工艺优化诊断技术用于污水厂的改造

王恩伟

摘 要：污水处理厂在设备、工艺和运行方面，都普遍存在一些有待于进一步改进的共性技术。本文以某污水处理厂的污水处理工艺进行了初步诊断，结果显示其旋流沉砂池水力负荷较大、初沉池和二沉池沉降效果较差、生物池污泥浓度低和泥龄短是该厂处理工艺存在的主要问题，同时由于进水污染物浓度较高，也导致了出水氨氮和总磷超标率较高，提出了开展进一步的系统化工艺诊断、优化溶氧浓度和污泥浓度、利用混凝加药试验寻求最佳组合方式的改进思路，以提高污染物去除效果，降低运行成本。并建立污水厂信息管理系统，实现数字化管理，提高运行管理水平。

关键词：工艺诊断；改造；思路

随着社会经济的不断发展，人们生活水平在日益提高，城市用水和排水量也在持续增加，给相关给排水单位带来了严峻的挑战。同时，对黄河中上游流域的水污染防治提出了更严格的要求，要求进一步提高污水处理率和污水处理出水标准一级A 标准，因此，现有的污水厂都将面临着提标、升级改造。在科学发展观、建设资源节约型、环境友好型社会的思想指导下，污水处理行业将有一次新的发展机遇。因此，提高城市污水处理厂运行管理水平成为污水处理企业当前必须认真考虑的问题。

一、污水处理厂工艺概述

污水厂以生活污水为主，设计处理能力为2×104m3 /d，实际进水量约为1.5 ×104m3 /d，处理后出水水质为二级排放标准。污水经格栅、旋流沉砂池后，进入初沉池和普曝生物池，二沉池出水后進行深度处理，包括混凝沉淀池、曝气生物滤池，最后进入中水回用系统。

二、污水厂现状分析

1、污水厂现场调研。对污水厂各工艺单元进行现场调研，包括旋流沉砂池、初沉池、生物池、鼓风机房、二沉池、中水处理系统。

1）旋流沉砂池。污水厂共有两组旋流沉砂池，目前只运行一组。实际进水量约为设计进水量的75%，加上回流的剩余污泥、化学污泥和生物滤池污泥，将达到设计进水量的80%以上。如果仅运行一组旋流沉砂池，势必会减少水力停留时间，影响沉砂效果。

2）初沉池。回流的剩余污泥、化学污泥及曝气生物滤池污泥将会增加初沉池的运行负荷，其中化学污泥中剩余的混凝剂会加快初沉池中颗粒物的沉降速度，改善沉降效果；同时过大的污泥负荷，需要增加排泥量。初沉池因沉降作用，造成出水堰出水不均，影响出水水质。

3）生物池。污水厂生物池混合液悬浮固体（MLSS）较低，若加大回流量，势必提高生物池中污泥浓度，可以加大回流量。夏季由于气温较高，影响氧在水中的传质效率；同时，随着温度的升高，微生物的活性增强，新陈代谢快，需氧量较大。如果采用固定的曝气量，会出现溶解氧浓度较低的现象。另外，生物池上安装了溶解氧仪表，但是并未正常工作。这样既增加了运行成本，但并没有起到相应的效果。因此，需加强对在线仪表的维护和保养。

4）二沉池。二沉池出水堰出水不均，出水水质中含有较多的悬浮颗粒。二沉池的沉降效果较差，是因为生物池末端溶解氧较高，引起生物絮体解体，影响二沉池的沉降效果。

5）混凝沉淀池。为了去除二沉池出水中的固体悬浮物，设置了混凝沉淀池。在混凝沉淀阶段，水力搅拌强度、混凝剂的种类和剂量都会影响沉降效果，也关系到运行费用。多数水质净化厂根据操作人员的运行经验投加混凝剂，加药量偏高，直接造成运行成本增高。

6）曝气生物滤池。曝气生物滤池是生物膜工艺，主要作用是将氨氮转化为硝酸盐氮。目前该污水厂曝气生物滤池中填料为陶粒。经过长期的试验得出，采用陶粒作填料有以下几种缺点：填充陶粒滤料时，比重大、空隙率小，曝气系统压力损失大；陶粒滤料在反冲洗时，容易破碎，需要更换滤料，增加运行难度和运行成本；填充陶粒滤料时，需要较大的曝气量，增加曝气系统的能耗。建议在曝气生物滤池中使用表面亲水性塑料填料。

2、污水厂进、出水分析。对污水厂出水TP 浓度超标，进水量和进水量相差较大，但均低于设计标准；进水SS 浓度相对稳定；进水TP 浓度波动较大。由于进水水质和水量的变化，造成出水TP 没有满足二级排放标准。如果进水水量达到设计标准时，出水SS 和TP 可能会超标。进水TN 和NH3-N，与出水TN 和NH3-N 变化趋势基本一致，说明整个工艺对TN 和NH3-N 的去除量基本保持稳定。目前工艺对TN 的去除主要是沉淀颗粒态的TN 及微生物新陈代谢对NH3 -N吸收。二沉池出水中NH3-N 浓度很高，将造成曝气生物滤池NH3-N 负荷大，可能会导致出水不达标。

三、改进思路

1、系统化工艺诊断。该污水厂经过初步诊断后，需进一步开展系统化工艺诊断[1]，找出工艺运行的" 瓶颈口"。将人工化验室分析、水质连续变化分析、各断面水质变化分析等多方面系统结合，以大量实验数据作为数理统计分析和建模基础，并使用ABAM 仪器对生物池的活性污泥降解性能进行分析，包括硝化速率、好氧速率、反硝化速率和磷的吸收和释放情况，寻求污水厂升级改造的关键点。

2、生物池控制优化。该污水厂生物池采用普曝工艺，为了稳定达到二级排放标准，氨氮指标显得尤为重要。溶解氧是影响氨氮降解的重要因素，溶解氧过高过低均不利于工艺稳定运行。溶解氧过低，硝化速率受抑制，氨氮降解不充分；而过高的溶解氧不但不利于总氮和总磷的去除，也会导致能耗浪费。另外，目前污水厂生物池污泥浓度MLSS 较低，污泥泥龄较短，导致硝化菌大量流失，硝化菌生长代谢缓慢，恢复周期延长，导致氨氮在生物池几乎无明显降解。因此，建议污水厂需要增加生物池中污泥浓度，加大回流量。为了应对将来更严格的排放标准，选取最适宜的工艺或组合工艺，建立达标改造工艺模型，将所选工艺及物理特性、预测进水水质、水量等参数输入水协的活性污泥模型（ASM2d），模拟计算和优化预测最佳运行工艺调控参数和数值，以确保工艺改造方案的可行性。

3、混凝加药试验。为了优化混凝沉淀池的工作效率和降低运行成本，利用ZR4-6 混凝实验搅拌机，模拟不同水力搅拌强度、混凝剂的种类、剂量、沉淀方式，寻求最佳的组合方式。[2通过对混凝沉淀系统的升级改造，将平流沉淀池后增加人工快渗池，强化沉淀效果，提高出水水质。实验室模拟数据也说明，不同混凝剂在不同水力搅拌强度下，对出水TP 浓度影响较大。

4、建立信息管理系统。信息系统的建立和实施是一个循序渐进、不断完善的过程。污水厂信息系统的建立，可提高企业管理的事前控制能力，把全厂从进水、到出水的工作环境，看作是一个动态的、可事前控制的有机整体。信息系统将上述各个环节整合在一起，它的核心是有效地管理企业现有资源，合理调配和准确利用现有资源，为企业提供一套能够对出水水质达标、运行节能和提高运营等关键问题进行实时分析、判断的决策支持系统。通过对污水厂工艺过程信息、设备信息和信息联系各模块进行分析，找出最合适的管理信息系统的模块。

在对该污水厂历史运行数据和工艺运行情况诊断分析的基础上，确定了出水水质达标的主要控制指标，并通过水质分析、工艺过程诊断及模拟试验。因此，提出了开展系统化工艺诊断、优化溶氧浓度和污泥浓度、进行混凝加药试验、建立污水厂信息管理系统等一系列改进措施，以期提高污染物去除效果，降低运行成本。

参考文献

[1]尚爱安.浅谈工艺优化诊断技术用于污水厂的改造[J].中国给水排水，2012，22（2）：26 - 30.

[2]甘一萍，周军. 数学模拟技术在污水处理工艺设计、优化、研发中的应用（上）[J] . 给水排水，2014，30（5）：33 - 36.

[3]郝晓地，戴吉，采用数学模拟评价生物营养物去除工艺的除磷效果[J] . 中国给水排水，2013，22（5）：30 - 34.endprint