組合工藝在再生水廠的應用分析

王筱菊，姚 寧，高云柱，謝正威，陳 振

(1.北京市水務規(guī)劃研究院，北京 100048；2.北京市密云水庫管理處，北京 101500；3.北京市水務局政務服務中心，北京 100038)

1 概述

為改善延慶新城地區(qū)污水收集處理基礎設施相對薄弱、滯后于地區(qū)發(fā)展的情況，建設了延慶城西再生水廠工程。該工程實現(xiàn)了污水資源化，緩解了該地區(qū)水資源緊缺和水環(huán)境污染2大難題。延慶城西再生水廠于2017年通水調試，2019年1月進入商業(yè)運營。該水廠自2018年9月30日起開始向世園會園區(qū)供應再生水，2019年圓滿完成了世園會再生水供水保障工作，全年供水累計超過200萬m3。

2 水質分析

2.1 進水水質特點

選取2019年9月—2020年8月延慶城西再生水廠實際進水水質數(shù)據(jù)，與設計進水水質進行對比分析。各進水水質指標見表1。

表1 延慶城西再生水廠進水水質表 單位：mg/L

該水廠進水水質總體比較穩(wěn)定，COD、BOD5、TP大部分時間的進水濃度及平均濃度低于設計值，而TN、NH3-N進水平均濃度與設計值相近。在實際運行過程中，應更關注對TN、NH3-N的去除效果；針對進水BOD5比較低的特點，可考慮在必要時，投加碳源增強污水的可生化性和提高其生物脫氮除磷效能。

2.2 出水水質要求

該水廠出水近期作為河道補水，排至媯水河，遠期作為中水回用。出水水質需滿足DB 11/890—2012《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標準》[1]，具體見表2。

表2 延慶城西再生水廠出水水質表 單位：mg/L

3 延慶城西再生水廠主體工藝選擇

3.1 工藝流程

延慶城西再生水廠設計規(guī)模為6×104m3/d，總變化系數(shù)為1.36，水處理整體工藝流程如圖1所示。

圖1 延慶城西再生水廠水處理工藝流程

該水廠出水標準中對氮、磷的控制要求嚴格，根據(jù)國內外工程實踐和運行效果，選擇具有強化生物脫氮除磷的A2/O工藝。因該水廠占地緊張、出水要求高等因素，選擇具有出水水質穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點的MBR工藝。因此，延慶城西再生水廠二級處理(生物處理)選擇A2/O與MBR相結合的A2/O-MBR工藝。

A2/O生物池采用逐級回流方式進行改良，分別設置缺氧區(qū)至厭氧區(qū)、好氧區(qū)至缺氧區(qū)、膜池至好氧區(qū)回流系統(tǒng)。其中，缺氧區(qū)進水處設醋酸鈉投加點，當進水碳源不足時，啟動碳源投加系統(tǒng)；好氧區(qū)出水設固定堰，堰后預留PAC投加點，用于化學除磷。該水廠生物處理流程如圖2所示。

圖2 延慶城西再生水廠生物池工藝流程

經(jīng)過A2/O-MBR工藝的城市污水，COD可在30mg/L以下[2]，仍不能滿足該水廠出水水質要求(20mg/L)。因此應選擇對不可生物降解、溶解性小分子有機物具有吸附降解作用，對NH3-N、糞大腸菌群等也具有一定去除作用的O3-BAC工藝[3-5]作為深度處理。

3.2 工藝特點

針對常規(guī)污水處理中的去除難點，分別選擇了不同的處理技術：對于難以去除的NH3-N，采用改良型A2/O工藝進行處理；通常脫氮和除磷對A2/O工藝的污泥齡、有機負荷、碳源等工藝條件設置是矛盾的[6]，在好氧區(qū)末端預留PAC投加點，用于化學除磷；生物池采用逐級回流方式，控制缺氧池出流水硝酸鹽濃度，降低硝酸鹽對厭氧釋磷的影響；對于出水COD較低濃度的要求，選MBR與O3-BAC工藝保證了出水COD達標率。

4 運行效果分析

將延慶城西再生水廠2019年9月—2020年8月的運行數(shù)據(jù)進行整理，并分析了各項水質指標去除效果，以及進水濃度、進水水溫對各項水質指標去除效果的影響。

4.1 各項水質指標去除效果

將各項水質指標出水濃度與標準限值進行對比，分析該水廠對其處理效果。各項水質指標去除效果匯總整理如圖3—4所示，各項水質指標去除效果分析見表3。

圖3 COD、BOD5、TN月均出水濃度

表3 各項水質指標去除效果分析表 單位：mg/L

圖4 NH3-N、TP月均出水濃度

總體來看，各項水質指標出水濃度較為穩(wěn)定，全年均能滿足出水水質指標要求。有機物去除、脫氮除磷的效果均較好。除NH3-N外，其他指標最高濃度均接近標準限值，NH3-N去除效果相對是最穩(wěn)定的。

對主要水質指標處理程度進行分析，延慶城西再生水廠進出水水質對比見表4。

表4 延慶城西再生水廠進出水水質對比表

除TN外，其余指標處理程度均高于90%。因處理效果好，實際出水濃度均遠低于標準限值，按照實際出水濃度計算的實際處理程度均高于按標準限值計算的標準處理程度。

4.2 進水質量濃度對各項水質指標去除效果的影響

污染物負荷是生物處理系統(tǒng)設計、運行的主要參數(shù)，對污染物降解、活性污泥增長都有重要影響，因此，也會影響到污染物的去除效果。將各水質指標的進水質量濃度范圍的數(shù)據(jù)由最低至最高，平均劃分為10個區(qū)間，即等間距劃分進水質量濃度數(shù)據(jù)區(qū)間，分別命名為區(qū)間1、區(qū)間2……區(qū)間10。研究其對各項指標出水效果的影響，具體如圖5—6所示及進水質量濃度對各項指標去除效果影響匯總見表5。

圖5 進水質量濃度對COD、BOD5、TN去除效果的影響

圖6 進水質量濃度對NH3-N、TP去除效果的影響

表5 進水質量濃度對各項指標去除效果影響匯總表

COD、BOD5出水質量濃度受進水質量濃度影響不大，而TN、NH3-N、TP出水質量濃度隨進水濃度的增加而略有升高。各項指標的去除率均隨進水質量濃度的增加而增加，COD、BOD5去除率升高是因為進水質量濃度增加、出水質量濃度幾乎不變，而TN、NH3-N、TP去除率升高則是因為去除的污染物的量占進水污染物的量的比重隨進水質量濃度升高而增加?？傮w而言，在進水污染物質量濃度范圍內，該水廠具有較強抗污染物濃度變化的能力，主要原因為A2/O-MBR+O3-BAC組合工藝對污水的有機物去除、脫氮除磷均發(fā)揮了良好的去除作用。

4.3 進水水溫對各項水質指標去除效果的影響

水溫變化一方面會引起活性污泥的黏性等動力學指標變化，對膜污染產(chǎn)生影響；另一方面對微生物的比增長速率、活性和沉降性能及曝氣裝置的氧傳遞效率都會產(chǎn)生影響[7-8]；另外，溫度對膜傳質和過濾性能也會產(chǎn)生影響。但MBR膜的截留作用會減小這些影響[9]。因此，水溫是污水處理中比較重要的影響因素。將進水最低水溫(9.2℃)至進水最高水溫(19.3℃)范圍區(qū)間平均分為10段，即以1.01℃為間隔等間距劃分進水溫度區(qū)間，研究其對各項指標出水效果的影響，具體如圖7—8所示，進水溫度對各項指標去除效果影響見表6。

表6 進水溫度對各項指標去除效果影響匯總表

圖7 進水水溫對COD、BOD5、TN去除效果的影響

隨進水水溫的升高，各項指標出水濃度和去除率均無明顯變化趨勢，受進水溫度影響不大，在9.2～19.3℃范圍內，該水廠具有較強抗進水水溫變化的能力，主要原因為MBR膜的截留作用大于水溫產(chǎn)生的其他負面作用。

圖8 進水水溫對NH3-N、TP去除效果的影響

5 結論

(1)通過前文分析可知，延慶城西再生水廠出水COD、BOD5、TN、NH3-N、TP濃度均能滿足標準要求，去除率分別維持在了(87.5%～99.2%)、(90.5%～99.6%)、(69.33%～98.68%)、(97.5%～100%)、(90.5%～99.7%)。該水廠污水處理工藝流程對有機物、氮、磷具有良好的去除效果且對進水水質、水溫變化的適應能力強。

(2)該水廠的A2/O-MBR+O3-BAC組合工藝目前相對應用廣泛、運行成熟，隨著城市污水出水日益嚴格的要求和再生利用的需求，該組合工藝是可借鑒性較好的選擇。

(3)A2/O-MBR+O3-BAC組合工藝雖然效果好，但也存在逐級回流改良型A2/O回流次數(shù)多，比一般A2/O更耗能，MBR工藝亦較耗能等特點。可考慮在實際運行中通過優(yōu)化控制生物池及膜系統(tǒng)運行，節(jié)約運行成本和能耗。