城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)全流程水質(zhì)管理方法分析

洪 濤

(廣州市凈水有限公司，廣東 廣州 510655)

1 凈水廠(chǎng)概況

大沙地凈水廠(chǎng)隸屬?gòu)V州市凈水有限公司，服務(wù)面積約為107 km2，設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模為45萬(wàn)t/d，服務(wù)人口約80.6萬(wàn)人，尾水排放至珠江前航道，最終匯入珠江。

大沙地凈水廠(chǎng)分兩期建設(shè)，一期項(xiàng)目污水處理主體構(gòu)筑物為地上式布置，于2009年1月投入試運(yùn)行，設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模為20萬(wàn)t/d，污水處理工藝采用改良A2/O工藝，提標(biāo)改造工程采用生物濾池、砂濾池三級(jí)處理工藝；二期項(xiàng)目污水處理主體構(gòu)筑物為地埋式布置，于2020年6月15日投入試運(yùn)行，設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模為25萬(wàn)t/d，污水處理工藝采用MBR膜工藝。一、二期出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和地表V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值。

2 低負(fù)荷運(yùn)行帶來(lái)的工藝調(diào)控挑戰(zhàn)

2.1 2020—2022年提升量變化趨勢(shì)

根據(jù)2020—2022年大沙地進(jìn)水總提升水量月度日均值的統(tǒng)計(jì)，從總體趨勢(shì)而言，有逐年遞增的現(xiàn)象。其中，2020年度總提升量月度日均值區(qū)間在19.22萬(wàn)～29.07萬(wàn)t/d，2021年度總提升量月度日均值區(qū)間在19.16萬(wàn)～35.80萬(wàn)t/d，2022年度總提升量月度日均值區(qū)間在25.11萬(wàn)～45.17萬(wàn)t/d(2022年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)至6月)。

2.2 處理負(fù)荷分析

根據(jù)上面提到的總提升量日均值變化趨勢(shì)，大沙地廠(chǎng)自2020年6月二期廠(chǎng)區(qū)投入生產(chǎn)至今，在處理負(fù)荷率方面存在著部分生產(chǎn)線(xiàn)負(fù)荷率偏低的情況。

以2021年為例，提升量日均值全年最低的2月份，一期提升量日均值為12.19萬(wàn)t/d，二期提升量日均值為6.98萬(wàn)t/d，負(fù)荷率分別為60.95%和27.92%；提升量日均值全年最高的6月份，一期提升量日均值為17.76萬(wàn)t/d，二期提升量日均值為18.04萬(wàn)t/d，負(fù)荷率分別為88.80%和72.16%。由此可見(jiàn)，大沙地廠(chǎng)枯水期(每年的11月至次年3月)總提升量日均值為19萬(wàn)～25萬(wàn)t/d，總處理負(fù)荷率為42.6%～55.56%；而豐水期(每年的4—10月)，受南方較為規(guī)律的汛期影響，總提升量日均值能上升至28萬(wàn)～45萬(wàn)t/d，總處理負(fù)荷率則能達(dá)到62.22%～100%。

2.3 長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行對(duì)污水生物除磷的影響

根據(jù)具有大沙地廠(chǎng)特性的處理負(fù)荷率，結(jié)合大沙地進(jìn)水碳源濃度(下以BOD5濃度表征)和污泥負(fù)荷等數(shù)據(jù)，大沙地一期和二期廠(chǎng)區(qū)均存在污泥負(fù)荷未達(dá)到設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷的情況，其中一期設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為0.11 kg BOD5/kg MLSS·d和二期設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷為0.10 kg BOD5/kg MLSS·d，根據(jù)相關(guān)專(zhuān)家研究，當(dāng)污水處理系統(tǒng)處在較?；蛘唛L(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的情況底下，聚磷菌細(xì)胞內(nèi)的PHB容易因低負(fù)荷運(yùn)行條件下的曝氣情況不穩(wěn)定導(dǎo)致被或多或少地消耗，誘發(fā)聚磷菌在厭氧環(huán)境下的釋磷不理想，直接引起聚磷菌在后續(xù)好氧段的吸磷量受限制，導(dǎo)致生化池出水總磷上升，需要投加更多的除磷劑進(jìn)行化學(xué)除磷補(bǔ)強(qiáng)。

就大沙地現(xiàn)行的處理負(fù)荷率而言，在處理負(fù)荷率低下的情況時(shí)，進(jìn)水水質(zhì)濃度的變化對(duì)好氧段溶解氧濃度的影響較為明顯，較常出現(xiàn)溶解氧濃度急升或者急降的情況，導(dǎo)致厭氧段和缺氧段環(huán)境受影響，生化池生物除磷效果引起波動(dòng)。因大沙地一期和二期曝氣系統(tǒng)現(xiàn)行均未能實(shí)現(xiàn)精確曝氣調(diào)節(jié)的功能，因此為好氧段曝氣穩(wěn)定調(diào)控帶來(lái)了不小的壓力。

2.4 一期全流程分析優(yōu)化

針對(duì)上述處理負(fù)荷情況，大沙地廠(chǎng)現(xiàn)行實(shí)施一、二期生產(chǎn)線(xiàn)按以下方式運(yùn)行，盡可能做到低負(fù)荷時(shí)段保證過(guò)程參數(shù)穩(wěn)定，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2.4.1 低負(fù)荷時(shí)段

當(dāng)處于進(jìn)水低負(fù)荷時(shí)段(一、二期總進(jìn)水量不大于10 000 m3/h)，進(jìn)水水量減少，進(jìn)水主要由一期廠(chǎng)區(qū)消化。此時(shí)段將進(jìn)水的60%～70%(水量為7 000～8 000 m3/h)交由一期生產(chǎn)線(xiàn)處理，余下的水量(2 000～3 000 m3/h)則由二期廠(chǎng)區(qū)處理。二期在低進(jìn)水量期間進(jìn)行單線(xiàn)運(yùn)行，另外一條生產(chǎn)線(xiàn)以少量進(jìn)水甚至停進(jìn)水的形式運(yùn)行，保證有足夠時(shí)間的水力停留時(shí)間供生化反應(yīng)，處理生產(chǎn)線(xiàn)內(nèi)的各類(lèi)指標(biāo)，并且能夠相應(yīng)降低投用設(shè)備的運(yùn)行壓力，甚至減少鼓風(fēng)機(jī)、回流泵等的投用臺(tái)數(shù)。

G市遏制腐敗增量效果并不理想，腐敗案件呈上升趨勢(shì)。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，總體來(lái)看，2017年，全市共受理群眾舉報(bào)9147件，同比增加23.5%；處置問(wèn)題線(xiàn)索4887件，同比增加18.4%。其中，初步核實(shí)線(xiàn)索4556件，同比增加25.8%，初核轉(zhuǎn)立案1690件，同比增加49.0%；立案1917件，涉及1924人，同比分別增加42.6%和43.2%；結(jié)案1861件，同比增加38.3%；處分1725人，同比增加39.2%；從基層視角看，2017年全市立案涉及鎮(zhèn)(街)、農(nóng)村基層的案件855件，增加32.1%。其中，關(guān)于扶貧領(lǐng)域違紀(jì)違法問(wèn)題線(xiàn)索61條，查結(jié)48件，立案審查25件。

2.4.2 正常負(fù)荷時(shí)段

當(dāng)處于正常進(jìn)水時(shí)段(一、二期總進(jìn)水量10 000～12 600 m3/h)，一期仍處理大部分的進(jìn)水。當(dāng)一期處理水量達(dá)到8 333 m3/h后，提高二期單線(xiàn)運(yùn)行進(jìn)水量。

2.4.3 高負(fù)荷時(shí)段

當(dāng)處于高進(jìn)水負(fù)荷時(shí)段(一、二期總進(jìn)水量不小于13 000 m3/h)，將進(jìn)水水量調(diào)配至一期滿(mǎn)負(fù)荷，其余水量轉(zhuǎn)至二期廠(chǎng)區(qū)。此時(shí)段二期東、西線(xiàn)生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)行單邊滿(mǎn)負(fù)荷入水，其余進(jìn)水由另一條生產(chǎn)線(xiàn)消化(進(jìn)水水量單線(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷約5 200 m3/h)。

3 加強(qiáng)全流程水質(zhì)管理措施

根據(jù)大沙地廠(chǎng)自2020年1月—2022年5月的部分進(jìn)水指標(biāo)情況，進(jìn)水總磷濃度超過(guò)設(shè)計(jì)值的情況出現(xiàn)較為頻繁。

以2021年為例，1—12月進(jìn)水總磷濃度日均值在3.22～7.96 mg/L，其中只有6月的進(jìn)水總磷濃度低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)4 mg/L，其余月份均比進(jìn)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高；2022年1—5月，其中只有5月的進(jìn)水總磷濃度低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

由于聚磷菌在厭氧釋磷的過(guò)程中需要消耗原水中的碳源，反硝化菌在生物脫氮的過(guò)程中也需要利用碳源進(jìn)行反硝化反應(yīng)。因此，當(dāng)進(jìn)水COD濃度下降且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是C/P低于40或C/N低于5時(shí)，較易導(dǎo)致聚磷菌在后續(xù)好氧段的吸磷能力變差，超進(jìn)水總磷設(shè)計(jì)處理標(biāo)準(zhǔn)這段水中濃度較高的磷元素則隨著生化池出水流至后續(xù)工藝段，最終導(dǎo)致出水總磷濃度升高。2021年度部分進(jìn)水指標(biāo)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 2021年度部分進(jìn)水指標(biāo)數(shù)據(jù)

3.1 應(yīng)對(duì)措施

3.1.1 一期生化池工藝流程和控制點(diǎn)位分布

圖2 一期生化池全流程監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)位圖

3.1.2 二期生化池工藝流程和控制點(diǎn)位分布

根據(jù)二期工程MBR工藝生物脫氮除磷原理，以及一期前期全流程監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)位的探索，其全流程控制點(diǎn)分布如圖3所示，選取好氧3段末端(取樣點(diǎn)1)為氨氮和總氮控制點(diǎn)，缺氧二區(qū)中段(即后缺氧段，為可變段，取樣點(diǎn)2)為總磷控制點(diǎn)，缺氧一區(qū)4段(取樣點(diǎn)3)和生化池出水口(取樣點(diǎn)4)為硝酸鹽氮控制點(diǎn)，其中取樣點(diǎn)4為非日常水質(zhì)控制點(diǎn)，暫定為通過(guò)快速測(cè)試取樣點(diǎn)上清液硝氮濃度，判斷是否需要投加碳源和投加碳源前后生物脫氮效果，進(jìn)行相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)過(guò)程檢測(cè)。

圖3 二期生化池工藝流程和控制點(diǎn)位分布

3.2 一期工藝沿程氮含量變化及異常情況應(yīng)對(duì)方案

圖4是2021年6—7月凈水廠(chǎng)一期工藝沿程氮含量變化情況。由圖可以看出，進(jìn)入生化池的氨氮經(jīng)過(guò)好氧段硝化反應(yīng)后基本轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，好氧末端上清液氨氮濃度明顯下降，穩(wěn)定控制在0.5 mg/L以下。好氧段硝酸鹽氮通過(guò)混合液內(nèi)回流至缺氧段進(jìn)行反硝化反應(yīng)，其濃度得以減低。最終出水總氮濃度控制在7.67 mg/L，氨氮濃度控制在0.09 mg/L左右。通過(guò)對(duì)缺氧末段硝酸鹽氮及好氧中末段氨氮的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)了解硝化和反硝化情況，從而進(jìn)行工藝調(diào)控。

圖4 一期工藝沿程氮含量變化情況

日常針對(duì)缺氧末段和好氧末段監(jiān)測(cè)值，當(dāng)缺氧末段硝酸鹽氮濃度不小于4 mg/L或好氧末段硝酸鹽氮和氨氮之和不小于11 mg/L時(shí)將采取以下措施。

1)提高內(nèi)回流比，控制好氧末段DO在0.5～2 mg/L，監(jiān)控缺氧段溶解氧濃度，確保缺氧段DO濃度小于0.5 mg/L，避免過(guò)高溶解氧影響缺氧環(huán)境。

2)考慮調(diào)整進(jìn)水閘門(mén)，增加缺氧段進(jìn)碳源配比，當(dāng)進(jìn)水C/N小于5時(shí)，在缺氧段投加乙酸鈉，并在碳源投加后3 h在缺氧末段取樣點(diǎn)采上清液進(jìn)行硝酸鹽氮快速測(cè)試。

3)適當(dāng)提高外回流比，提高反應(yīng)池污泥濃度，同時(shí)稀釋進(jìn)入生化池的進(jìn)水水質(zhì)濃度。

3.3 一期工藝沿程總磷含量變化及異常情況應(yīng)對(duì)方案

圖5是2021年6—7月凈水廠(chǎng)一期工藝沿程總磷含量變化情況。日常監(jiān)測(cè)時(shí)，以保證穩(wěn)定控制缺氧末段硝酸鹽氮濃度小于等于4 mg/L為優(yōu)先，留意好氧中段和好氧末段總磷濃度變化趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整除磷劑投加量，保障出水總磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖5 一期工藝沿程總磷含量變化情況

針對(duì)好氧末段監(jiān)測(cè)值，當(dāng)總磷濃度大于等于0.20 mg/L時(shí)將采取以下措施。①調(diào)整內(nèi)外回流比，延長(zhǎng)厭氧段停留時(shí)間，控制厭氧段DO小于0.2 mg/L。②調(diào)整厭氧段進(jìn)水閘門(mén)，增加厭氧段碳源配比。③適當(dāng)加大排泥量，加大硫酸鋁投加量。

3.4 二期工藝沿程氮含量變化及異常情況應(yīng)對(duì)方案

圖6是2021年6—7月凈水廠(chǎng)二期工藝沿程氮含量變化情況。針對(duì)好氧3段的監(jiān)測(cè)值，當(dāng)總氮濃度(或硝態(tài)氮和氨氮之和)不小于10 mg/L時(shí)將采取以下措施。①調(diào)整一、二級(jí)回流比，控制好氧3段DO在1～3 mg/L，監(jiān)控缺氧二區(qū)溶解氧濃度，確保缺氧二區(qū)DO在0.5 mg/L左右，避免過(guò)高溶解氧影響缺氧環(huán)境。②調(diào)整進(jìn)水1#～4#分閘門(mén)，增加缺氧一區(qū)進(jìn)水碳源配比，當(dāng)進(jìn)水C/N小于5時(shí)，計(jì)算實(shí)時(shí)水力停留時(shí)間，在缺氧二區(qū)投放碳源。

圖6 二期沿程氮含量變化情況

3.5 二期工藝沿程總磷含量變換及異常情況應(yīng)對(duì)方案

圖7是2021年6—7月凈水廠(chǎng)二期工藝沿程總磷含量變化情況。針對(duì)好氧3段和缺氧二區(qū)之間的總磷濃度變化，當(dāng)好氧3段總磷濃度不小于0.30 mg/L或缺氧二區(qū)總磷濃度有明顯上升時(shí)，將采取以下措施。①調(diào)整一、二級(jí)回流比，延長(zhǎng)厭氧段停留時(shí)間，控制厭氧段DO小于0.2 mg/L。②調(diào)整進(jìn)水1#～4#分閘門(mén)，增加厭氧區(qū)碳源配比。③適當(dāng)加大排泥量，加大硫酸鋁投加量。④缺氧二區(qū)作為可變區(qū)，當(dāng)總磷濃度數(shù)值升高時(shí)，調(diào)整該區(qū)域的曝氣量，抑制其異常釋磷情況。

圖7 二期沿程總磷含量變化情況

4 結(jié)語(yǔ)

大沙地凈水廠(chǎng)針對(duì)現(xiàn)行存在的日常進(jìn)水總磷濃度偏高等處理難點(diǎn)，通過(guò)加強(qiáng)全流程水質(zhì)管理，進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)不同時(shí)間段、不同工藝段水質(zhì)變化情況的監(jiān)測(cè)和調(diào)控，取得了良好的效果，確保出水指標(biāo)達(dá)標(biāo)且優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)將繼續(xù)加強(qiáng)工藝改進(jìn)優(yōu)化，落實(shí)提質(zhì)增效和節(jié)能減排工作。