工藝優化診斷技術用于污水廠的改造

王恩偉

摘 要：污水處理廠在設備、工藝和運行方面，都普遍存在一些有待于進一步改進的共性技術。本文以某污水處理廠的污水處理工藝進行了初步診斷，結果顯示其旋流沉砂池水力負荷較大、初沉池和二沉池沉降效果較差、生物池污泥濃度低和泥齡短是該廠處理工藝存在的主要問題，同時由于進水污染物濃度較高，也導致了出水氨氮和總磷超標率較高，提出了開展進一步的系統化工藝診斷、優化溶氧濃度和污泥濃度、利用混凝加藥試驗尋求最佳組合方式的改進思路，以提高污染物去除效果，降低運行成本。并建立污水廠信息管理系統，實現數字化管理，提高運行管理水平。

關鍵詞：工藝診斷；改造；思路

隨著社會經濟的不斷發展，人們生活水平在日益提高，城市用水和排水量也在持續增加，給相關給排水單位帶來了嚴峻的挑戰。同時，對黃河中上游流域的水污染防治提出了更嚴格的要求，要求進一步提高污水處理率和污水處理出水標準一級A 標準，因此，現有的污水廠都將面臨著提標、升級改造。在科學發展觀、建設資源節約型、環境友好型社會的思想指導下，污水處理行業將有一次新的發展機遇。因此，提高城市污水處理廠運行管理水平成為污水處理企業當前必須認真考慮的問題。

一、污水處理廠工藝概述

污水廠以生活污水為主，設計處理能力為2×104m3 /d，實際進水量約為1.5 ×104m3 /d，處理后出水水質為二級排放標準。污水經格柵、旋流沉砂池后，進入初沉池和普曝生物池，二沉池出水后進行深度處理，包括混凝沉淀池、曝氣生物濾池，最后進入中水回用系統。

二、污水廠現狀分析

1、污水廠現場調研。對污水廠各工藝單元進行現場調研，包括旋流沉砂池、初沉池、生物池、鼓風機房、二沉池、中水處理系統。

1）旋流沉砂池。污水廠共有兩組旋流沉砂池，目前只運行一組。實際進水量約為設計進水量的75%，加上回流的剩余污泥、化學污泥和生物濾池污泥，將達到設計進水量的80%以上。如果僅運行一組旋流沉砂池，勢必會減少水力停留時間，影響沉砂效果。

2）初沉池。回流的剩余污泥、化學污泥及曝氣生物濾池污泥將會增加初沉池的運行負荷，其中化學污泥中剩余的混凝劑會加快初沉池中顆粒物的沉降速度，改善沉降效果；同時過大的污泥負荷，需要增加排泥量。初沉池因沉降作用，造成出水堰出水不均，影響出水水質。

3）生物池。污水廠生物池混合液懸浮固體（MLSS）較低，若加大回流量，勢必提高生物池中污泥濃度，可以加大回流量。夏季由于氣溫較高，影響氧在水中的傳質效率；同時，隨著溫度的升高，微生物的活性增強，新陳代謝快，需氧量較大。如果采用固定的曝氣量，會出現溶解氧濃度較低的現象。另外，生物池上安裝了溶解氧儀表，但是并未正常工作。這樣既增加了運行成本，但并沒有起到相應的效果。因此，需加強對在線儀表的維護和保養。

4）二沉池。二沉池出水堰出水不均，出水水質中含有較多的懸浮顆粒。二沉池的沉降效果較差，是因為生物池末端溶解氧較高，引起生物絮體解體，影響二沉池的沉降效果。

5）混凝沉淀池。為了去除二沉池出水中的固體懸浮物，設置了混凝沉淀池。在混凝沉淀階段，水力攪拌強度、混凝劑的種類和劑量都會影響沉降效果，也關系到運行費用。多數水質凈化廠根據操作人員的運行經驗投加混凝劑，加藥量偏高，直接造成運行成本增高。

6）曝氣生物濾池。曝氣生物濾池是生物膜工藝，主要作用是將氨氮轉化為硝酸鹽氮。目前該污水廠曝氣生物濾池中填料為陶粒。經過長期的試驗得出，采用陶粒作填料有以下幾種缺點：填充陶粒濾料時，比重大、空隙率小，曝氣系統壓力損失大；陶粒濾料在反沖洗時，容易破碎，需要更換濾料，增加運行難度和運行成本；填充陶粒濾料時，需要較大的曝氣量，增加曝氣系統的能耗。建議在曝氣生物濾池中使用表面親水性塑料填料。

2、污水廠進、出水分析。對污水廠出水TP 濃度超標，進水量和進水量相差較大，但均低于設計標準；進水SS 濃度相對穩定；進水TP 濃度波動較大。由于進水水質和水量的變化，造成出水TP 沒有滿足二級排放標準。如果進水水量達到設計標準時，出水SS 和TP 可能會超標。進水TN 和NH3-N，與出水TN 和NH3-N 變化趨勢基本一致，說明整個工藝對TN 和NH3-N 的去除量基本保持穩定。目前工藝對TN 的去除主要是沉淀顆粒態的TN 及微生物新陳代謝對NH3 -N吸收。二沉池出水中NH3-N 濃度很高，將造成曝氣生物濾池NH3-N 負荷大，可能會導致出水不達標。

三、改進思路

1、系統化工藝診斷。該污水廠經過初步診斷后，需進一步開展系統化工藝診斷[1]，找出工藝運行的" 瓶頸口"。將人工化驗室分析、水質連續變化分析、各斷面水質變化分析等多方面系統結合，以大量實驗數據作為數理統計分析和建模基礎，并使用ABAM 儀器對生物池的活性污泥降解性能進行分析，包括硝化速率、好氧速率、反硝化速率和磷的吸收和釋放情況，尋求污水廠升級改造的關鍵點。

2、生物池控制優化。該污水廠生物池采用普曝工藝，為了穩定達到二級排放標準，氨氮指標顯得尤為重要。溶解氧是影響氨氮降解的重要因素，溶解氧過高過低均不利于工藝穩定運行。溶解氧過低，硝化速率受抑制，氨氮降解不充分；而過高的溶解氧不但不利于總氮和總磷的去除，也會導致能耗浪費。另外，目前污水廠生物池污泥濃度MLSS 較低，污泥泥齡較短，導致硝化菌大量流失，硝化菌生長代謝緩慢，恢復周期延長，導致氨氮在生物池幾乎無明顯降解。因此，建議污水廠需要增加生物池中污泥濃度，加大回流量。為了應對將來更嚴格的排放標準，選取最適宜的工藝或組合工藝，建立達標改造工藝模型，將所選工藝及物理特性、預測進水水質、水量等參數輸入水協的活性污泥模型（ASM2d），模擬計算和優化預測最佳運行工藝調控參數和數值，以確保工藝改造方案的可行性。

3、混凝加藥試驗。為了優化混凝沉淀池的工作效率和降低運行成本，利用ZR4-6 混凝實驗攪拌機，模擬不同水力攪拌強度、混凝劑的種類、劑量、沉淀方式，尋求最佳的組合方式。[2通過對混凝沉淀系統的升級改造，將平流沉淀池后增加人工快滲池，強化沉淀效果，提高出水水質。實驗室模擬數據也說明，不同混凝劑在不同水力攪拌強度下，對出水TP 濃度影響較大。

4、建立信息管理系統。信息系統的建立和實施是一個循序漸進、不斷完善的過程。污水廠信息系統的建立，可提高企業管理的事前控制能力，把全廠從進水、到出水的工作環境，看作是一個動態的、可事前控制的有機整體。信息系統將上述各個環節整合在一起，它的核心是有效地管理企業現有資源，合理調配和準確利用現有資源，為企業提供一套能夠對出水水質達標、運行節能和提高運營等關鍵問題進行實時分析、判斷的決策支持系統。通過對污水廠工藝過程信息、設備信息和信息聯系各模塊進行分析，找出最合適的管理信息系統的模塊。

在對該污水廠歷史運行數據和工藝運行情況診斷分析的基礎上，確定了出水水質達標的主要控制指標，并通過水質分析、工藝過程診斷及模擬試驗。因此，提出了開展系統化工藝診斷、優化溶氧濃度和污泥濃度、進行混凝加藥試驗、建立污水廠信息管理系統等一系列改進措施，以期提高污染物去除效果，降低運行成本。

參考文獻

[1]尚愛安.淺談工藝優化診斷技術用于污水廠的改造[J].中國給水排水，2012，22（2）：26 - 30.

[2]甘一萍，周軍. 數學模擬技術在污水處理工藝設計、優化、研發中的應用（上）[J] . 給水排水，2014，30（5）：33 - 36.

[3]郝曉地，戴吉，采用數學模擬評價生物營養物去除工藝的除磷效果[J] . 中國給水排水，2013，22（5）：30 - 34.endprint