上海某大型污水處理廠提標(biāo)改造運行效能分析

儲 杰

(上海友聯(lián)竹園第一污水處理投資發(fā)展有限公司，上海 200137)

為落實國家水污染防治行動計劃，推進污染減排，改善水環(huán)境質(zhì)量，近年來眾多污水處理廠通過工藝改造、減量升級等措施進行提標(biāo)改造[1-2]，提高出水標(biāo)準(zhǔn)。

本文針對上海某大型污水處理廠提標(biāo)改造項目，介紹其工藝類型選擇及主要改造內(nèi)容，分析改造后水量、水質(zhì)運行效果，研究改造后運行中存在的問題并提出解決措施，以期為類似污水處理廠的提標(biāo)改造及優(yōu)化運行提供參考。

1 污水廠概況

上海某大型市政污水處理廠提標(biāo)改造前設(shè)計污水處理規(guī)模為170萬m3/d，污水處理采用帶硝化功能的活性污泥工藝，設(shè)計出水水質(zhì)要求為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)二級排放標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。該廠于2017年12月進行提標(biāo)改造工程施工建設(shè)，2019年12月改造完成。提標(biāo)改造后設(shè)計規(guī)模為110萬m3/d，污水處理采用AAO+深度處理工藝，出水水質(zhì)達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造設(shè)計進出水水質(zhì)如表1所示。

表1 提標(biāo)改造前后設(shè)計的進出水水質(zhì)

2 提標(biāo)改造前水量、水質(zhì)

2.1 處理水量

對該廠提標(biāo)改造前2017年1月—12月每日處理水量進行統(tǒng)計分析，主要參數(shù)如下：平均處理量為162.5萬m3/d，符合該廠設(shè)計處理規(guī)模；最小處理量為124.9萬m3/d；最大處理量為187.7萬m3/d；超150萬、160萬、170萬m3/d覆蓋率分別為81.1%、64.1%、27.4%。

處理水量主要在150萬m3/d 以上，其中150萬～170萬m3/d覆蓋率為53.7%。

2.2 進出水水質(zhì)

表2為提標(biāo)改造前2017年1月—12月每日進出水水質(zhì)統(tǒng)計分析。

由表2可知，主要污染物出水指標(biāo)均達到設(shè)計二級排放標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)提高需進一步去除有機物、強化脫氮除磷效果、保證SS及TP去除效率。

表2 提標(biāo)改造前2017年進出水水質(zhì)統(tǒng)計分析

3 提標(biāo)改造工藝

3.1 工藝流程

提標(biāo)改造前，該污水廠采用帶硝化功能的傳統(tǒng)AO工藝，只設(shè)計污泥回流，沒有混合液內(nèi)回流。對2017年污水廠實際進水水質(zhì)中主要污染物對比分析，結(jié)果顯示：BOD5/CODCr為0.57，處于可生化與易生化性之間[5-6]；BOD5/TN為5.10，可采用生物脫氮，同時增加硝化液回流比[7]；BOD5/TP為34.86，出水TP執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，但污水中有機物無法滿足同時脫氮除磷的效果，同時考慮到磷釋放的問題，提標(biāo)改造工程擬采用外加化學(xué)除磷藥劑以保證去除效果[8-10]。

考慮到該廠作為大型污水處理廠，優(yōu)先選擇成熟可靠、具有豐富運行經(jīng)驗的AAO活性污泥法作為核心工藝，同時末端增加深度處理設(shè)施并投加聚合氯化鋁(PAC)，保證出水穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)。

提標(biāo)改造后的污水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 提標(biāo)改造后的污水處理工藝流程圖

3.2 主要改造內(nèi)容

此次提標(biāo)改造工程采用減量升級的方案，改造內(nèi)容主要包括3個方面：一是在AAO生化系統(tǒng)中增加了混合液內(nèi)回流；二是增加了以反硝化深床濾池為主體的深度處理系統(tǒng)；三是增加了除臭系統(tǒng)。此外，對剩余污泥處理系統(tǒng)的部分離心脫水機進行更換，以滿足改造后污泥脫水要求。

①生物處理系統(tǒng)(改造)

在原有生物處理系統(tǒng)構(gòu)筑物基礎(chǔ)上采用AAO生物池，其由厭氧、缺氧、好氧組成。本構(gòu)筑物在提標(biāo)改造過程中分組改造，除正進行改造的生物池外，其他生物池均正常使用。改造后強化生物池脫氮除磷功能，加強土建結(jié)構(gòu)，增加內(nèi)回流設(shè)備。

系列一、系列二設(shè)計參數(shù)如下：設(shè)計處理量分別為52萬、58萬m3/d；平均流量下水力停留時間分別為14.4、14.9 h；各階段下厭氧池∶缺氧池∶好氧池水力停留時間分別為1.7∶3.5∶9.2、1.9∶3.7∶9.3。

②中間提升泵房(新建)

新建中間提升泵房，提升二沉池出水，滿足后續(xù)深度處理水力高程需求。抽芯式軸流泵6臺，每臺參數(shù)如下：流量為14 904 m3/h；揚程為7.0 m；功率為400 kW；電機額定電壓為6 kV。

③深度處理單元(新建)

新建深度處理單元，采用反硝化深床濾池處理工藝。新建濾池2座，每座濾池共32格。主要包括反硝化深床砂濾成套設(shè)備(含濾板、濾料、承托層、布氣布水、不銹鋼堰板等)、羅茨風(fēng)機、反沖洗水泵、反洗廢水泵、空壓機、儲氣罐等。

反沖洗參數(shù)：氣洗強度為90 m3/(m2·h)；水洗強度為15 m3/(m2·h)；單格反沖洗氣量為164.7 m3/min；反沖洗周期為24～48 h(根據(jù)濾料堵塞情況調(diào)整)。反沖洗程序：氣洗200 s后，氣水聯(lián)合沖洗600 s，繼續(xù)水洗400 s。

④紫外消毒池(新建)

原有紫外消毒池廢置，僅作為平流沉淀池出水渠道至中間提升泵房。新建紫外消毒池作為深度處理尾水消毒設(shè)施。

⑤加藥間(新建)

新建的加藥間接收、存儲30%PAC原液、10%NaClO原液。PAC原液稀釋至10%后泵送投加至曝氣生物池出水渠(設(shè)計30%PAC投加量為40 mg/L)，用于化學(xué)除磷；NaClO原液投加至紫外消毒池出水端(設(shè)計有效氯投加量為0.5 mg/L)，用于強化尾水消毒。

⑥除臭系統(tǒng)(新建)

在細格柵及曝氣沉砂池、生物池、污泥脫水區(qū)域新建除臭系統(tǒng)，對構(gòu)筑物進行加蓋(罩)密封、負壓抽吸，采用分散布置集中除臭方式，除臭工藝采用“生物濾池+預(yù)洗滌+離子氧氧化+除臭液活性吸收”四級除臭工藝，對污泥濃縮機房和污泥脫水機房輔以離子送風(fēng)工藝增強除臭效果。

4 提標(biāo)改造后運行效果

4.1 提標(biāo)改造后處理水量

該廠提標(biāo)改造后2020年1月—12月每日實際處理水量如圖2所示。

圖2 污水處理廠提標(biāo)改造后2020年處理水量

由圖2可知，2020年處理水量在89.7萬～144.3萬m3/d，平均處理量為114.1萬m3/d，全年每日處理水量超設(shè)計覆蓋率為56.7%。最小處理量為89.7萬m3，在2月春節(jié)假日期間，主要由于上海外省來滬務(wù)工人員返鄉(xiāng)過節(jié)較多，居民生活用水大幅減少；最大處理量為144.3萬m3，正值7月夏季居民生活用水增多，同時處于上海市汛期期間所致。

6月—10月汛期期間每月平均處理量均超過設(shè)計處理規(guī)模，為110萬m3/d，期間平均日處理量為124.0萬m3/d，其中7月—9月每日處理水量均超過110萬m3/d。處理水量的增多主要是由于旱季污水量的增加及降雨的截流水量[11]，該廠在污水處理的同時，兼具上海主城區(qū)防汛排澇的功能。

4.2 提標(biāo)改造后主要污染物去除效果

對該廠提標(biāo)改造后2020年1月—12月每日進出水主要污染物(CODCr、BOD5、TN、氨氮、SS、TP)進行去除效果分析。

①有機物的去除效果

提標(biāo)改造后CODCr、BOD5去除效果如圖3所示。經(jīng)過AAO+深度處理工藝改造后，CODCr出水含量在4.0～29.0 mg/L，平均含量為11.0 mg/L，平均去除效率為96.0%；BOD5出水含量為0.12～2.89 mg/L，平均含量為1.26 mg/L，平均去除效率為99.1%。

圖3 提標(biāo)改造后2020年CODCr、BOD5去除效果

由圖3可知，2020年進水CODCr、BOD5分別在67.0～599.0 mg/L、36.00～380.00 mg/L，超標(biāo)率分別為25.9%、26.3%。當(dāng)進水有機物濃度出現(xiàn)較大波動時，出水仍能穩(wěn)定達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至達到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)(CODCr、BOD5含量分別為30、6 mg/L)。在第0～150 d，進水BOD5含量有8次超過200.00 mg/L，其中有2次超過300.00 mg/L。但BOD5去除率仍可維持在97.5%以上，表明該廠提標(biāo)改造后處理工藝不僅對有機物具有良好的去除性能，還具備較好的抗沖擊負荷能力。

②TN和氨氮的去除效果

圖4 提標(biāo)改造后2020年TN、氨氮去除效果

在氨氮去除方面，出水指標(biāo)相對穩(wěn)定，平均去除率達到99.2%。氨氮進水含量在5.35～30.60 mg/L，出水含量為0.03～1.91 mg/L，平均出水含量為0.17 mg/L。其中，出水氨氮含量在0～1.50 mg/L(地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn))覆蓋率高達99.4%，去除效果較好，表明AAO處理系統(tǒng)具有極好的硝化能力[12]。

③SS和TP的去除效果

該廠在提標(biāo)改造后SS、TP去除效果如圖5所示。

圖5 提標(biāo)改造后2020年SS、TP去除效果

由圖5可知，提標(biāo)改造后SS、TP去除效果較好，均穩(wěn)定達到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。進水SS含量在33～298 mg/L，波動較大，平均進水含量為153 mg/L(設(shè)計進水SS含量為150 mg/L)；處理后出水SS含量為2～8 mg/L，出水平均含量為5 mg/L，平均去除效率96.9%。通過反硝化深床濾池的進一步截留作用，SS去除效果明顯，同時表明在提標(biāo)改造后進水SS濃度波動較大時，反硝化深床濾池具有較好的抗沖擊負荷能力。提標(biāo)改造后，AAO生化系統(tǒng)出水TN穩(wěn)定達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，所以，反硝化深床濾池目前僅作為去除SS作用。

活性污泥中磷含量在3.3%～5.0%[7]，所以出水SS含量對于TP的穩(wěn)定達標(biāo)起到關(guān)鍵性作用。提標(biāo)改造后進水TP含量為1.250～5.980 mg/L，出水含量為0.015～0.460 mg/L，均低于一級A標(biāo)準(zhǔn)，平均出水含量為0.100 mg/L，平均去除效率為97.4%，其中出水含量為0～0.300 mg/L(地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn))覆蓋率達到97.5%。在第150～200 d，TP的去除率有1次降低至85.0%以下，分析原因可能為當(dāng)日PAC投加量不足，其余時間TP去除效果較好，主要是在提標(biāo)改造后生物除磷和化學(xué)除磷協(xié)同作用的結(jié)果，其中生物池好氧段聚磷菌過量地吸收水中正磷酸鹽，在沉淀池中以排放剩余污泥的方式實現(xiàn)磷的去除[13-14]。同時，提標(biāo)改造會增加化學(xué)除磷藥劑PAC(30%PAC實際投加量為0.44 m3/萬m3)，實現(xiàn)鋁離子與磷酸根離子反應(yīng)去除可溶性磷，以及鋁離子水解形成的絮狀絡(luò)合物對難溶性磷和有機磷等混凝去除[15]。

4.3 提標(biāo)改造后除臭系統(tǒng)運行效果

在提標(biāo)改造后，除臭系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對除臭系統(tǒng)出口氣體的氨、臭氣、硫化氫、甲硫醇指標(biāo)進行長期監(jiān)測，對應(yīng)含量分別為0.02～0.18 mg/m3、5～229、未檢出、未檢出。除臭系統(tǒng)排氣筒污染物執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/982—2016)，該標(biāo)準(zhǔn)的排放限值如下：氨含量為30 mg/m3、臭氣含量為600、硫化氫含量為5 mg/m3、甲硫醇含量為0.5 mg/m3，提標(biāo)改造后的除臭效果完全達到設(shè)計指標(biāo)值。

5 存在問題及解決措施

5.1 除磷藥劑投加系統(tǒng)優(yōu)化控制問題

提標(biāo)改造后該廠除磷效果較好，運行期間PAC投加量依據(jù)設(shè)計值固定不變，可根據(jù)處理水量、出水水質(zhì)等運行狀況適時調(diào)節(jié)投加量，實現(xiàn)最優(yōu)控制，提高除磷效能，降低運行成本。

建議可采取以下2種措施之一實現(xiàn)除磷藥劑投加系統(tǒng)優(yōu)化控制。(1)使用P-RTC自動加藥裝置，該裝置利用智能除磷系統(tǒng)，實現(xiàn)藥劑投加量實時自動優(yōu)化控制，除磷效果顯著，可節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本[16]。(2)優(yōu)化PAC投加系統(tǒng)，利用系統(tǒng)控制程序?qū)崟r分析進水流量、進出水TP及生物池末段(好氧段)正磷濃度，測算出PAC投加量，再根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)對PAC投加泵需開啟臺數(shù)及相關(guān)控制參數(shù)進行實時調(diào)節(jié)，使其與該廠運行工況相匹配，實現(xiàn)PAC投加量智能化最優(yōu)控制，減少藥劑運行成本[17-18]。

5.2 反硝化深床濾池濾床堵塞問題

當(dāng)反硝化深床濾池進水水質(zhì)出現(xiàn)水質(zhì)不均等異常情況，反沖洗程序響應(yīng)不及時，會發(fā)生濾池、濾床堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致濾速降低，出水受限，濾池液位快速升高，出現(xiàn)污水外溢問題。

建議在現(xiàn)有濾池液位與出水閘門開度聯(lián)動響應(yīng)控制基礎(chǔ)上，增加進水濁度在線檢測儀[19]，實現(xiàn)進水渾濁度、液位、出水閘門開度與反沖洗程序四者形成聯(lián)動響應(yīng)機制，根據(jù)實時水質(zhì)渾濁度及液位值自動調(diào)整出水閘門開度，并適時自動啟動反沖洗程序，避免濾池、濾床堵塞現(xiàn)象發(fā)生[20]。

5.3 平流沉淀池季節(jié)性藻類問題

該污水廠平流沉淀池運行過程中出現(xiàn)季節(jié)性藻類現(xiàn)象，目前主要采用人工定期清理除藻，該措施存在人工耗時耗費較大、效率較低等問題。

建議該廠利用沉淀池上方空間敷設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，減少藻類光合作用，抑制藻類生長[21-22]。通過沉淀池上方二次開發(fā)，充分利用閑置空間，利用太陽能自發(fā)自用的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)節(jié)能減排、降低運營成本，提高污水處理效率[23-24]。

6 結(jié)論

(1)提標(biāo)改造后，該廠采用AAO+深度處理工藝運行平穩(wěn)，通過工藝、設(shè)施、設(shè)備等改造，2020年平均處理水量為114.1萬m3/d，汛期期間面臨大流量進水時，適時改變運行模式，可超負荷穩(wěn)定運行。

(2)在提標(biāo)改造后主要污染物去除效果較改造前有較大提升，全面一級A達標(biāo)排放。2020年平均出水指標(biāo)CODCr、BOD5、TN、氨氮、SS、TP含量分別為11.00、1.26、6.34、0.17、5、0.100 mg/L，平均去除率分別為96.0%、99.1%、77.9%、99.2%、96.9%、97.4%。其中，出水CODCr、BOD5均達到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，氨氮、TP地表Ⅳ類水達標(biāo)覆蓋率分別為99.4%、97.5%。

(3)運行期間，進水主要污染物指標(biāo)(除TP外)均存在超設(shè)計負荷現(xiàn)象，處理后出水仍達到一級A標(biāo)準(zhǔn)，表明AAO生物處理系統(tǒng)及反硝化深床濾池具有較好的抗沖擊負荷能力。該廠的運行管理經(jīng)驗對于采用AAO+深度處理工藝的大型污水處理廠提標(biāo)改造具有借鑒意義。

(4)針對提標(biāo)改造后除磷藥劑投加、濾床堵塞、季節(jié)性藻類問題，適當(dāng)采取工程技術(shù)性改善措施，可節(jié)能降耗、降低運行成本。