工藝優(yōu)化診斷技術(shù)用于污水廠的改造

王恩偉

摘 要：污水處理廠在設(shè)備、工藝和運(yùn)行方面，都普遍存在一些有待于進(jìn)一步改進(jìn)的共性技術(shù)。本文以某污水處理廠的污水處理工藝進(jìn)行了初步診斷，結(jié)果顯示其旋流沉砂池水力負(fù)荷較大、初沉池和二沉池沉降效果較差、生物池污泥濃度低和泥齡短是該廠處理工藝存在的主要問(wèn)題，同時(shí)由于進(jìn)水污染物濃度較高，也導(dǎo)致了出水氨氮和總磷超標(biāo)率較高，提出了開展進(jìn)一步的系統(tǒng)化工藝診斷、優(yōu)化溶氧濃度和污泥濃度、利用混凝加藥試驗(yàn)尋求最佳組合方式的改進(jìn)思路，以提高污染物去除效果，降低運(yùn)行成本。并建立污水廠信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，提高運(yùn)行管理水平。

關(guān)鍵詞：工藝診斷；改造；思路

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平在日益提高，城市用水和排水量也在持續(xù)增加，給相關(guān)給排水單位帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時(shí)，對(duì)黃河中上游流域的水污染防治提出了更嚴(yán)格的要求，要求進(jìn)一步提高污水處理率和污水處理出水標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，因此，現(xiàn)有的污水廠都將面臨著提標(biāo)、升級(jí)改造。在科學(xué)發(fā)展觀、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的思想指導(dǎo)下，污水處理行業(yè)將有一次新的發(fā)展機(jī)遇。因此，提高城市污水處理廠運(yùn)行管理水平成為污水處理企業(yè)當(dāng)前必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。

一、污水處理廠工藝概述

污水廠以生活污水為主，設(shè)計(jì)處理能力為2×104m3 /d，實(shí)際進(jìn)水量約為1.5 ×104m3 /d，處理后出水水質(zhì)為二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。污水經(jīng)格柵、旋流沉砂池后，進(jìn)入初沉池和普曝生物池，二沉池出水后進(jìn)行深度處理，包括混凝沉淀池、曝氣生物濾池，最后進(jìn)入中水回用系統(tǒng)。

二、污水廠現(xiàn)狀分析

1、污水廠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。對(duì)污水廠各工藝單元進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，包括旋流沉砂池、初沉池、生物池、鼓風(fēng)機(jī)房、二沉池、中水處理系統(tǒng)。

1）旋流沉砂池。污水廠共有兩組旋流沉砂池，目前只運(yùn)行一組。實(shí)際進(jìn)水量約為設(shè)計(jì)進(jìn)水量的75%，加上回流的剩余污泥、化學(xué)污泥和生物濾池污泥，將達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)水量的80%以上。如果僅運(yùn)行一組旋流沉砂池，勢(shì)必會(huì)減少水力停留時(shí)間，影響沉砂效果。

2）初沉池?；亓鞯氖Ｓ辔勰唷⒒瘜W(xué)污泥及曝氣生物濾池污泥將會(huì)增加初沉池的運(yùn)行負(fù)荷，其中化學(xué)污泥中剩余的混凝劑會(huì)加快初沉池中顆粒物的沉降速度，改善沉降效果；同時(shí)過(guò)大的污泥負(fù)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，影響出水水質(zhì)。

3）生物池。污水廠生物池混合液懸浮固體（MLSS）較低，若加大回流量，勢(shì)必提高生物池中污泥濃度，可以加大回流量。夏季由于氣溫較高，影響氧在水中的傳質(zhì)效率；同時(shí)，隨著溫度的升高，微生物的活性增強(qiáng)，新陳代謝快，需氧量較大。如果采用固定的曝氣量，會(huì)出現(xiàn)溶解氧濃度較低的現(xiàn)象。另外，生物池上安裝了溶解氧儀表，但是并未正常工作。這樣既增加了運(yùn)行成本，但并沒(méi)有起到相應(yīng)的效果。因此，需加強(qiáng)對(duì)在線儀表的維護(hù)和保養(yǎng)。

4）二沉池。二沉池出水堰出水不均，出水水質(zhì)中含有較多的懸浮顆粒。二沉池的沉降效果較差，是因?yàn)樯锍啬┒巳芙庋踺^高，引起生物絮體解體，影響二沉池的沉降效果。

5）混凝沉淀池。為了去除二沉池出水中的固體懸浮物，設(shè)置了混凝沉淀池。在混凝沉淀階段，水力攪拌強(qiáng)度、混凝劑的種類和劑量都會(huì)影響沉降效果，也關(guān)系到運(yùn)行費(fèi)用。多數(shù)水質(zhì)凈化廠根據(jù)操作人員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)投加混凝劑，加藥量偏高，直接造成運(yùn)行成本增高。

6）曝氣生物濾池。曝氣生物濾池是生物膜工藝，主要作用是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。目前該污水廠曝氣生物濾池中填料為陶粒。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)得出，采用陶粒作填料有以下幾種缺點(diǎn)：填充陶粒濾料時(shí)，比重大、空隙率小，曝氣系統(tǒng)壓力損失大；陶粒濾料在反沖洗時(shí)，容易破碎，需要更換濾料，增加運(yùn)行難度和運(yùn)行成本；填充陶粒濾料時(shí)，需要較大的曝氣量，增加曝氣系統(tǒng)的能耗。建議在曝氣生物濾池中使用表面親水性塑料填料。

2、污水廠進(jìn)、出水分析。對(duì)污水廠出水TP 濃度超標(biāo)，進(jìn)水量和進(jìn)水量相差較大，但均低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)水SS 濃度相對(duì)穩(wěn)定；進(jìn)水TP 濃度波動(dòng)較大。由于進(jìn)水水質(zhì)和水量的變化，造成出水TP 沒(méi)有滿足二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。如果進(jìn)水水量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，出水SS 和TP 可能會(huì)超標(biāo)。進(jìn)水TN 和NH3-N，與出水TN 和NH3-N 變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明整個(gè)工藝對(duì)TN 和NH3-N 的去除量基本保持穩(wěn)定。目前工藝對(duì)TN 的去除主要是沉淀顆粒態(tài)的TN 及微生物新陳代謝對(duì)NH3 -N吸收。二沉池出水中NH3-N 濃度很高，將造成曝氣生物濾池NH3-N 負(fù)荷大，可能會(huì)導(dǎo)致出水不達(dá)標(biāo)。

三、改進(jìn)思路

1、系統(tǒng)化工藝診斷。該污水廠經(jīng)過(guò)初步診斷后，需進(jìn)一步開展系統(tǒng)化工藝診斷[1]，找出工藝運(yùn)行的" 瓶頸口"。將人工化驗(yàn)室分析、水質(zhì)連續(xù)變化分析、各斷面水質(zhì)變化分析等多方面系統(tǒng)結(jié)合，以大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析和建模基礎(chǔ)，并使用ABAM 儀器對(duì)生物池的活性污泥降解性能進(jìn)行分析，包括硝化速率、好氧速率、反硝化速率和磷的吸收和釋放情況，尋求污水廠升級(jí)改造的關(guān)鍵點(diǎn)。

2、生物池控制優(yōu)化。該污水廠生物池采用普曝工藝，為了穩(wěn)定達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，氨氮指標(biāo)顯得尤為重要。溶解氧是影響氨氮降解的重要因素，溶解氧過(guò)高過(guò)低均不利于工藝穩(wěn)定運(yùn)行。溶解氧過(guò)低，硝化速率受抑制，氨氮降解不充分；而過(guò)高的溶解氧不但不利于總氮和總磷的去除，也會(huì)導(dǎo)致能耗浪費(fèi)。另外，目前污水廠生物池污泥濃度MLSS 較低，污泥泥齡較短，導(dǎo)致硝化菌大量流失，硝化菌生長(zhǎng)代謝緩慢，恢復(fù)周期延長(zhǎng)，導(dǎo)致氨氮在生物池幾乎無(wú)明顯降解。因此，建議污水廠需要增加生物池中污泥濃度，加大回流量。為了應(yīng)對(duì)將來(lái)更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，選取最適宜的工藝或組合工藝，建立達(dá)標(biāo)改造工藝模型，將所選工藝及物理特性、預(yù)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)、水量等參數(shù)輸入水協(xié)的活性污泥模型（ASM2d），模擬計(jì)算和優(yōu)化預(yù)測(cè)最佳運(yùn)行工藝調(diào)控參數(shù)和數(shù)值，以確保工藝改造方案的可行性。

3、混凝加藥試驗(yàn)。為了優(yōu)化混凝沉淀池的工作效率和降低運(yùn)行成本，利用ZR4-6 混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)，模擬不同水力攪拌強(qiáng)度、混凝劑的種類、劑量、沉淀方式，尋求最佳的組合方式。[2通過(guò)對(duì)混凝沉淀系統(tǒng)的升級(jí)改造，將平流沉淀池后增加人工快滲池，強(qiáng)化沉淀效果，提高出水水質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室模擬數(shù)據(jù)也說(shuō)明，不同混凝劑在不同水力攪拌強(qiáng)度下，對(duì)出水TP 濃度影響較大。

4、建立信息管理系統(tǒng)。信息系統(tǒng)的建立和實(shí)施是一個(gè)循序漸進(jìn)、不斷完善的過(guò)程。污水廠信息系統(tǒng)的建立，可提高企業(yè)管理的事前控制能力，把全廠從進(jìn)水、到出水的工作環(huán)境，看作是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、可事前控制的有機(jī)整體。信息系統(tǒng)將上述各個(gè)環(huán)節(jié)整合在一起，它的核心是有效地管理企業(yè)現(xiàn)有資源，合理調(diào)配和準(zhǔn)確利用現(xiàn)有資源，為企業(yè)提供一套能夠?qū)Τ鏊|(zhì)達(dá)標(biāo)、運(yùn)行節(jié)能和提高運(yùn)營(yíng)等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、判斷的決策支持系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)污水廠工藝過(guò)程信息、設(shè)備信息和信息聯(lián)系各模塊進(jìn)行分析，找出最合適的管理信息系統(tǒng)的模塊。

在對(duì)該污水廠歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和工藝運(yùn)行情況診斷分析的基礎(chǔ)上，確定了出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的主要控制指標(biāo)，并通過(guò)水質(zhì)分析、工藝過(guò)程診斷及模擬試驗(yàn)。因此，提出了開展系統(tǒng)化工藝診斷、優(yōu)化溶氧濃度和污泥濃度、進(jìn)行混凝加藥試驗(yàn)、建立污水廠信息管理系統(tǒng)等一系列改進(jìn)措施，以期提高污染物去除效果，降低運(yùn)行成本。

參考文獻(xiàn)

[1]尚愛(ài)安.淺談工藝優(yōu)化診斷技術(shù)用于污水廠的改造[J].中國(guó)給水排水，2012，22（2）：26 - 30.

[2]甘一萍，周軍. 數(shù)學(xué)模擬技術(shù)在污水處理工藝設(shè)計(jì)、優(yōu)化、研發(fā)中的應(yīng)用（上）[J] . 給水排水，2014，30（5）：33 - 36.

[3]郝曉地，戴吉，采用數(shù)學(xué)模擬評(píng)價(jià)生物營(yíng)養(yǎng)物去除工藝的除磷效果[J] . 中國(guó)給水排水，2013，22（5）：30 - 34.endprint