天津某污水處理廠提標(biāo)改造期間臨時污水處理工程實(shí)例分析

張忠園，玄鶴林，鄧妍，李芳，楊宗政

（1.天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院；2.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院；3.天津市慶爍市政工程有限公司，天津 300457）

隨著我市城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)污水排放總量逐漸加大，污水處理難度也逐步增加。2015 年10 月起，天津市出臺新的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定全市城鎮(zhèn)污水處理廠將按照處理規(guī)模執(zhí)行A、B、C 3 個標(biāo)準(zhǔn)，部分污水處理廠處理工藝已無法滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)。故天津市自2016 年起，開始對中心城區(qū)5 座大型污水處理廠和環(huán)外各區(qū)105 座中小型污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造，通過高效沉淀、膜處理工藝等技術(shù)手段，對污水進(jìn)行深度處理，有效提升污水處理廠出水水質(zhì)。改造期間的污水處理成為首要問題，各污水處理廠采取分批改造，建立臨時處理設(shè)施等辦法進(jìn)行解決。

1 工程概況

1.1 工程簡介

天津某小型污水處理站進(jìn)水氨氮、總氮居高不下，已超出原有處理設(shè)施處理所具備的處理能力，從長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，需對原工藝進(jìn)行升級改造。改造期間，針對該廢水設(shè)計(jì)并組建一套臨時處理設(shè)施，處理后水質(zhì)達(dá)到天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）A 標(biāo)準(zhǔn)。

該臨時處理設(shè)施設(shè)計(jì)總規(guī)模為3×103m3/d，主要收納該區(qū)域的生活污水以及周圍企業(yè)排放的生產(chǎn)廢水。處理設(shè)施主體采用“A2/O+MBR+反硝化濾池+FA 凈水器+消毒”工藝。該廠臨時設(shè)施自運(yùn)行以來，處理效果良好，出水水質(zhì)排放達(dá)標(biāo)。

1.2 進(jìn)出水水質(zhì)要求及分析

（1）進(jìn)出水水質(zhì)要求。經(jīng)過多次現(xiàn)場取樣分析及參考同類型污水水質(zhì)，確定出設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理后，出水水質(zhì)需達(dá)到天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）A 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

每年從11 月1 日到次年3 月31 日，執(zhí)行括號內(nèi)的排放限值。

（2）水質(zhì)分析及工藝選擇。該廠區(qū)來水以生活污水為主，但附近企業(yè)排污存在偷排和不達(dá)標(biāo)排放等情況，增加了來水的復(fù)雜性。從可生化性角度分析，該廢水BOD5/COD ≥0.4，具有良好的可生化性，主體處理工藝可采取A2/O+MBR 工藝，該工藝對生活污水具有較好的處理效果。從脫氮角度分析，進(jìn)水BOD5/TN 較低，無法滿足生物脫氮需求，該處理工藝需投加碳源，維持微生物所需營養(yǎng)比例。進(jìn)水TN 較高，出水水質(zhì)TN 要求小于10mg/L，僅依靠A2/O 工藝很難實(shí)現(xiàn)，需采用反硝化濾池強(qiáng)化脫氮效果。從除磷角度分析，進(jìn)水總磷較高，僅依靠生物處理無法達(dá)到排放要求，故在反硝化濾池后采用一體化FA 凈水器進(jìn)行化學(xué)除磷，該深度處理工藝可確保出水TN、TP 達(dá)標(biāo)排放。由于該工程為臨時工程以及場地限制，消毒工藝采用次氯酸鈉消毒，該消毒方法具有建設(shè)成本低、占地小等特點(diǎn)。

1.3 工藝流程

針對該中水廠進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)和出水水質(zhì)的要求，本工藝采用如下工藝，流程見圖1。

圖1 污水處理工藝流程

與一般生活污水相比，該項(xiàng)目污水具有C/N 值低，進(jìn)水懸浮物、氨氮、總氮及總磷含量高等特點(diǎn)。因此，本工程的主體工藝采用A2/O-MBR，在其后端增加深度處理工藝，強(qiáng)化脫氮除磷，保證了出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

格柵和調(diào)節(jié)池利用廠區(qū)原有工藝的設(shè)備和構(gòu)筑物，經(jīng)格柵去除后的污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量及水質(zhì)。廢水依次進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭丶敖佑|氧化池，接觸氧化池中微生物附著在填料上形成生物膜，在此絕大部分有機(jī)污染物通過生物氧化、吸附得以降解；在厭氧池中磷得到充分釋放，接觸氧化池中聚磷菌充分吸收水體中的磷，通過排泥除去水體中的磷；缺氧池接收接觸氧化池回流的硝化液進(jìn)行反硝化脫氮。

經(jīng)過生物處理后的污水流入MBR 段，膜組件用于截留污染物，提高出水水質(zhì)，污泥回流泵用于將MBR 池內(nèi)污泥混合液經(jīng)提升后回流至厭氧池。

MBR 池出水由提升泵提升至反硝化濾池進(jìn)行強(qiáng)化脫氮。濾池出水進(jìn)入一體化FA 凈水器，F(xiàn)A 凈水器由混凝、沉淀、砂濾及反洗四部分組成，污水經(jīng)絮凝沉淀過濾后，最終經(jīng)折流混合消毒后，出水標(biāo)達(dá)標(biāo)排放。

本工藝運(yùn)行過程中，MBR 池剩余污泥、凈水器泥漿及濾池反沖洗水直接排入儲泥池中，污泥在儲泥池進(jìn)一步的沉淀分離，上清液回流至預(yù)處理階段（調(diào)節(jié)池）作進(jìn)一步處理，為了保證污泥的脫水效果，污泥在進(jìn)入脫水機(jī)之前需要先添加PAM 高分子混凝劑調(diào)理污泥，改善污泥脫水性能，經(jīng)疊螺脫水機(jī)充分脫水后，泥餅外運(yùn)送至有資質(zhì)單位進(jìn)行資源化處理。

主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)：

（1）格柵。格柵渠深為4m，格柵寬度為1000mm，格柵柵條間隙為16mm，安裝角度75°。內(nèi)置1 套自清式機(jī)械格柵除污機(jī)。

（2）調(diào)節(jié)池。地埋式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積為340m3。配置3 臺潛水排污泵(兩用一備)，Q=80m3/h，H=15m，N=7.5kW。調(diào)節(jié)池污水經(jīng)提升進(jìn)入缺氧池。

（3）厭氧/ 缺氧/ 好氧池。采用地上式鋼結(jié)構(gòu)，池內(nèi)填充φ=150mm 立體彈性填料，填料填充率為80%，平均污泥濃度6g/L，污泥負(fù)荷為0.23kgBOD/[kg(MLVSS)·d]，泥齡13d。厭氧池4 臺，單臺內(nèi)凈尺寸為12m×2.4m×2.7m，有效水深為2.5m，有效容積為288m3，水力停留時間2.3h，池底設(shè)穿孔曝氣管進(jìn)行污水混合，DO 小于＜0.2mg/L。缺氧池6 臺，單臺內(nèi)凈尺寸為12m×2.4m×2.7m，有效水深為2.5m，有效容積為432m3，停留時間為3.5h，TN 污泥負(fù)荷0.116kgTN/[kg(MLVSS)·d]，池底設(shè)穿孔管曝氣攪拌，DO 位于0.2 ～0.4mg/L，葡萄糖采用人工投加方式，投加濃度600mg/L。好氧池13 臺，其中6m×2.4m×2.7m 裝置8 臺，12m×2.4m×2.7m 裝置5 臺，有效水深為2.5m，有效容積為648m3，停留時間為5.2h，采用微孔曝氣器曝氣，DO 位于2 ～4mg/L。所需空氣由3 臺羅茨式鼓風(fēng)機(jī)提供（兩用一備），Q=20.9m3/min，P=30kPa，N=15kW，風(fēng)機(jī)與MBR 池共用。配置4 臺混合液回流泵（兩用兩備），混合液回流比200%～300%，Q=250m3/h，H=8m，N=15kW。

（4）MBR 處理系統(tǒng)。地上式鋼結(jié)構(gòu)，單臺內(nèi)凈尺寸為12m×2.4m×2.7m，數(shù)量3 臺，有效水深2.5m，有效容積為216m3，停留時間為1.7h，污泥濃度為8 ～10g/L，污泥回流至缺氧池，回流比為50 ～100%。采用PVDF簾式膜組件，膜孔徑0.1μm，單簾膜面積20m2，共500 簾。采用穿孔管曝氣方式，保持膜面充分的氣液流動，減少膜污染。在MBR 運(yùn)行過程中，為確保出水量，必須對膜進(jìn)行定期清洗，首先，取出膜片用清水對膜絲之間的雜物進(jìn)行沖洗，然后放入有效氯濃度2000 ～3000mg/L次氯酸鈉清洗液中浸泡12 小時，取出清洗干凈后放入1%～2%檸檬酸清洗液中浸泡2 小時，最后，用清水沖洗膜組件上附著的藥液。配備4臺自吸泵用于MBR池泥水分離（兩用兩備），Q=150m3/h，H=10m，N=11kW。

（5）反硝化生物濾池。采用反硝化濾池對二級出水進(jìn)行深度處理，濾池采用地上式鋼結(jié)構(gòu)，單臺內(nèi)凈尺寸為6m×3m×6m，數(shù)量2 臺，單池有效容積為98m3，反硝化容積負(fù)荷為0.306kgNO3--N/(m3·d)，濾速3.47m/h，停留時間1.56h。反硝化濾池頂部設(shè)置進(jìn)水堰板，底部設(shè)有反沖洗布水管、反沖洗氣管，上方為0.2m 厚HDPE濾磚，承托層為0.3m 的鵝卵石，濾料層為3m 的陶粒，所填陶粒粒徑為3.0 ～5.0mm。反硝化濾池配備碳源投加系統(tǒng)，由流量計(jì)控制碳源的流量，進(jìn)水和碳源經(jīng)管道混合器進(jìn)入反硝化濾池中，醋酸鈉投加濃度為200 mg/L。以凈水器儲存水作為濾池反沖洗的水源，自濾池底部進(jìn)入，從濾池上部溢流口排出，反沖洗的廢水自流進(jìn)入污泥池。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，氣洗、氣水洗、水系時間分別為5min、10min、3min。反沖洗氣洗強(qiáng)度為18L/(s·m2)，水沖洗強(qiáng)度為3.5L/(s·m2)。使用3 臺羅茨式鼓風(fēng)機(jī)（兩用一備）進(jìn)行清洗，Q=20m3/min，P=60kPa，N=31kW；濾池反洗泵3 臺（兩用一備），Q=250m3/h，H=20m，N=18.5kW。本單元可提高脫氮效果，強(qiáng)化二級生物處理出水脫氮效能，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

（6）一體化凈水器。地上式鋼結(jié)構(gòu)，外形尺寸為14m×5m×4.4m，集絮凝沉淀、過濾、反洗為一體的污水凈化裝置。污水進(jìn)入混凝倉與PAC、PAM 充分混合后進(jìn)入沉淀倉，沉淀池采用斜管沉淀法進(jìn)行沉淀，剩余污泥排入污泥池。經(jīng)沉淀后的污水進(jìn)入過濾倉進(jìn)行過濾，濾料采用石英砂，可去除水中細(xì)小顆粒及礬花，當(dāng)凈水器濾料表面雜物較多時，過濾阻力增加，當(dāng)阻力達(dá)到虹吸液位時，裝置自動進(jìn)行虹吸反沖洗，當(dāng)清水箱水位降低至虹吸破壞管液位時，反洗結(jié)束。

（7）接觸消毒池。地上式鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)凈尺寸為12m×2.4m×2.7m，有效深度2.5m，有效容積72m3，數(shù)量1 臺，接觸時間至少為30min，利用次氯酸鈉對出水進(jìn)行消毒，保證出水大腸菌群指標(biāo)達(dá)標(biāo)。配套加藥罐1個，容積2000L，計(jì)量泵2 臺，Q=0 ～60L/h，P=0.5kW。

（8）儲泥池。工藝原有構(gòu)筑物，半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為6m×4.35m×5.1m，有效水深4.35m。接收來自MBR 池剩余污泥、濾池反洗排水及凈水器排放的污泥。設(shè)置3 臺螺桿泵用于污泥輸送，Q=8 ～40m3/h，H=30m，N=4kW；疊螺式污泥脫水機(jī)，數(shù)量1 臺，處理量為3 ～300kgDS/h，污泥脫水后含水率為80%。

2 工程調(diào)試和運(yùn)行效果

2.1 工程調(diào)試

（1）調(diào)試準(zhǔn)備。在進(jìn)水前，先將各水池內(nèi)所有雜物清除干凈，同時為了有效保護(hù)膜組件，必須打開抽吸泵進(jìn)出口閥、分氣缸上部的控制閥和分氣缸下部的排水閥，將內(nèi)部原空氣排空。

（2）清水運(yùn)行。將清水放至設(shè)計(jì)水位高程，檢查水路是否通暢，觀察反應(yīng)器系統(tǒng)自動控制和其他機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況。清水運(yùn)行時注意要點(diǎn)如下：曝氣鼓風(fēng)機(jī)啟動后，檢查確認(rèn)曝氣量和曝氣的均勻性，在清水運(yùn)行時可能會出現(xiàn)泡沫現(xiàn)象，主要是由于膜組件本身存在不溶性的可生化的親水性物質(zhì)造成的，可繼續(xù)正常運(yùn)行，使水面完全沒過膜組件；當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)向多個膜組件吹風(fēng)時，應(yīng)保證為每個膜組件提供相同的空氣量；清水調(diào)試運(yùn)行時，檢查控制設(shè)備的性能，觀察池內(nèi)出水流量變化以及膜壓力變化，測定設(shè)計(jì)過濾水量（正常運(yùn)行時及最大、最小流量時）下的膜間壓差、水溫，并進(jìn)行記錄保管。調(diào)試自動控制系統(tǒng)狀況時，主要保證裝置內(nèi)進(jìn)出水、曝氣、加藥等程序運(yùn)行正常。

（3）活性污泥接種與馴化。工藝清水調(diào)試完成后，采用接種活性污泥和污泥培養(yǎng)相結(jié)合的方式進(jìn)行污泥菌種馴化，縮短污泥培養(yǎng)時間。在生物池好氧階段投加脫水污泥約80t，污泥含水率為80%。由于初期運(yùn)行負(fù)荷低、生物量較少、污泥活性差，為提高營養(yǎng)物濃度，投加濃質(zhì)糞便，采用悶曝的方式對新生微生物進(jìn)行馴化，保證污泥處于懸浮狀態(tài)，全天24h 間歇運(yùn)行，悶曝?cái)?shù)小時后停止曝氣并沉淀換水，期間活性污泥絮體開始形成，該階段歷時約7d，同時鏡檢發(fā)現(xiàn)存在較多游離細(xì)菌，如鞭毛蟲和變形蟲，每天定時觀察污泥沉降性能SV30和DO測定，作好記錄。

悶曝結(jié)束后，反應(yīng)器內(nèi)存在一定量的微生物，為加快活性污泥的生長，采用24h 連續(xù)運(yùn)行方式培養(yǎng)馴化，此時調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，缺氧段DO 控制在0.2 ～0.5mg/L 之間，好氧階段DO 控制在1 ～3mg/L 之間，開啟回流污泥泵，回流比控制在50%～100%，混合液回流至缺氧池，回流比為100%～300%。隨著一個月調(diào)試期，好氧池MLSS 上升，并穩(wěn)定在6000mg/L 左右，根據(jù)出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)，控制污泥濃度適當(dāng)排泥，當(dāng)SV30達(dá)到30%以上時，活性污泥培養(yǎng)完成，此時鏡檢污泥中原生生物存在較多的鐘蟲、累枝蟲等指示性微生物，污染物平均去除率已接近排放標(biāo)準(zhǔn)，接種馴化階段結(jié)束。連續(xù)培養(yǎng)階段歷時約30d，期間觀察記錄系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，逐步調(diào)整系統(tǒng)回流量，補(bǔ)充更多的碳源來滿足微生物的生長需求。

（4）反硝化生物濾池調(diào)試運(yùn)行。首先，檢查曝氣是否均勻。反硝化生物濾池調(diào)試30d，從調(diào)試初期開始逐步增加污水流量至設(shè)計(jì)流量，密切關(guān)注濾池運(yùn)行情況和進(jìn)出水的水質(zhì)變化。為了保證出水COD 等指標(biāo)達(dá)標(biāo)，需根據(jù)進(jìn)水調(diào)整醋酸鈉投加量，經(jīng)過一段時間的調(diào)試，濾料層表面會附著大量反硝化生物菌群，實(shí)現(xiàn)反硝化生物脫氮。同時會有大量懸浮物截留在濾料中，濾料間的菌群和選何物不斷曾多，水頭損失的壓力隨之增大，需定期進(jìn)行反沖洗，將濾料截留的懸浮物和老化的微生物膜沖洗出去。

2.2 運(yùn)行效果

某中水廠改造臨時設(shè)施工程經(jīng)2 個月調(diào)試后轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行，經(jīng)檢測各項(xiàng)指標(biāo)處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)良好。實(shí)際進(jìn)、出水水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果(平均值)見表2。

表2 污水的處理效果

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資為1750 萬元，其中土建費(fèi)為184 萬元，設(shè)備費(fèi)為1479 萬元，其他費(fèi)用為87 萬元；該項(xiàng)目污水處理總運(yùn)行費(fèi)用為5.53 元/t，其中藥劑費(fèi)4.2 元/t，人工費(fèi)為0.3 元/t，電費(fèi)為0.68 元/t，污泥處置費(fèi)0.35 元/t。

4 結(jié)語

該臨時污水處理設(shè)施針對該區(qū)域污水的水質(zhì)水量不穩(wěn)定、有機(jī)氮濃度大等特點(diǎn)，采用A2/O-MBR生化組合工藝，配合反硝化生物濾池強(qiáng)化脫氮、一體化凈水器過濾深度除磷及消毒處理系統(tǒng)，解決了廠區(qū)改造期間污水處理問題。該工藝通過調(diào)整工藝參數(shù)并根據(jù)實(shí)際情況對污水處理單元進(jìn)行優(yōu)化，最終出水水質(zhì)滿足天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015）的A 標(biāo)準(zhǔn)。該工程正式投入使用以來，運(yùn)行工況良好，具有較好的抗沖擊能力，出水水質(zhì)穩(wěn)定，處理費(fèi)用為5.53 元/t，對于同類的污水處理工程具有一定的參考意義。