始向世園會園區(qū)供應(yīng)再生水，2019年圓滿完成了世園會再生水供水保障工作，全年供水累計(jì)超過200萬m3。

2 水質(zhì)分析

2.1 進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)

選取2019年9月—2020年8月延慶城西再生水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行對比分析。各進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 延慶城西再生水廠進(jìn)水水質(zhì)表 單位：mg/L

該水廠進(jìn)水水質(zhì)總體比較穩(wěn)定，COD、BOD5、TP大部分時間的進(jìn)水濃度及平均濃度低于設(shè)計(jì)值，而TN、NH3-N進(jìn)水平均濃度與設(shè)計(jì)值相近。在實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)更關(guān)注對TN、NH3-N的去除效果；針對進(jìn)水BOD5比較低的特點(diǎn)，可考慮在必要時，投加碳源增強(qiáng)污水的可生化性和提高其生物脫氮除磷效能。

2.2 出水水質(zhì)要求

該水廠出水近期作為河道補(bǔ)水，排至媯水河，遠(yuǎn)期作為中水回用。出水水質(zhì)需滿足DB 11/890—2012《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]，具體見表2。

表2 延慶城西再生水廠出水水質(zhì)表 單位：mg/L

3 延慶城西再生水廠主體工藝選擇

3.1 工藝流程

延慶城西再生水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為6×104m3/d，總變化系數(shù)為1.36，水處理整體工藝流程如圖1所示。

圖1 延慶城西再生水廠水處理工藝流程

該水廠出水標(biāo)準(zhǔn)中對氮、磷的控制要求嚴(yán)格，根據(jù)國內(nèi)外工程實(shí)踐和運(yùn)行效果，選擇具有強(qiáng)化生物脫氮除磷的A2/O工藝。因該水廠占地緊張、出水要求高等因素，選擇具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)的MBR工藝。因此，延慶城西再生水廠二級處理(生物處理)選擇A2/O與MBR相結(jié)合的A2/O-MBR工藝。

A2/O生物池采用逐級回流方式進(jìn)行改良，分別設(shè)置缺氧區(qū)至厭氧區(qū)、好氧區(qū)至缺氧區(qū)、膜池至好氧區(qū)回流系統(tǒng)。其中，缺氧區(qū)進(jìn)水處設(shè)醋酸鈉投加點(diǎn)，當(dāng)進(jìn)水碳源不足時，啟動碳源投加系統(tǒng)；好氧區(qū)出水設(shè)固定堰，堰后預(yù)留PAC投加點(diǎn)，用于化學(xué)除磷。該水廠生物處理流程如圖2所示。

圖2 延慶城西再生水廠生物池工藝流程

經(jīng)過A2/O-MBR工藝的城市污水，COD可在30mg/L以下[2]，仍不能滿足該水廠出水水質(zhì)要求(20mg/L)。因此應(yīng)選擇對不可生物降解、溶解性小分子有機(jī)物具有吸附降解作用，對NH3-N、糞大腸菌群等也具有一定去除作用的O3-BAC工藝[3-5]作為深度處理。

3.2 工藝特點(diǎn)

針對常規(guī)污水處理中的去除難點(diǎn)，分別選擇了不同的處理技術(shù)：對于難以去除的NH3-N，采用改良型A2/O工藝進(jìn)行處理；通常脫氮和除磷對A2/O工藝的污泥齡、有機(jī)負(fù)荷、碳源等工藝條件設(shè)置是矛盾的[6]，在好氧區(qū)末端預(yù)留PAC投加點(diǎn)，用于化學(xué)除磷；生物池采用逐級回流方式，控制缺氧池出流水硝酸鹽濃度，降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響；對于出水COD較低濃度的要求，選MBR與O3-BAC工藝保證了出水COD達(dá)標(biāo)率。

4 運(yùn)行效果分析

將延慶城西再生水廠2019年9月—2020年8月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并分析了各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果，以及進(jìn)水濃度、進(jìn)水水溫對各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果的影響。

4.1 各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果

將各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)出水濃度與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行對比，分析該水廠對其處理效果。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果匯總整理如圖3—4所示，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果分析見表3。

圖3 COD、BOD5、TN月均出水濃度

表3 各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果分析表 單位：mg/L

圖4 NH3-N、TP月均出水濃度

總體來看，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)出水濃度較為穩(wěn)定，全年均能滿足出水水質(zhì)指標(biāo)要求。有機(jī)物去除、脫氮除磷的效果均較好。除NH3-N外，其他指標(biāo)最高濃度均接近標(biāo)準(zhǔn)限值，NH3-N去除效果相對是最穩(wěn)定的。

對主要水質(zhì)指標(biāo)處理程度進(jìn)行分析，延慶城西再生水廠進(jìn)出水水質(zhì)對比見表4。

表4 延慶城西再生水廠進(jìn)出水水質(zhì)對比表

除TN外，其余指標(biāo)處理程度均高于90%。因處理效果好，實(shí)際出水濃度均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，按照實(shí)際出水濃度計(jì)算的實(shí)際處理程度均高于按標(biāo)準(zhǔn)限值計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)處理程度。

4.2 進(jìn)水質(zhì)量濃度對各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果的影響

污染物負(fù)荷是生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的主要參數(shù)，對污染物降解、活性污泥增長都有重要影響，因此，也會影響到污染物的去除效果。將各水質(zhì)指標(biāo)的進(jìn)水質(zhì)量濃度范圍的數(shù)據(jù)由最低至最高，平均劃分為10個區(qū)間，即等間距劃分進(jìn)水質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)區(qū)間，分別命名為區(qū)間1、區(qū)間2……區(qū)間10。研究其對各項(xiàng)指標(biāo)出水效果的影響，具體如圖5—6所示及進(jìn)水質(zhì)量濃度對各項(xiàng)指標(biāo)去除效果影響匯總見表5。

圖5 進(jìn)水質(zhì)量濃度對COD、BOD5、TN去除效果的影響

圖6 進(jìn)水質(zhì)量濃度對NH3-N、TP去除效果的影響

表5 進(jìn)水質(zhì)量濃度對各項(xiàng)指標(biāo)去除效果影響匯總表

COD、BOD5出水質(zhì)量濃度受進(jìn)水質(zhì)量濃度影響不大，而TN、NH3-N、TP出水質(zhì)量濃度隨進(jìn)水濃度的增加而略有升高。各項(xiàng)指標(biāo)的去除率均隨進(jìn)水質(zhì)量濃度的增加而增加，COD、BOD5去除率升高是因?yàn)檫M(jìn)水質(zhì)量濃度增加、出水質(zhì)量濃度幾乎不變，而TN、NH3-N、TP去除率升高則是因?yàn)槿コ奈廴疚锏牧空歼M(jìn)水污染物的量的比重隨進(jìn)水質(zhì)量濃度升高而增加。總體而言，在進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，該水廠具有較強(qiáng)抗污染物濃度變化的能力，主要原因?yàn)锳2/O-MBR+O3-BAC組合工藝對污水的有機(jī)物去除、脫氮除磷均發(fā)揮了良好的去除作用。

4.3 進(jìn)水水溫對各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)去除效果的影響

水溫變化一方面會引起活性污泥的黏性等動力學(xué)指標(biāo)變化，對膜污染產(chǎn)生影響；另一方面對微生物的比增長速率、活性和沉降性能及曝氣裝置的氧傳遞效率都會產(chǎn)生影響[7-8]；另外，溫度對膜傳質(zhì)和過濾性能也會產(chǎn)生影響。但MBR膜的截留作用會減小這些影響[9]。因此，水溫是污水處理中比較重要的影響因素。將進(jìn)水最低水溫(9.2℃)至進(jìn)水最高水溫(19.3℃)范圍區(qū)間平均分為10段，即以1.01℃為間隔等間距劃分進(jìn)水溫度區(qū)間，研究其對各項(xiàng)指標(biāo)出水效果的影響，具體如圖7—8所示，進(jìn)水溫度對各項(xiàng)指標(biāo)去除效果影響見表6。

表6 進(jìn)水溫度對各項(xiàng)指標(biāo)去除效果影響匯總表

圖7 進(jìn)水水溫對COD、BOD5、TN去除效果的影響

隨進(jìn)水水溫的升高，各項(xiàng)指標(biāo)出水濃度和去除率均無明顯變化趨勢，受進(jìn)水溫度影響不大，在9.2～19.3℃范圍內(nèi)，該水廠具有較強(qiáng)抗進(jìn)水水溫變化的能力，主要原因?yàn)镸BR膜的截留作用大于水溫產(chǎn)生的其他負(fù)面作用。

圖8 進(jìn)水水溫對NH3-N、TP去除效果的影響

5 結(jié)論

(1)通過前文分析可知，延慶城西再生水廠出水COD、BOD5、TN、NH3-N、TP濃度均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，去除率分別維持在了(87.5%～99.2%)、(90.5%～99.6%)、(69.33%～98.68%)、(97.5%～100%)、(90.5%～99.7%)。該水廠污水處理工藝流程對有機(jī)物、氮、磷具有良好的去除效果且對進(jìn)水水質(zhì)、水溫變化的適應(yīng)能力強(qiáng)。

(2)該水廠的A2/O-MBR+O3-BAC組合工藝目前相對應(yīng)用廣泛、運(yùn)行成熟，隨著城市污水出水日益嚴(yán)格的要求和再生利用的需求，該組合工藝是可借鑒性較好的選擇。

(3)A2/O-MBR+O3-BAC組合工藝雖然效果好，但也存在逐級回流改良型A2/O回流次數(shù)多，比一般A2/O更耗能，MBR工藝亦較耗能等特點(diǎn)。可考慮在實(shí)際運(yùn)行中通過優(yōu)化控制生物池及膜系統(tǒng)運(yùn)行，節(jié)約運(yùn)行成本和能耗。