浙江某城镇污水处理厂一级A提标改造后运行优化分析

沈晓佳，陈雪祥,，徐一兰，沈英杰

(1. 海宁首创水务有限责任公司，浙江海宁 314400；2. 海宁市水务投资集团有限公司，浙江海宁 314400)

截至2017年底，全国城镇累计建成运行污水处理厂已达4 100多座，污水处理能力达到1.82亿m3/d[1]，其中，有很大一部分污水处理厂是从《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的二级或一级B标准提标改造至一级A标准。2018年开始，浙江省城镇污水处理厂均按照一级A标准进行评价，部分提标改造的污水处理厂出水稳定达到一级A排放标准还存在一定困难，主要的超标因子有SS、粪大肠菌群数、NH3-N、TP、TN等[2]。同时，污水处理厂一级A提标改造后，运行成本的大幅上升也对污水处理厂的可持续发展形成制约。提标改造后的污水处理厂运行和水质达标管理有其自身特点，本文以浙江省某城镇污水处理厂一级A提标改造项目为例，对其运行过程中制约出水稳定达标的相关工艺控制参数进行分析，并提出相应优化措施，以期为相关提标改造城镇污水处理项目的优化运行提供参考。

1 工程概况

浙江某城镇污水处理厂设计规模为15×104m3/d，分为一、二期和三期工程2个系统。一、二期工程设计规模为10×104m3/d，主体采用SBR工艺；三期工程设计规模为5.0×104m3/d，主体采用AAO工艺。整个工程主要的构筑物有曝气沉砂池、初沉池、水解酸化池、SBR池、AAO生化池、二沉池、终沉池、紫外消毒池、反硝化滤池、次氯酸钠消毒池、污泥浓缩池、污泥脱水机间、风机房、加药房、配电间及辅助建筑物等。一级A提标改造工程通过在原来紫外消毒池后增加深床反硝化滤池和次氯酸钠消毒池，于2017年6月开始执行一级A标准，污水处理工艺流程如图1所示。该工程生活污水和工业废水进水比例为55∶45，其中，工业废水主要为印染、制革和食品加工等废水，设计进出水水质标准如表1所示。

图1 污水处理工艺流程图Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

表1 设计进水水质与排放标准要求Tab.1 Requirement of Influent and Effluent

2 工艺优化分析

2.1 进出水水质分析

该工程一级A提标改造后，近3年进出水水质情况如表2所示。从进水看，进水极值波动较大，存在水质冲击情况。从进水均值看，进水水质情况基本符合设计要求，其中，进水B/C为0.43，可生化性尚可；BOD5/TN为4.6，BOD5/TP为38.6，进水中脱氮除磷碳源相对充足。从去除率看，除TN外，其余指标都达到90%以上，TN指标也已基本达到SBR和AAO工艺设计去除率的上限。总的来说，整个系统的进水水质结构较为合理，系统运行高效，污染物去除率高。

2.2 活性污泥浓度控制

该工程一、二、三期均按照一级B级标准进行设计建造，其中，一、二期SBR工艺设计污泥浓度为4 g/L，三期AAO工艺设计污泥浓度为3.5 g/L。然而从一级B提标至一级A后，各污染物指标去除率都有所提高，需更高的生物反应速率来提高生化反应效率。根据一级A运行要求，对生化池活性污泥浓度进行适当提高，并根据水温进行动态调整。由图2可知，根据水温变化，活性污泥浓度控制可分3个阶段，水温为10～20 ℃，活性污泥浓度控制在5.5～6.5 g/L；水温为20～28 ℃，活性污泥浓度控制在5～5.5 g/L；水温为28～35 ℃，活性污泥浓度控制在4.5～5 g/L。在冬季生化池水温较低时，整个活性污泥系统微生物活性下降，需更多微生物数量来提高生化反应速率；而在夏季水温较高时，活性污泥系统微生物活性较强，可以适当降低活性污泥浓度，从而降低微生物系统内源呼吸强度，在一定程度上避免污泥老化、细碎。

表2 近3年进出水水质情况Tab.2 Influent and Effluent Quality during the Last Three Years

图2 活性污泥浓度和水温的变化关系Fig.2 Relation of Sludge Concentration and Water Temperature

2.3 溶解氧控制

溶解氧作为生化反应控制的重要指标之一，对污水中污染物的去除至关重要。在一级A排放标准运行过程中，根据水温变化来动态调整DO参数(图3)。水温为10～20 ℃，SBR工艺曝气末期控制在3～5 mg/L，AAO工艺好氧池末端DO控制在1～3 mg/L；水温为20～35 ℃，SBR工艺曝气末期控制在1～3 mg/L，AAO工艺好氧池末端DO控制在0.5～1 mg/L。这样的DO控制有利于平衡COD、NH3-N、TP与TN的去除，使两者去除效率都保持在较高水平。在此过程中，需注意整个生化池DO平衡分布情况，保证监测点DO参数应能代表整个生化池的运行状态，还应注意曝气系统氧气传递效率。随着曝气系统在运行过程中逐渐老化或个别曝气装置损坏，导致氧气传递效率逐步下降、曝气不均的情况出现，会影响整个系统的生化处理效率，也会对运行成本带来不利影响。

图3 DO和水温的变化关系Fig.3 Relation of DO and Water Temperature

2.4 TN去除及碳源投加控制

TN去除需碳源作为电子供体参与反应，因此，在反硝化脱氮反应过程中碳源必不可少。工艺控制上主要以利用内部碳源为主、投加外部碳源为辅的原则。提高内部碳源利用率的调控措施主要有：控制曝气末期或好氧末端较低的溶氧值、提高内回流比[3]、回流硝化混合液进行水解产碳源等方式[4]。如表3 所示，TN去除率与水温成正相关，水温的升高有利于脱氮微生物提高反应速率，而在水温较低时，需更高的C/N来推动生化反应来维持相应的反应速率，从而保证TN去除率。由表3可知，不管是否投加碳源，由于SBR和AAO工艺特点，TN去除率在65%～75%，这样的TN去除率可以稳定运行达到一级A标准。但随着出水水质标准的不断提高，75%左右的TN去除率无法保证更高标准稳定达标时，需增加新的工艺措施来提高TN去除率。如在原有工艺后面增加后缺氧段(深床反硝化滤池)或者采用多级AO工艺来提高系统整体的TN去除率。从经济运行角度考虑，后缺氧段主要依靠外加碳源来支持运行，成本较大，因此，多级AO工艺可能适合更高的排放标准。

表3 水温对TN去除率的影响Tab.3 Effect of Water Temperature on TN Removal Rate

2.5 TP去除控制

TP去除包括生物除磷和化学除磷2种工艺，工艺控制上主要以生物除磷为主、化学除磷为辅。生物除磷的主要原则是控制厌氧区的碳源和硝酸盐浓度、好氧区供氧量及剩余污泥的排放情况等[5]。强化生物除磷的措施有：通过硝化混合液多点回流至进水端增强部分活性污泥释磷效果[6]，提高厌氧区碳源及降低硝酸盐浓度来增强释磷生物反应速率，合理控制好氧区溶解氧，加强剩余污泥排放等。如图4 所示，TP去除与水温成负相关，水温降低时，除磷效果好；水温升高时，除磷效果相对较差，这正好与TN去除情况相反。可能的原因是脱氮和除磷微生物在整个系统中存在竞争关系。水温高时，脱氮微生物菌群相对活跃，在整个微生物生态中占据主导地位；而水温较低时，除磷微生物相对活跃，在整个微生物生态中占据主导地位。因此，根据生物除磷特点，可以动态调整化学除磷药剂投加量，达到经济运行的目的。

图4 水温对TP去除率的影响Fig.4 Effect of Water Temperature on TP Removal Rate

3 运行成本分析

该工程运行的主要费用包括电费、药剂费和人工费3部分。根据近3年运行情况统计分析，电费为0.271 1元/m3； 聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、次氯酸钠、乙酸钠药剂费分别为0.045 7、0.009 9、0.017 5、0.020 3元/m3，共计0.093 4元/m3；人工费为0.102 8元/m3，总计单位直接运行成本为0.467 3元/m3。

4 结论

一级A提标改造后，工艺运行上通过进水水质分析，利用项目进水水质特征对水温、活性污泥浓度、溶解氧、回流方式和碳源投加等工艺控制参数进行优化，可以进一步挖掘系统内在潜力。近3年的运行数据表明，出水各项指标去除率都达到了较高水平，单位直接运行成本为0.467 3元/m3，说明利用以内部生物处理为主、外部化学投加为辅的工艺控制理念，可以为污水处理项目带来较好的环境和经济效益。