基于氨氮改善和中水回用的污水處理系統改造

賀江華，陳鈞潤，曾偉通，黃志剛

（1.中車廣東軌道交通車輛有限公司，廣東江門 529100；2.廣東綠巨人環境科技有限公司，廣東東莞 523000）

0 引言

軌道交通領域某主機企業產品為城際動車、地鐵等軌道交通車輛，以機械加工組裝、檢修工序為主[1]，產生的廢水包括車體和零部件清洗含油廢水、生活污水、食堂含油廢水，廠區自備污水處理站設計進水水質見表1。

表1 設計進水水質

廠區自備污水處理站，設計采用厭氧好氧（A/O）工藝[2]，好氧池采用鼓風曝氣氧化溝，消毒采用鹽酸和氯酸鈉，清洗含油廢水經過隔油池后進入系統，污水處理工藝流程如圖1 實線部分。設計日處理量為160 m3，小時處理量為10 m3。

圖1 污水處理工藝流程

根據地方環保部門要求，廠區廢水須達到廣東省DB 44/26—2001《水污染物排放限值》第二時段一級標準后排入城市污水管網，出水主要控制指標見表2。

表2 出水主要控制指標

1 存在的問題

經過多年運行，系統逐漸老化，如集水井底部污泥增多導致潛污泵吸水不暢，纖維球過濾系統纖維球老化導致懸浮物去除效果降低，壓濾機濾布堵塞導致壓泥效果差，沉淀池斜管老化導致沉淀效果下降。在進水水質不超設計條件的情況下日處理能力已下降至120 m3。

隨著生產條件的變化，部分時段進水油性物質含量高，懸浮物較多，氨氮指標超出原設計限值。在連續90 d 的進水取樣中，78 d 氨氮濃度超過25 mg/L，其中29 d 超過40 mg/L，8 d 超過50 mg/L。進水氨氮超標使系統處于超負荷運行狀態，存在超標排放或處理總量不足的風險。在進水氨氮超過40 mg/L 的情況下，為符合達標排放標準，日處理量須下降到80 m3。系統不具備中水回用能力，沒有實現廢物資源化利用，不滿足行業內綠色工廠建設的要求，不符合節能減排的理念。為提升系統氨氮處理能力，恢復日處理量，實現中水回用，對系統進行升級改造。

2 提升氨氮處理能力

為提升氨氮處理能力，首先對系統嚴重老化部分進行修復，對集水井和沉淀池進行清淤，更換潛水泵、排泥泵、沉淀池斜管、過濾球、壓濾機濾布等。對系統進行局部改造，增加廢水預處理工藝，在調節池與水解酸化池之間增加一體化氣浮機，在沉淀池與水解酸化池、接觸氧化池之間增加污泥回流系統，如圖1 虛線所示。系統改造后進水氨氮限值提升到50 mg/L，其他水質條件不變。

2.1 增加一體化氣浮機

氣浮法是使懸浮物附著于氣泡上升到水面，從而分離水和懸浮物的水處理方法，是一種有效的固—液和液—液分離方法，常用于對顆粒密度接近或小于水的細小顆粒的分離，例如油脂、纖維、藻類等。

根據系統廢水水質特點，改造選用加壓溶氣氣浮機，采用“混凝+絮凝+氣浮”工藝，處理能力為20 m3/h。混凝劑使膠體顆粒結成為絮體，絮體具有網絡結構，容易截留氣泡，從而提高氣浮效率。

實際使用時，氣浮為可選流程，進水水質達到表3 兩項及以上條件時，投用氣浮機，其他情況采用原工藝流程，做到節約資源和能源。氣浮機排泥至污泥池。

表3 氣浮機投用條件

2.2 增加污泥回流

污泥回流可以調節生物反應池的污泥濃度，補充曝氣池混合液流出帶走的活性污泥，使曝池內的懸浮固體濃度MLSS 保持相對穩定，加快活性污泥反應進程，提高反應效果。污泥回流可有效去除廢水中的氨氮。

在原系統中增加從沉淀池到水解酸化池和接觸氧化池的回流管道，如圖1 所示。增加污泥回流后，運行過程中監測污泥沉降比SV30，通過控制污泥回流閥門調節SV30 在20%～40%。

2.3 出水水質改善效果

系統改造前后的數據分析見表4～表7，表中數據均為樣本平均值。系統改造前對關鍵指標的控制情況見表4，對應日處理水量為120 m3。

表4 改造前對關鍵指標的控制情況

改造后，氣浮機對關鍵指標的控制情況見表5，結果表明氣浮機對COD、TP 去除效果良好，對NH3-N 的去除率僅為12.2%。表5～表6 對應日處理水量為160 m3。

表5 改造后氣浮機對關鍵指標的控制情況

表6 改造后系統對關鍵指標的控制情況

改造后（投用氣浮機和增加污泥回流），系統對關鍵指標的控制情況見表6，結果表明關鍵指標的去除率都較為理想。

改造后，在不投用氣浮機，僅增加污泥回流情況下對關鍵指標的控制情況見表7，結果表明關鍵指標的去除率較投用氣浮機時低。表7 對應日處理水量為120 m3。

表7 改造后對關鍵指標的控制情況（不投用氣浮機）

由表4～表7 可知，氣浮機雖然對NH3-N 的直接去除率不高，但大幅去除了COD 和TP，提高了廢水的可生化性，為后續工藝階段進一步降低氨氮奠定基礎。氣浮機的使用一方面改善了排放水水質，另一方面也促進了系統日處理水量的提升。對比表4和表6 可知，改造后在日處理量恢復到160 m3的同時，COD、NH3-N、TP 的去除率均有提升。

3 過程監測預警

企業屬于地方重點排污企業，按照環保部門的要求已實現了排放口水質在線自動監測。為確保過程可控，及時發現處理過程中的異常情況，在沉淀池增加監測預警系統，對沉淀池COD、NH3-N、TP、pH 進行在線監測。當監測值超過排放標準時過程監測系統自動報警，并實現短信報文，超濾和纖維球過濾停止運行，纖維球過濾系統關閉排放電磁閥，運維人員及時啟動應急預案處理超標廢水。

4 中水回用

中水回用是促進資源循環利用的需要，也是企業建設綠色工廠建設的需要，更是生態環境保護的需要[4、6]。按照GB/T 36132—2018《綠色工廠評價通則》第10.5 條及Q/CRRC J 78—2020《軌道交通裝備制造業綠色工廠評價導則》第6.6.5 條廢物資源化要求，建設綠色工廠廢水回用率要達到20%。

回用水主要用于廠區綠化和道路清洗，各項指標應滿足GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質》中表1限值要求及GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中一級A 標準。

經預處理后的水緩存至清水池，水質主要項目檢測見表8，結果表明水質無法滿足回用要求，需進行深度處理。在清水池后增加超濾和回用水系統，達到收集、處理、回用中水的目的。

表8 進水水質主要項目檢測結果

4.1 超濾系統

超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定壓力下使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的薄膜，大分子溶質截留，使大分子物質得到部分純化。根據進水水質特性，系統選用截留孔徑為0.03 μm的組件。系統運行包括制水、氣洗、水反洗、化學清洗流程（圖2）。系統采用10 組組件并聯運行。

圖2 超濾系統

4.1.1 超濾膜組件進水條件

組件連續運行的進水條件見表9，檢測結果表明清水池水質滿足組件運行條件。

表9 超濾膜組件進水條件

4.1.2 系統運行參數設置

超濾過濾效果和操作穩定性能受pH 值、水溫、操作壓力、進水水質、膜性能及污染程度的影響較大[3、5]。操作壓力指膜系統的進水壓力、濃水壓力與產水壓力。進水水質越好，超濾膜污染速率越低；進水水質越差，越易引起超濾膜堵塞，導致清洗頻繁。超濾系統運行參數見表10。

表10 單個組件運行工藝參數

4.1.3 回用水水質

經過深度處理后的回用水水質檢測見表11，結果表明各項指標滿足限值要求。

表11 回用水水質檢測結果

4.2 回用水供水系統

經過超濾系統深度處理后的回用水進入回用水供水系統，供水系統由回用水池、恒壓供水模塊、供水泵、水位傳感器LS和壓力傳感器PI 等組成（圖3）。

圖3 回用水供水系統

清水池和回用水池設有LS，供水出口設有PI，通過LS、PI、恒壓供水模塊、變頻器實現向管網恒壓供水以及安全保護。回用水池LS 低水位信號、在線監測系統無報警信號、清水池LS 無低水位信號時超濾系統自動向回用水池補水。清水池LS 低水位信號或回用水池LS 高水位信號或在線監測系統報警時，超濾系統停止向回用水池補水。回用水池LS 低水位信號時恒壓供水模塊停止向管網供水，實現缺水保護。

4.3 中水回用效益

改造后中水回用率可達到30%，滿足企業日常綠化、馬路清洗的需求，也符合建設綠色工廠的要求。減排方面，企業每年可以減少向市政管網排放污水約1.5 萬噸；節能降費方面，相當于每年節約自來水用量1.5 萬噸，節約水費約5 萬元。

5 結束語

通過分析企業污水處理系統存在的問題，找到原因，采用技術可行、經濟合理的工藝對系統進行升級改造，并對改造結果進行驗證。驗證結果表明，改造達到提升系統氨氮處理能力、恢復設計處理量的目的，同時實現了處理過程在線監測和中水回用，促進了節能減排，為申請創建綠色工廠創造了條件。