北京市城鎮污水處理廠出水提標工藝研究

楊永義，姚 寧，康家偉，謝正威

(北京市水利規劃設計研究院，北京 100048)

1 概述

隨著北京市的建設發展，市政府制定了一系列治污條例及治理要求，為控制污染，保護環境和人體健康，加強對北京市行政區域內城鎮污水處理廠的排放控制和管理，制定《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB11/890-2012)，北京市對城市生活污水處理的普及和污水的深度處理提出了更高要求。隨著膜生物處理技術MBR及其組合工藝研究的不斷深入［1-2］，結合目前成熟的脫氮除磷工藝［3-5］，根據水質排放標準，選擇不同的工藝流程及設計參數。

2 工程概況

北京郊區污水處理廠一期工程建于2004年，處理能力為4萬m3/d，采用氧化溝處理工藝:粗格柵—細格柵—氧化溝—二沉池—消毒池－排放，出水達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級B排放標準;二期再生水廠工程建于2008年，處理能力為4萬 m3/d，采用MBR工藝:粗格柵—細格柵—MBR組合池—消毒池－排放，出水達到再生水利用標準(河道－觀賞性景觀環境用水);污水處理廠進、出水水質見圖1～圖5。但是隨著生活污水濃度的上升和污染物排放標準的提高，污水處理廠的排水已明顯達不到污染物控制的要求，水質提標前后主要水質對比見表1。要實現出水滿足現有標準必須進行相應的改造或新建污水處理廠，針對現狀，結合水廠多年的運行水質指標數據，提出適合新標準的污水處理工藝，并為污水處理廠的升級改造提供參考。

3 運行狀況分析及總結

3.1 CODcr分析

3.1.1 污水廠原水CODcr濃度分析

在約兩年的監測數據中，原水 CODcr濃度變化，由圖1分析可知:3.8%的水質濃度在168～300mg/L;14.3%的水質濃度在300～400mg/L;22.6%的水質濃度在400～500mg/L;18.3%的水質濃度在500～600mg/L;16.1%的水質濃度在600～700mg/L;16.1%的水質濃度在700～900mg/L;8.8%的水質濃度在900mg/L以上。

通過以上分析，原水水質與典型生活污水水質(CODcr:高濃度1000mg/L;中濃度400mg/L;低濃度250mg/L)比較可知:81.9%的水質屬于中高濃度范疇，僅僅18.1%屬于中低濃度。總之，原水CODcr濃度總體偏高，水質波動較大。

3.1.2 污水廠出水CODcr濃度分析

(1)氧化溝工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水26.3%的水質濃度不大于30.0mg/L;85.2%的水質濃度不大于60mg/L;99.7%的水質濃度不大于100mg/L;針對標準DB11/890-2012的表1B標準僅有26.3%的水質達標。

(2)MBR工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水52.3%的水質濃度不大于30mg/L，其中80%原水濃度在600mg/l以下;90.0%出水的水質濃度不大于60mg/L;100%的水質濃度不大于100mg/L;針對新標準DB11/890-2012的表1B標準有52.3%的水質達標。

圖1 進水CODcr濃度的變化

圖2 進水NH3-N、TN、TP濃度的變化

3.1.3 CODcr指標小結

(1)氧化溝工藝特點

污水處理廠進水濃度約60%的水質濃度大于500mg/L;進水CODcr濃度偏高;

氧化溝工藝出水水質總體穩定，波動很小，進水水質波動對出水影響較小;

氧化溝工藝已不能夠徹底滿足目前進水濃度偏高和水質提標的處理要求。

(2)MBR工藝特點

出水水質波動受進水水質影響，出水水質濃度波動較大:1月、3月、4月、11月;其它月份水質相對穩定。

圖3 氧化溝和MBR工藝出水CODcr濃度的變化

圖4 氧化溝和MBR工藝出水NH3-濃度的變化

圖5 氧化溝和MBR工藝出水TP濃度的變化

出水水質有52.3%達到新標準DB11/890-2012的表1中B級標準，如原水CODcr在400mg/L以下，MBR工藝完全滿足新標要求;因此，此工藝適合水質保障要求。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR法工藝77%的出水優于氧化溝工藝出水水質，MBR法工藝有58.6%的出水比氧化溝工藝出水提高在20%以上;

氧化溝工藝穩定，但出水不能滿足提標后的水質要求;

MBR工藝耐沖擊能力偏弱，但出水水質有保障。

3.2 NH3－N分析

3.2.1 污水廠原水NH3-N濃度分析

由圖2分析NH3－N濃度可知:6.0%的水質濃度在9.88～20mg/L;23.0%的水質濃度在20～30mg/L;38.1%的水質濃度在30～40mg/L;23.0%的水質濃度在40～50mg/L;6.6%的水質濃度在50～60mg/L;3.3%的水質濃度在60mg/L以上;綜合分析83%的進水濃度在20～50mg/L。

通過以上分析，67.1%的原水水質屬于典型生活污水水質(NH3－N:高濃度85mg/L;中濃度40mg/L;低濃度20mg/L)中低濃度，進水濃度總體穩定。

3.2.2 污水廠出水NH3－N濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，18.2%的水質濃度不大于1.50mg/L;28.2%的水質濃度不大于5.0mg/L;45.6%的水質濃度不大于8.0mg/L;48.3%的水質濃度不大于10.0mg/L;57.1%的水質濃度不大于20.0mg/L;66.9%的水質濃度不大于25.0mg/L;33.1%的水質濃度大于25.0mg/L;最高值達到51.8mg/L;平均值15.4mg/L。針對新標準DB11/890-2012的表1中B級標準僅有18.2%的水質達標。

出水水質波動分析。1、2、3月份水質穩定;4月中旬到6月中旬水質波動較大;6月中旬至12月份出水水質穩定。

(2)MBR工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，90.2%的水質濃度不大于1.50mg/L;平均值0.54mg/L。

水質波動分析。除9月至10月中旬出水不穩定外，總體出水水質穩定。

出水水質基本達到新標準(《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》DB11/890-2012)的表1B標準。

3.2.3 NH3-N指標小結

(1)氧化溝工藝特點

出水水質波動較大，出水NH3-N達不到目前提標水質要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(2)MBR工藝特點

出水水質總體穩定，出水NH3-N能達到目前提標水質要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR工藝出水NH3-N遠比氧化溝工藝好;MBR工藝出水能達到DB11/890-2012的表1中B級標準。

3.3 TP分析

3.3.1 污水廠原水TP濃度分析

由圖2進水濃度分析，29.3%的水質濃度在5.0mg/L以下;42.3%的水質濃度在5.0～8.0mg/L;10.7%的水質濃度在8.0～10.0mg/L;16.5%的水質濃度在10.0～20.0mg/L;1.2%的水質濃度在20mg/L以上;綜合分析可知58.0%的原水水質屬于典型生活污水水質(NH3-N:高濃度15mg/L;中濃度8mg/L;低濃度4mg/L)中低濃度;進水水質變化頻率高。

3.3.2 污水廠出水TP濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度分析。由圖5分析，53.2%的水質濃度不大于0.2mg/L;75.0%的水質濃度不大于0.3mg/L;87.3%的水質濃度不大于0.5mg/L;98.1%的水質濃度不大于1.0mg/L;僅有1.9%的水質濃度大于1.0mg/L。75.0%的出水水質能達到DB11/890-2012的表1中B級標準。

去除率分析。TP去除率比較穩定，94.4%的水質去除率在90%以上;74.8%的水質去除率在95%以上;僅5.6%的水質去除率在90%以下。

(2)MBR工藝

出水濃度分析。由圖5分析，38.0%的水質濃度不大于0.2mg/L;48.6%的水質濃度不大于0.3mg/L;74.3%的水質濃度不大于0.5mg/L;88.1%的水質濃度不大于1.0mg/L;11.9%的水質濃度大于1.0mg/L。僅38.0%的出水水質能達到DB11/890-2012的表1中B級標準。

去除率分析。TP去除率不穩定，70.9%的水質去除率在90%以上;50.0%的水質去除率在95%以上;29.1%的水質去除率在90%以下。

3.3.3 TP指標小結

(1)氧化溝工藝特點

出水水質穩定，出水TP基本達到目前提標水質要求;原水濃度波動對出水影 )響不大。

(2)MBR工藝特點

出水水質不穩定，波動幅度較大，出水TP達不到目前提標水質要求;MBR工藝對于指標TP的去除不易控制，不利于污染物的去除;

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

氧化溝工藝出水TP遠比MBR工藝好;氧化溝工藝出水TP基本能達到新標準DB11/890-2012的表1中B級標準。

3.4 污水廠運行總結

(1)目前生活水平的提高，污水中各水質指標偏高:CODcr指標有60%的水質濃度在500mg/l以上;NH3－N指標有10%的水質濃度在60mg/l以上;TP指標有18%的進水濃度在10.0mg/l以上。

(2)MBR膜工藝比常規氧化溝工藝:CODcr去除效率提高約20%;NH3－N去除率提高約50%;TP去除率降低50%。

(3)常規氧化溝工藝耐沖擊，CODcr、TP指標出水穩定，尤其出水TP基本能達到新標準DB11/890-2012的表1中B級標準。

(4)MBR膜工藝COD、NH3－N出水指標好，但出水濃度受原水濃度波動影響較大;因此MBR工藝在穩定進水條件下，適合作為保障出水的核心工藝。

4 綜合分析

針對表1內容，結合以上分析，目前滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002排放標準的成熟工藝［6］-［7］很多。但水質提標后，需要重點考慮的是NH3－N和TP的去除，而且兩水質指標實現的工藝條件相斥。在傳統脫氮和除磷工藝中，反硝化菌和聚磷菌就脫氮和除磷兩個過程扮演著兩個獨立的角色，即都利用有機碳源進行獨立的反硝化和吸、放磷，因此在同一系統中，當進水C/N比值較低時，碳源成了兩者的限制性因素。針對污水處理廠出水水質的提標，結合以上分析，必須是一級處理實現初次脫氮除磷，因此要求一級處理具有初次脫氮除磷的粗曠生物環境和生物種類;二級處理采用深度處理工藝以保障出水水質(CODcr、NH3－N、TP);一、二級中間設生物隔離器，實現一、二級兩個獨立、不同、穩定的生物環境以確保出水水質，實現污水處理廠出水水質達到《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB11/890-2012)標準。

5 結論與建議

(1)針對北京市地方標準《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》DB11/890-2012，新建污水廠建議采用改進型兩級生物處理工藝:一級處理(A2O、CASS、氧化溝、生物接觸氧化等)+生物隔離器(沉淀、過濾、氣浮、磁分離、消毒等)+二級處理(氧化塘、濕地、BAF、MBR等)。

(2)需提標改造的污水處理廠:一級常規脫氮除磷工藝的出水(泥水分離消毒后的上清液)，作為二級工藝(能夠控制具有大量比一級工藝較高等的微生物群落)的進水，在控制兩級完全不同的生物環境、生物種類等的條件下，提高了出水水質，實現污水處理廠出水水質達到《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》(DB11/890-2012)標準。結合原工藝，增設或改造相關泵站、工藝流程等，實現新工藝一、二級的工況要求。

(3)污水處理廠應有與時俱進管理理念，不斷的調整(改造、組合)工藝細節，提高污水處理廠的處理能力。

(4)加強污水處理廠的運營管理，提高運營管理人員的水平。

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