基于低總氮控制要求的改良AAO工藝在太湖地區污水處理廠中的應用

羅宏偉,熊順華,汪 勇,陸 琳,袁克誠,張力楨,董 偉

(1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司,江蘇南京 210000;2.溧陽市水利局,江蘇溧陽 213300;3.中建生態環境集團有限公司,北京 100044;4.溧陽中建水務有限公司,江蘇溧陽 213300)

在脫氮除磷要求不斷提高的大背景下,全國各地的城鎮污水處理廠排放標準也在不斷更新。溧陽市花園污水處理廠設計的時間節點正處在江蘇省地方標準《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)發布前不久,該標準中主要污染物(CODCr、氨氮、TN、TP)排放標準嚴于國家標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準,尤其是TN排放標準提升幅度較大(排放限值由15 mg/L調整為10 mg/L)。此時,該項目的前期立項工作已經完成,批復文件中明確了項目規模、用地、設計進出水水質、處理工藝、投資等。其中,出水執行GB 18918—2002中一級A排放標準,但根據環保部門的意見和建議,設計須充分考慮江蘇省地方標準。在各設計條件基本確定的情況下,設計出水標準的大幅提高,再加上鄉鎮污水水量和水質的不確定性,這些都給設計和運行帶來很大的挑戰。本項目從實際需求出發,合理優化設計和運行,深挖改良厭氧-缺氧-好氧(AAO)處理工藝潛力,并通過大量運行數據分析結果,呈現污水處理廠在應對進水水量及水質波動大、低TN控制要求下的實際處理效果,為廣大設計和運營管理人員提供借鑒和參考。

1 項目概況

全面推進區域污水治理,是太湖流域水環境綜合治理的一部分,也是溧陽市進一步實現節能減排的重要舉措,可有效改善城市水體水環境質量,提高人民生活水平。2017年,溧陽市人民政府啟動了溧陽市區域治污工程PPP項目,而花園污水處理廠一期工程是該項目的重要組成部分。

根據《溧陽市市域污水工程規劃》(修編)(2015—2030),花園污水處理廠位于溧陽市東郊,老羅莊河以東,永平大道(G104)以北,平陵東路以南,廠區總占地面積約為7.34×104m2,主要收集和處理溧陽主城區南部、燕山片區、城南片區、天目湖鎮和戴埠鎮鎮區(含撤并鄉鎮)的生活污水。污水處理廠總規模為8.0×104m3/d,分3期建成,其中一期工程為3.0×104m3/d,二期工程為3.0×104m3/d,三期工程為2.0×104m3/d。根據PPP項目設計任務書要求,花園污水處理廠設計出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中一級A標準,污水處理廠出水進入人工濕地(不在本工程范圍內)進一步凈化后排放至南河,南河與蕪太運河、溧戴河交匯,最終往東匯流,至宜興南溪河。南河、南溪河的2020年水質保護目標均為Ⅲ類,而花園污水處理廠的南河排口距南溪河潘家壩考核斷面距離較近,僅為4 700 m。因此,為減少花園污水處理廠尾水排放對潘家壩考核斷面的影響,環保部門要求花園污水處理廠的出水標準應充分考慮即將發布的太湖地區城鎮污水處理廠污染物排放新標準。

在上述背景下,花園污水處理廠一期工程于2017年底完成設計工作,2018年4月開工建設,2019年12月建成投產,2020年進入試運行階段。項目總投資約為1.806億元,其中,第一部分工程費約為1.303億元。污水處理工藝采用“常規處理+深度處理”工藝,其中,常規處理采用改良AAO工藝,深度處理采用“微絮凝+反硝化深床濾池”工藝;污泥處理采用“重力濃縮+板框壓濾脫水”工藝;消毒采用次氯酸鈉消毒工藝;除臭采用生物土壤除臭工藝。

2 工程設計

2.1 設計進出水水質

參照溧陽市類似污水處理廠的進水水質,結合本工程實際情況,確定花園污水處理廠設計進水水質如表1所示。

表1 設計進水水質

根據設計任務書要求,花園污水處理廠設計出水應執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準?？紤]到當時《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)即將發布,結合環保部門要求,最終確定花園污水處理廠實際設計出水水質執行《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)一、二級保護區范圍內的污染物排放限值。各標準中主要污染物限值如表2所示。

表2 各標準主要污染物限值

2.2 設計重難點分析及對策

根據表2中數據,相比《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準,《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)中一、二級保護區范圍內主要污染物(氨氮、CODCr、TP、TN)排放標準有大幅提升,這也就對處理工藝選擇、設計參數選取、運行控制等方面都提出了更高的要求。污水處理采用生化處理工藝時,特別是生物除磷脫氮工藝,對進水中污染物的配比和平衡有一定的要求,具體如下。

(1)BOD5/CODCr是鑒定污水是否適宜采用生化處理的衡量指標,也是一種最簡單易行和最常用的方法,一般認為BOD5/CODCr>0.3的污水才適于采用生化處理。該比值越大,可生化性越好。

(2)BOD5/TN是鑒別能否采用生物脫氮的主要指標。由于反硝化細菌是在分解有機物的過程中進行反硝化脫氮的,在不投加外來碳源的條件下,污水中必須有足夠的有機物(碳源),才能保證反硝化的順利進行。一般認為BOD5/TN>4.0時,滿足生物脫氮需求。

(3)BOD5/TP是評價采用生物除磷工藝是否可行的主要指標。一般認為BOD5/TP>17時,滿足生物除磷需求。

如根據表1中設計進水水質進行測算,花園污水處理廠進水的BOD5/CODCr、BOD5/TN、BOD5/TP分別約為0.5、3.6、29.1,可認為進水可生化較好,生物除磷條件較好,生物脫氮條件則稍差,表明碳源不足。但根據溧陽市及周邊其他類似城市污水處理廠的實際運行情況來看,由于受排水體制、地下水入滲、雨污分流改造、居民用水習慣等諸多因素影響,污水處理廠實際進水的主要污染物濃度普遍低于設計進水濃度,尤其是BOD5濃度偏低,造成進水碳源不足。這就給生物脫氮除磷(尤其是脫氮)造成了非常不利的影響,故許多污水處理廠往往采用外加碳源(工程上一般采用乙酸鈉或甲醇)的方式來保證脫氮除磷效果。針對上述問題,本工程對主要污染物去除影響因素分析及對策如下。

(1)BOD5的去除

污水中的BOD5主要在工藝流程中的曝氣池即生化反應池內去除,對于要求除磷脫氮的污水處理工藝,曝氣池內還要完成硝化作用。硝化菌為自養菌,比增長速率比異養菌小一個數量級,因此,需要更長的泥齡或更低的污泥負荷。出水氨氮達標條件下,BOD5的去除率很高,出水BOD5質量濃度完全能夠控制在10 mg/L以下。

(2)CODCr的去除

污水中CODCr的去除原理和BOD5基本相同,即通過微生物的代謝作用達到去除CODCr的目的。去除率取決于原水中有機物的可生化性,生活污水的可生化性較好,去除率較高,但僅通過生物降解達到40 mg/L的排放標準,有一定難度,須采用化學法或物理化學法加以去除。本工程采用的措施有:1)生化反應池出水端投加混凝劑,提高生化污泥沉降性能,降低二沉池表面負荷,以達到更好的SS和CODCr去除率;2)為節約投資,本工程未設置混凝沉淀池,而是僅通過微絮凝+過濾(反硝化深床濾池)進一步去除SS和CODCr。

(3)氨氮、TN的去除

氨氮的去除主要通過硝化作用來實現,氨氮的硝化過程將成為控制生化處理好氧單元設計的主要因素。影響硝化反應效果最主要的因素是溶解氧、污泥齡和溫度。只要保證充足的供氧和足夠長的污泥齡,就容易實現氨氮的完全硝化,將出水氨氮質量濃度控制在3 mg/L以下。

要使出水中TN質量濃度控制在10 mg/L以下,必須提高反硝化脫氮的效率。影響反硝化效率的主要因素:1)pH,反硝化反應最適宜的pH值為7.0～7.5;2)溶解氧,反硝化過程的溶解氧應保持在0.2～0.5 mg/L;3)溫度,反硝化反應的適宜溫度為15～35 ℃;4)碳源,當污水中BOD5/TN<4時,應補充外來碳源;5)回流比,理論上越高的回流比,TN的去除率越高,但過高的回流比會導致過高的能耗,故工程上一般根據TN的去除要求將回流比設置在200%～300%。

為實現氨氮、TN的去除要求,本工程采取的措施:1)運行中嚴格控制生化反應池好氧區溶解氧濃度,避免硝化液回流溶解氧過高而消耗大量的碳源;2)選取合適的污泥負荷,優化好氧區和缺氧區池容占比,在滿足硝化需求的前提下,適當增加缺氧區容積,以提高TN去除效率;3)優化回流比,設置多套內回流泵,根據進出水TN指標靈活調整開啟數量,以節約能耗;4)在生化反應池缺氧區設置碳源投加點,為減少硝化液回流中的溶解氧對碳源的消耗,投加點設置在硝化液回流點下游適當位置;5)在深度處理反硝化深床濾池進水端設置碳源投加點,在常規處理單元TN去除仍不能滿足要求的情況下投加碳源,開啟反硝化功能[2]。

(4)TP的去除

國內外經驗表明,僅通過生物除磷很難使出水中的TP質量濃度控制在0.3 mg/L以下,往往須輔以化學除磷工藝[3]。生物除磷的影響因素:1)碳源,一般認為當進水BOD5/TP>17時,碳源充足;2)污泥齡,生物除磷的污泥齡為3.5～7.0 d;3)系統中硝酸鹽的回流干擾。

為提高除磷效果,本工程采取的措施:1)強化生物除磷,采用改良AAO工藝;2)輔以化學除磷,分別在改良AAO生化反應池出水端和微絮凝池進水端設置混凝劑投加點,2個投加點互為備用,視現場情況靈活調整,通過剩余污泥的排放和深度處理單元的微絮凝過濾來達到除磷的目的。

(5)SS的去除

常規污水處理工藝出水SS質量濃度能夠達到20 mg/L的排放標準,要達到10 mg/L的排放標準,需通過深度處理進一步去除。SS的主要成分是活性污泥絮體,絮體中含有有機物和磷,所以較高的出水SS含量將會導致出水的BOD5、CODCr和TP含量增加。因此,控制出水中SS指標是最基本的,也是最重要的。本工程采取的措施:1)常規處理單元選用較低的污泥負荷,生化反應池出水端增加混凝劑以保持活性污泥的凝聚及沉降性能;2)選用高效的周進周出輻流式二沉池型,提高沉淀效果;3)深度處理單元采用微絮凝過濾進一步去除SS。

2.3 改良AAO工藝簡介

傳統意義上的AAO工藝即厭氧-缺氧-好氧活性污泥法,即通過厭氧和好氧、缺氧和好氧交替變化的環境完成除磷脫氮反應。在這個工藝中,厭氧區用于生物除磷,缺氧區用于生物脫氮。原污水中的碳源物質先進入厭氧池,聚磷菌優先利用污水中的易生物降解物質成為優勢菌種,為除磷創造了條件。污水然后進入缺氧池,反硝化菌結合其他可能利用的碳源將回流到缺氧池的硝態氮還原成氮氣,達到脫氮的目的。傳統AAO工藝進水點及內外回流點均已固定,運行調節不靈活,在進水碳源不足的情況下,反硝化細菌和聚磷菌之間存在對優質碳源的競爭,導致除磷和脫氮效果均會下降[1]。傳統AAO工藝流程如圖1所示。

圖1 傳統AAO工藝流程

為充分利用進水中的碳源,演化出改良AAO工藝,即預缺氧-厭氧-缺氧-好氧活性污泥法。為了克服回流污泥中硝酸鹽對除磷效果的影響,在厭氧區前段設一個預缺氧區,全部回流污泥及進水量的10%～30%(根據實際情況進行調節)進入預缺氧區,進水量的90%～70%進入厭氧區。在預缺氧區去除回流污泥中富含的硝酸鹽,以降低或消除硝酸鹽對厭氧區釋磷的影響。同時,保證厭氧區充分利用原污水中的碳源物質,為厭氧區聚磷菌的釋磷創造良好的環境。經充分釋磷反應后進入缺氧區,利用污水中碳源(原水碳源不足時須外加碳源)對內回流混合液中的硝基氮進行反硝化。然后,再進入好氧區進行有機物降解、硝化反應和磷的吸收,通過合理排泥控制找到硝化反應所需長泥齡和除磷所需短泥齡的平衡點,從而保證較好的生物脫氮除磷效果,提高了系統的生物除磷能力。改良AAO工藝流程如圖2所示。

圖2 改良AAO工藝流程

2.4 污水、污泥處理工藝

花園污水處理廠污水處理工藝采用“常規處理+深度處理”工藝,其中,常規處理工藝采用改良AAO工藝,深度處理采用“微絮凝+反硝化深床濾池”工藝,污泥處理采用“重力濃縮+板框壓濾脫水”工藝,消毒采用次氯酸鈉消毒工藝。污水、污泥處理工藝流程如圖3所示。

注:人工濕地不在本工程設計范圍內。

2.5 主要建(構)筑物設計參數

花園污水處理廠總規模為8.0×104m3/d,分3期建成,其中一期工程規模為3.0×104m3/d。污水總變化系數取1.31。一期工程主要建(構)筑物設計規模如表3所示。

表3 一期工程主要建(構)筑物

(1)進水泵房

進水泵房共1座,粗格柵間和進水泵房合建,土建規模為8.0×104m3/d,設備安裝規模為4.0×104m3/d。粗格柵間設粗格柵渠道2個,每個渠道寬度為2.70 m,內設粗格柵1套,柵條間距為20 mm。進水泵房下部深度為10.4 m,上部建筑梁底凈高為6.0 m,共設5個泵位,一期工程安裝3套,2用1備,均設置變頻,單套水泵性能參數:流量Q=1 092 m3/h,揚程H=14.5 m,功率N=75 kW。

(2)曝氣沉砂池

曝氣沉砂池共1座,細格柵間和曝氣沉砂池合建,土建規模為8.0×104m3/d,設備安裝規模為4.0×104m3/d。細格柵間設置渠道2個,單渠寬度為2.60 m,內設細格柵1套,柵條間距為5 mm;曝氣沉砂池水力停留時間為3.5 min,設橋式吸砂機1套,軌距為8.3 m。

(3)改良AAO生化反應池及污泥泵房

改良AAO生化反應池與污泥泵房合建。改良AAO生化反應池共3座,分3期建成。其中,一期工程1座,分2組,每組土建及設備安裝規模均為1.5×104m3/d,采用強化脫氮除磷改良AAO生化反應池,分為預缺氧池、厭氧區、缺氧區、好氧區,總水力停留時間為15.4 h,其中,預缺氧區為0.5 h,厭氧區為1.5 h,缺氧區為6.0 h,好氧區為7.4 h。設計水溫為15 ℃,污泥負荷為0.07 kg BOD5/(kg MLSS·d),污泥質量濃度為3.6 g/L,內回流比為200%,污泥外回流比為25%～100%,有效水深為6.0 m,供氧方式為鼓風曝氣,綜合污泥產率為0.6 kg VSS/(kg BOD5),總供氣量為163 m3/min,設計氣水比為7.8∶1.0。單組生化反應池主要設備:潛水攪拌器共13套,單套功率為5.5 kW,其中預缺氧區1套,厭氧區3套,缺氧區9套?；旌弦夯亓鞅?套,2用1備,單套性能參數為Q=625 m3/h,H=0.7～1.5 m,N=4.0 kW。

污泥泵房共3座,分3期建成。其中,一期工程1座,土建及設備安裝規模為3.0×104m3/d。污泥泵房分2組,單組主要設備:潛水攪拌器1套,N=5.5 kW;污泥回流泵3套,2用1備,單套性能參數為Q=625 m3/h,H=3.5 m,N=11 kW;剩余污泥泵2套,1用1備,單套性能參數為Q=55 m3/h,H=15.0 m,N=5.5 kW。

(4)二沉池

二沉池共5座,其中一期工程建2座,單座規模為1.5×104m3/d,周邊進水、周邊出水,單池直徑為34 m,池深為4.5 m,最高日最高時表面負荷為1.0 m3/(m2·h),平均時表面負荷為0.69 m3/(m2·h),堰口負荷為1.63 L/(m·s)。進水污泥質量濃度為3.6 g/L,回流污泥質量濃度為8 g/L。每座二沉池設中心傳動單管吸泥機1套,N=0.37 kW。

(5)提升泵房、微絮凝池、濾池、反沖洗泵房

提升泵房、微絮凝池、濾池、反沖洗泵房合建。

提升泵房共2座,其中一期工程建1座,單座規模為4.0×104m3/d,共設置4套潛水軸流泵,3用1備,單套性能參數為Q=906 m3/h,H=6.0 m,N=30 kW。

微絮凝池共2座,其中一期工程建1座,單座規模為4.0×104m3/d,絮凝時間約為5.4 min,內設絮凝攪拌機1套,雙層槳式,攪拌速度梯度為30～60 s-1,N=15 kW,變頻調速。

濾池共1座,土建規模為8.0×104m3/d,設備安裝規模為4.0×104m3/d?？紤]到后期可能對出水TN指標采用更嚴的標準,本工程設計留有適當余地,濾池采用納污能力強,同時具備反硝化功能的反硝化深床濾池。濾池共8格,單格過濾面積為70.92 m2,尺寸為19.92 m×3.56 m×6.10 m,正常運行濾速為5.87 m/h(平均時),強制濾速為7.83 m/h(平均時)。濾池反沖洗方式:a)氣沖2～5 min,氣沖強度為91 m3/(m2·h);b)氣水共沖,氣沖強度為92 m3/(m2·h),水沖洗強度為14.7 m3/(m2·h),時間10～15 min;c)最后水沖,水沖洗強度為14.7 m3/(m2·h),沖洗時間為5～10 min。濾池總水頭損失≤2.44 m,采用恒液位控制,反沖洗周期為24～48 h,反沖洗水量≤3%。濾料規格為2～3 mm石英砂,厚度為1.83 m,均勻系數K60≤1.40。承托層采用鵝卵石,厚度為450 mm。濾池進水渠前設置混合池,內設攪拌器1套,雙層槳式,攪拌速度梯度為500～1 000 s-1,N=15 kW。

反沖洗泵房共1座,與反硝化深床濾池配套,規模為8.0×104m3/d,一次性建成。上部為反沖洗鼓風機房和空壓機系統,下部為反沖洗廢水池和反沖洗清水池。清水池和廢水池設計池容均≥480 m3。主要設備:反沖洗風機2套,1用1備,單套性能參數為Q=54 m3/min,風壓為70 kPa,N=120 kW;反沖洗水泵2套,1用1備,單套性能參數為Q=518 m3/h,H=10.0 m,N=37 kW;反沖洗排水泵2套,1用1備,單套性能參數為Q=173 m3/h,H=7.6 m,N=11 kW。

(6)接觸池

接觸池共2座,一期工程建1座,規模為4.0×104m3/d,水力停留時間約為38 min(最高日最高時),有效水深為3.5 m。

(7)濃縮池

濃縮池共2座,單座規模為4.0×104m3/d,直徑為12.0 m,水深為4.6 m。

(8)調理池

調理池共1座,規模為8.0×104m3/d,一次性建成。調理池分為2格,單格有效池容約為200 m3。每格調理池設攪拌機1套,N=11 kW,變頻調速。

(9)脫水機房

脫水機房共1座,規模為8.0×104m3/d,一次性建成。遠期絕干污泥量約為13.6 t/d,其中一期工程絕干污泥量約為5.1 t/d。脫水機遠期進泥量約為680 m3/d,進泥含水率為97%～98%,出泥含水率≤60%。脫水機采用高壓隔膜壓濾機2套,單套過濾面積為500 m2。污泥最終出路為制磚、堆肥、綜合利用。

(10)儲液池

儲液池共1座,規模為8.0×104m3/d,一次性建成。儲液池共分為3格,每格有效池容約為90 m3,分別儲存成品的混凝劑、消毒劑和碳源溶液。每格內設耐腐蝕液下立式泵2套,1用1備,單套性能參數為Q=10 m3/h,H=10.0 m,N=3.0 kW。

(11)加藥間

加藥間共1座,土建規模為8.0×104m3/d,設備安裝規模為3.0×104m3/d。

混凝劑采用成品聚合氯化鋁溶液,設計最大投加量為40 mg/L,質量分數為10%,投加點在生化反應池出水端或微絮凝池進水端,每個投加點對應1套計量泵,一期共配備計量泵3套,2用1備,單套性能參數為Q=800 L/h,H=30.0 m。

消毒劑采用成品次氯酸鈉溶液,設計最大投加量為25 mg/L,質量分數為5%,投加點在接觸池進水管路上,一期配備計量泵2套,1用1備,單套Q=800 L/h,H=30.0 m。

碳源采用成品乙酸鈉溶液,設計最大投加量為40 mg/L,質量分數為20%,投加點在生化反應池缺氧區或反硝化深床濾池的混合池。一期生化反應池缺氧區投加點配備計量泵3套,2用1備,每個投加點對應1套計量泵,單套性能參數為Q=800 L/h,H=30.0 m;反硝化深床濾池混合池投加點配備計量泵2套,1用1備,單套性能參數為Q=800 L/h,H=30.0 m。

(12)鼓風機房

鼓風機房共1座,土建規模為8.0×104m3/d,設備安裝規模為3.0×104m3/d。一期配備高速磁懸浮離心鼓風機3套,2用1備。單套性能參數為Q=81.7 m3/min,H=7.0 m,N=132 kW。

(13)除臭系統

一期工程設置3套生物土壤濾池除臭系統,相對集中布置,分別處理預處理單元(進水泵房、曝氣沉砂池)、常規處理單元(生化反應池厭氧區、污泥泵房)、污泥脫水系統(濃縮池、調理池和脫水機房)的臭氣,處理規模分別為12 500、6 500、9 500 m3/h。

3 項目運行情況

3.1 項目運行的水量、水質

本文收集并整理了花園污水處理廠2021年1月—2022年9月(統計天數為638 d)的運行數據,從實際進水量數據來看,部分時間(占比約為24.5%)實際進水量已經超出設計規模;從實際進水水質來看,大部分時間實際進水指標未超出設計進水水質,小部分時間由于受工業廢水沖擊,實際進水水質超出設計進水水質,如表4所示。

表4 部分超標進水水質

總體來說,進水BOD5/CODCr多在0.4～0.6,可生化性較好;BOD5/TN多在2～4,表明碳源不足,需要外加適量碳源以保證生物脫氮效果;BOD5/TP多在17～30,滿足生物除磷需求。雖然花園污水處理廠在某些時間受工業污水沖擊,部分進水指標超出設計進水水質,但工業廢水可生化性相對較好,與生活污水混合后的水中各污染物指標呈現一定的相關性。BOD5/CODCr、BOD5/TN、BOD5/TP基本滿足生物脫氮除磷的條件,故并未對實際出水產生太多不利影響。

根據現場運行反饋,在脫氮方面,花園污水處理廠僅在生化反應池缺氧區投加碳源,碳源采用乙酸鈉,平均投加量為14～18 mg/L。深度處理單元反硝化深床濾池進水端堰后有一定的跌水,在跌水過程中有一定的充氧作用,故在出水TN達標的情況下,為減少碳源投加量,污水處理廠并未開啟該濾池的反硝化功能,僅作為砂濾池使用。在除磷方面,為節約能耗,花園污水處理廠未在微絮凝池投加混凝劑,僅在生化反應池好氧區出水端投加混凝劑,混凝劑采用聚合氯化鋁,平均投加量為7～9 mg/L,通過出水堰跌水及管道的水力混合作用,可達到較好的化學除磷效果。

從2021年1月—2022年9月的實際出水數據來看,花園污水處理廠整體運行情況良好。實際運行的進水量、進出水BOD5、進出水CODCr、進出水氨氮、進出水TN、進出水TP指標分析如下。

(1)實際進水量數據分析

實際進水量基本在25 000～35 000 m3/d,最高日進水量為36 992 m3/d,2022年進水量普遍高于2021年進水量,并有逐漸升高的趨勢,超出設計水量的天數有156 d,占比約為24.5%。實際進水量數據如圖4所示。

圖4 實際進水量數據

(2)實際進出水BOD5數據分析

實際進水BOD5質量濃度最低為28 mg/L,最高為308 mg/L,大多在80～150 mg/L,超出設計進水水質的天數有76 d,占比約為11.9%;實際出水BOD5質量濃度基本穩定在6 mg/L以下,最高為5.6 mg/L,最低為0.9 mg/L。實際進出水BOD5指標如圖5、圖6所示。

圖5 實際進水BOD5質量濃度

圖6 實際出水BOD5質量濃度

(3)實際進出水CODCr數據分析

實際進水CODCr質量濃度最低為55 mg/L,最高為749 mg/L,大多在150～300 mg/L,超出設計進水水質的天數有62 d,占比約為9.7%;實際出水CODCr質量濃度最高為34 mg/L,最低為6 mg/L,絕大多數穩定在30 mg/L以下,僅有3 d超過30 mg/L,Ⅳ類水標準達標率為99.5%;出水CODCr超標的主要原因是受工業廢水沖擊,進水量滿負荷或超負荷,進水濃度超出設計進水水質,其中,最高的1 d實際進水量為33 664 m3/d,進水CODCr為418 mg/L。實際進出水CODCr指標如圖7、圖8所示。

圖7 實際進水CODCr質量濃度

圖8 實際出水CODCr質量濃度

(4)實際進出水氨氮數據分析

實際進水氨氮質量濃度最低為3.5 mg/L,最高為47.3 mg/L,大多在20～35 mg/L,超出設計進水水質的天數有56 d,占比約為8.8%;實際出水氨氮質量濃度除個別日期超過1.5 mg/L外(多發生在12月—次年3月),絕大多數穩定在1.5 mg/L以下,最高為2.9 mg/L,最低為0.02 mg/L,Ⅳ類水標準達標率為96.9%。出水氨氮超標的主要原因為冬季氣溫低,再加上其配套的廠外收集系統線路長,導致污水處理廠進水的水溫較低,最低水溫達到8 ℃。當水溫在12 ℃以下時,硝化速率急劇下降,從而導致少數出水氨氮指標偏高。同時,本文所采用的數據均為瞬時樣化驗數據,取樣時段的水質波動也存在一定概率。實際進出水氨氮指標如圖9、圖10所示。

圖9 實際進水氨氮質量濃度

圖10 實際出水氨氮質量濃度

(5)實際進出水TN數據分析

實際進水TN最低值為8.3 mg/L,最高值為62.7 mg/L,大多在25～45 mg/L,超出設計進水水質的天數有53 d,占比約為8.3%。根據進水的BOD5/TN分析,進水中存在碳源不足的問題,當在生化反應池缺氧區投加碳源約14～18 mg/L的情況下,實際出水TN質量濃度穩定在10 mg/L以下,最高為9.9 mg/L,最低為1.9 mg/L。實際進出水TN指標如圖11、圖12所示。

圖11 實際進水TN質量濃度

圖12 實際出水TN質量濃度

(6)實際進出水TP數據分析

實際進水TP質量濃度最低為0.8 mg/L,最高為17.5 mg/L,大多在3.0～6.0 mg/L,超出設計進水水質的天數有99 d,占比約為15.5%。根據進水的BOD5/TP分析,具備生物除磷條件,結合改良AAO工藝預缺氧池的設置,避免了硝酸鹽回流對厭氧釋磷的影響,再輔以較低的混凝劑投加(平均投加量為7～9 mg/L),可達到較好的除磷效果。實際出水TP質量濃度穩定在0.3 mg/L以下,最高為0.29 mg/L,最低為0.02 mg/L。實際進出水TP指標如圖13、圖14所示。

圖13 實際進水TP質量濃度

圖14 實際出水TP質量濃度

3.2 項目運行成本及能耗

對比周邊類似水質和工藝的污水處理廠,花園污水處理廠的運行成本適中,噸水運行成本約為0.996元,具體組成如表5所示。花園污水處理廠噸水平均運行電耗約為0.47 kW·h。

表5 運行成本分析

4 總結

(1)綜上,花園污水處理廠采用“改良AAO”常規處理工藝+“微絮凝+反硝化深床濾池”深度處理工藝典型生活污水,通過合理功能分區設計和參數選取、優化加藥點設置(如生化出水端設置混凝劑投加點、缺氧區起端內回流點后設置碳源投加點)、合理控制加藥量(如控制碳源投加量為14～18 mg/L,混凝劑投加量為7～9 mg/L)等措施,在微絮凝未使用和反硝化深床濾池的反硝化功能未開啟的情況下,也能夠達到較好的脫氮除磷及CODCr去除效果,且系統具備一定的抗沖擊能力。出水水質優于《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)一、二級保護區范圍內的污染物排放標準,主要污染物指標(氨氮、CODCr、TP)達《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅳ類水標準的達標率分別為96.9%、99.5%、100%,出水TN質量濃度可穩定在10 mg/L以下,可為出水主要污染指標(TN指標除外)執行Ⅳ類水標準的污水處理廠的工程設計和運行提供借鑒。

(2)根據進水水質優化缺氧區和好氧區比例,適當擴大缺氧區容積,有條件時可設置機動區域(可作為缺氧或好氧模式運行),碳源不足時,在缺氧區適當投加碳源,可提高系統的脫氮效率。

(3)當出水有較高的脫氮要求時,宜根據進水水質特點及出水水質要求在常規處理單元實現,以減小后續深度處理單元的壓力。當常規處理單元無法達到脫氮要求時,可通過深度處理單元進一步去除TN,但需注意深度處理脫氮單元的進水溶解氧指標,設計中應進行精細化設計,盡量減少上游流程中由于跌水、水泵提升等產生的充氧作用,以減少碳源的消耗。

(4)生物除磷輔以化學除磷能夠起到較好的除磷效果。在厭氧區前端設置預缺氧區,可有效減小硝化液對厭氧釋磷的影響。同時,通過進水流量合理分配,即小流量(10%～30%)進入預缺氧區、大流量(90%～70%)進入厭氧區,滿足釋磷對碳源的需求,為好氧吸磷提供了良好的基礎條件。在好氧區出水端投加混凝劑,通過好氧區出水堰跌水的水力混合效果,可有效提高化學除磷的效率,同時節約深度處理單元機械絮凝的能耗。