昆山某城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程實例

文_蘇大雄 昆山建邦環(huán)境投資有限公司

近年來城鎮(zhèn)污水處理廠氮的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，江蘇省自2021 年起將按照《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染排放限值》（DB32/1072-2018）執(zhí)行，出水TN 濃度限值低于10mg/L。蘇州市《關(guān)于高質(zhì)量推進(jìn)城鄉(xiāng)生活污水治理三年行動計劃的實施意見》明確要求自2021 年起，全市城鎮(zhèn)污水廠出水執(zhí)行“蘇州特別排放限值”，其中TN 出水要求低于10mg/L。目前，常規(guī)城鎮(zhèn)污水廠脫氮工藝以生物處理法為主?；钚晕勰鄬Φ娜コ饕峭ㄟ^硝化及反硝化菌的生物作用實現(xiàn)，影響微生物環(huán)境的參數(shù)( 如進(jìn)水水質(zhì)、DO、有毒物質(zhì)等) 變化會對整個系統(tǒng)的微生物脫氮速率產(chǎn)生影響從而限制氮的去除，大多數(shù)城鎮(zhèn)污水廠總氮出水不穩(wěn)定的主要影響因素有進(jìn)水碳源、內(nèi)回流比、回流硝化液DO 以及缺氧區(qū)混合方式等。

昆山某城鎮(zhèn)污水廠依據(jù)《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB32/1072 提標(biāo)技術(shù)指引》，按照“一廠一策”的要求，采用“生化池好氧部分增加懸浮填料+好氧前端部分改造為缺氧區(qū)+內(nèi)回流點后移并更換設(shè)備增加內(nèi)回流比”方案進(jìn)行提標(biāo)改造，在區(qū)域內(nèi)具備類似潛能的城鎮(zhèn)鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造中具有代表性。

1 項目概況

1.1 項目基本情況

該廠設(shè)計規(guī)模20 萬m3/d，采用“A2/O+高效沉淀池+V型濾池+紫外消毒”工藝，出水指標(biāo)執(zhí)行一級A 標(biāo)準(zhǔn)，主要處理區(qū)域內(nèi)的生活污水。

由于無法進(jìn)行長時間停水改造，提標(biāo)方案需因地制宜，選用改動較小、運行可靠的方案。在對現(xiàn)有工藝全流程參數(shù)及運行數(shù)據(jù)進(jìn)行充分分析后，改造方案確定為“在生化池好氧段的增加懸浮填料+好氧進(jìn)水前端改造為兼氧區(qū)+內(nèi)回流點后移并增加內(nèi)回流比”，提標(biāo)改造設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 污水處理廠提標(biāo)改造設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 存在問題與分析

1.2.1 污水廠進(jìn)水水質(zhì)情況

該污水廠已穩(wěn)定運行多年，為合理確定提標(biāo)改造工程的設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)提供了可靠的依據(jù)，圖1 分別對該污水處理廠2016年1月～2019 年3月的實際進(jìn)水水質(zhì)中的CODcr、NH3-N、TN、TP 進(jìn)行了統(tǒng)計。

圖1 污水處理廠實際進(jìn)水水質(zhì)

圖1 表明進(jìn)水水質(zhì)總體穩(wěn)定，大多時間低于設(shè)計水質(zhì)。自2018 年起，進(jìn)水CODcr、NH3-N、TN、TP 較之前有一定幅度的提升，基本達(dá)到或接近設(shè)計水質(zhì)，這與該區(qū)域正在推進(jìn)的污水廠提質(zhì)增效三年行動計劃有較大關(guān)系。

1.2.2 污水廠出水水質(zhì)情況

圖2 對該廠2018 年至2019 年的出水水質(zhì)進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

圖2 污水處理廠實際出水水質(zhì)

從圖2 可以看出，自2018 年出水CODcr、氨氮、總氮以及總磷基本達(dá)到了江蘇省DB32/1072-2018 表1 中的標(biāo)準(zhǔn)，而自2019 年除總氮以外基本滿足蘇州特別排放限值，主要是昆山市自2019 年起對全市污水廠出水達(dá)到蘇州特別排放限值制定了獎勵政策，使得各污水廠均加強了運行的精細(xì)化管控。

通過上述分析，該廠本次提標(biāo)需要重點解決的是出水總氮。對進(jìn)水中可溶性難降解COD、出水中TN 以及TP 的組成進(jìn)行了多次分析得出進(jìn)水中可溶性難降解COD 比例不超過5%，出水總氮中超過85%為硝態(tài)氮，總磷超過95%為正磷酸鹽，說明通過強化生化處理效率和末端精確加藥可以實現(xiàn)本次提標(biāo)改造目標(biāo)。

2 提標(biāo)改造工程設(shè)計

2.1 提標(biāo)改造工藝選擇

針對總氮的改造路線有兩種：一是末端解決，應(yīng)用較多的是增加反硝化濾池，但該廠內(nèi)用地緊張，且反硝化濾池依賴輔助碳源，運行成本高且對出水COD 控制有一定風(fēng)險；二是在生化段解決總氮問題，針對反硝化的主要影響因素碳源、缺氧停HRT、內(nèi)回流比等，采用外加碳源、增加缺氧HRT 及內(nèi)回流比等達(dá)到降低出水總氮的目的。

根據(jù)污水廠用地現(xiàn)狀，結(jié)合投資和運行費用，選擇在生化段進(jìn)行強化的改造思路進(jìn)行本次提標(biāo)，該方案投資低、改造實施快、運行費用低、后期管理簡單，能滿足較高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 提標(biāo)改造工程方案設(shè)計

本次改造均在原構(gòu)筑物內(nèi)完成，通過對現(xiàn)有池容的切割再分配來滿足不同功能區(qū)需求，具體改造內(nèi)容包括：

①將好氧前端1hHRT 的池容改造為兼氧區(qū)并設(shè)置攪拌器，并增加擋墻避免后端曝氣返混；將配水渠道延伸至缺氧，增加利用進(jìn)水碳源優(yōu)先脫氮的調(diào)控手段。

②在好氧段中間三分之一池容內(nèi)投加懸浮填料，新增鋼結(jié)構(gòu)配水渠、進(jìn)出水?dāng)r截篩網(wǎng)和輔助曝氣，形成泥膜共用系統(tǒng)。

③將內(nèi)回流點由原先的好氧段三分之二處(穿墻泵設(shè)計)后移至好氧末端，保證內(nèi)回流液硝態(tài)氮濃度。

④新增內(nèi)回流泵，改造后最大內(nèi)回流比為400%。

⑤新增碳源投加裝置，作為冬季低溫以及出水總氮波動時的應(yīng)急設(shè)施，并增加在線硝氮儀表便于精準(zhǔn)調(diào)控。

通過對生化池容的再分配，擴大缺氧區(qū)，滿足反硝化需求，硝化不足部分通過投加懸浮填料補足。懸浮填料區(qū)采用微動力混合，不增加推流器，僅靠輔助曝氣及新增配水渠形成的水力條件實現(xiàn)填料良好流化。投加懸浮填料總有效比表面積超過1．5×106m2，規(guī)格為直徑25mm，高度10mm，掛膜后密度與水接近，可形成良好的懸浮效果。

3 提標(biāo)改造的運行效果分析

2019 年4 月開始先后對四組生化池進(jìn)行改造并于7 月底完成。因該污水廠基本滿負(fù)荷運行，改造完成一組隨即就進(jìn)行調(diào)試運行，最早的5 月進(jìn)行調(diào)試運行，最后一組8 月投入調(diào)試運行。

3.1 對總氮的去除效果

在不外加碳源的情況下，改造后出水TN 較之前下降了約2mg/L，基本達(dá)到蘇州特別排放限值的要求(見圖3) 。分析原因，一是擴大了缺氧區(qū)使反硝化更加充分，增加缺氧配水使原水碳源能優(yōu)先用于反硝化；二是內(nèi)回流點后移讓回流液攜帶的DO 明顯降低，同時回流比的提升也讓調(diào)控手段更靈活；三是可能在懸浮填料區(qū)出現(xiàn)了同步硝化反硝化現(xiàn)象。隨著填料掛膜的進(jìn)一步成熟，填料上的好氧、缺氧層逐漸穩(wěn)定，通過優(yōu)化控制極有可能進(jìn)一步提高填料的SND 作用。

圖3 對TN 的去除效果

3.2 對氨氮的去除效果

改造前出水氨氮雖然較低，但波動大且時常出現(xiàn)超過2mg/L 的情況。改造后出水氨氮基本穩(wěn)定在0．5mg/L以下(見圖4)。目前懸浮填料雖已掛膜，但處理效果尚未完全穩(wěn)定。隨著懸浮填料生物膜的進(jìn)一步成熟，系統(tǒng)出水氨氮穩(wěn)定性將會增強。懸浮填料上的泥齡一般大于30d，有利于長泥齡的硝化菌群富集。

圖4 對氨氮的去除效果

3.3 對COD和TP的去除效果

改造完成后出水COD 基本穩(wěn)定在30mg/L下(見圖5)，與該廠自2019 年以后的出水COD 變化不大，但穩(wěn)定性明顯增強。

圖5 對 COD 的去除效果

改造后出水TP 基本穩(wěn)定在0．2 mg/L 以下(見圖6)。在未額外增加PAC 投加量情況下，出水TP 濃度顯著降低且穩(wěn)定性增強，這是由于投加了懸浮填料后，釋放了系統(tǒng)的懸浮態(tài)污泥，適當(dāng)縮短了泥齡，有助于強化生物作用的除磷效果。

圖6 對 TP 的去除效果

該提標(biāo)改造工程總投資約3650 萬元，新增直接運行成本主要為新增設(shè)備的動力消耗，改造部分新增電耗約0．02kwh/m3。

4 結(jié)語

采用生化池好氧部分增加懸浮填料+好氧前端部分改造為缺氧區(qū)+內(nèi)回流點后移并更換設(shè)備增加內(nèi)回流比工藝對污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，通過對原生化池主體池容的切割和合理再分配，利用較短時間完成提標(biāo)改造工程并短期內(nèi)實現(xiàn)改造后工藝運行的高效穩(wěn)定。 在總處理水量不變的情況下，提標(biāo)改造后出水中CODcr、TN、NH3-N 和TP 基本穩(wěn)定達(dá)到蘇州特別排放限值的要求，出水水質(zhì)穩(wěn)定性增強，其經(jīng)驗可供類似污水廠提標(biāo)改造工程借鑒。