五段生物法工藝在城市污水廠提標改造中的應用

王正平，孟露，鄭一江

(華電水務控股股份有限公司，北京 100160)

0 引言

伴隨“生態文明”、“美麗中國”環保新概念的提出，更為嚴格的地方標準相繼出臺，污水處理行業迎來了持續快速發展的新階段。根據水廠現狀,因地制宜地選擇改造方式，實現出水指標穩定達標，同時提升能量、藥物使用效率，具有極大的社會和環境效益。

五段生物法是一種懸浮生長活性污泥法工藝，它將生化池按水流方向依次分為厭氧、缺氧、好氧、缺氧、好氧五個部分[1][2]。本文以天津市某污水處理廠為例，對五段生物法工藝在污水廠提標改造中的方案設計及應用效果進行了分析，為污水廠提標改造、實現穩定達標提供依據。

1 工程概況

天津市某污水廠總設計規模為5.5×104m3/d，分兩期建設，其中二期工程于2015年建成通水，規模4.5×104m3/d。污水廠出水中的1.0×104m3/d用于供給附近熱電廠作為中水水源，剩余4.5×104m3/d就近排入廠區東側景觀渠作為生態補水。二期工程原采用圖1的流程。

改造前污水廠出水穩定達到GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準，進水水質符合設計進水要求(設計及實際進水水質見表1)。但根據天津市的要求，在用城鎮污水處理廠于2018年1月1日起出水需執行天津市地方的DB12/599-2015《城鎮污水處理廠污染物排放標準》。為達到該標準，需對污水廠二期進行提標改造。

圖1 改造前污水廠工藝流程

2 提標改造技術路線

通過對改造前出水水質的比較分析(表1)，項目提標改造的重點和難點為進一步去除污水中的TN、TP，并保證COD的穩定達標[3]。

2.1 去除TN的改進方案

通過對污水廠工藝分析，TN僅能通過生物法去除，這需要強化微生物的硝化及反硝化作用。由于廠區內無富裕用地，無法新建反硝化單元，因此本次改造的重點為提升原生化池處理能力[4]。

通過綜合考慮，利用改良Bardenpho工藝的原理，將原A2O生化池重新劃分為AAO+AO五段工藝，合理分配厭氧、缺氧、好氧停留時間，并增加碳源投加點及同步化學除磷投加點。AAO+AO五段工藝中后置缺氧池的作用是將好氧段所產生的硝酸鹽作為電子供體，利用內源有機碳或外加碳源產生額外的反硝化作用，強化總氮(TN)的去除。最后的好氧段用以吹脫剩余的氮氣，消耗剩余碳源，并增加污水中溶解氧濃度，盡量減少磷在二次沉淀池中的釋放。

此外，在污泥側流段增加菌種選擇器，并改變進水方式。菌種選擇器可優化回流污泥中的菌種構成，抑制好氧菌生長，同時消耗回流液中的溶解氧，從而促進了厭氧池及缺氧池反應效率，提高脫氮除磷效果[5-8]。

表1 設計及實際進出水水質表 mg/L

注：每年11月1日至次年3月31日執行括號內的排放限值。

2.2 去除TP的改進方案

通過加強工藝控制精度，及上述菌種選擇器等手段，可促進生化除磷，彌補改造前生化池除磷效果差的缺陷，降低后續化學除磷藥劑用量。同時，在AAO+AO池最末端增加化學除磷投加點，實現同步沉淀除磷。最后，利用高效澄清池后置沉淀為除磷做保障。

2.3 COD 穩定達標方案

根據污水廠實際運行水質，出水COD平均值已在30 mg/L以下，僅在個別時間段超過該標準。因此，在目前進水水質條件下，通過加強工藝控制，降低厭氧段的ORP、增強厭氧段和缺氧段的水解酸化能力、合理調整回流量及曝氣量、輔助兩級加藥沉淀，出水COD即可穩定在30 mg/L以下。

根據以上分析，該污水廠提標改造工藝確定為五段生物法工藝輔以外加碳源和同步除磷工藝，確保出水穩定達到天津地方標準。

3 改造方案工程設計

3.1 A2O生化池改造

污水廠二期工程將生化池好氧段進行功能劃分使生化池實現AAO+AO的五段式運行模式：在好氧池末端廊道內增加隔板，將原有的好氧部分重新劃分為好氧、缺氧、好氧三個部分；調整內回流方式，將回流起點從生化池最末端調整至第二缺氧池進水端；增加配套潛水攪拌器并調整相應曝氣方式。提標改造前后工藝對比如圖2所示。

3.2 增設菌種選擇器

利用生化池前側空地，在污泥回流側流上新增菌種選擇器，并將部分原水分流至菌種選擇器。進水及回流污泥在菌種選擇器內混合，通過提升泵送至厭氧池進水端。

3.3 碳源投加系統設計

在后置缺氧區進水端新增設碳源投加管路，于生化池旁空地就近配置乙酸鈉儲罐。碳源采用液體乙酸鈉，其設計投加量為30 mg/L，實際運行中，可根據進水水質靈活調整。

3.4 除磷藥劑投加系統設計

后置好氧區末端增設化學藥劑投加管路，藥劑采用液態聚合氯化鋁(PAC)。當進水總磷較高時，按照除磷藥劑與污水中磷當量比1：1.5投加，實現同步化學除磷。

圖2 生化池改造前后對比圖

3.5 設備及電氣自動化改造

根據改造后運行要求，增加進水分配、污泥投配、碳源投加控制等自控系統，并配置相應在線監測儀表，提高構筑物系統運行的精確性和響應速度。

4 改造工程運行效果

該提標改造工程于2016年底完成至今，污水廠主要出水，TN≤10 mg/L、 TP≤0.3 mg/L、 COD≤30 mg/L，穩定達到天津地標A標準，具體出水水質見圖3。

改造后生物脫氮除磷效果得到明顯提升，除磷藥劑PAC加藥量較改造前下降30 mg/L，外加碳源為10 mg/L左右，經濟效益顯著。

圖3 改造后(2017年)出水水質

污水廠改造后工藝的處理效果和穩定性都得到較大提升。每年進一步減少CODcr328.5噸，BOD 65.7噸，SS 82.1噸，NH3-N 57.51噸，TN 82.13噸，TP 4.95噸，提升能量、藥劑使用效率，極大改善了受納河流水質和生態環境。

5 結論

該污水廠提標改造方案引入五段生物法脫氮除磷理念，充分挖掘現有生化池處理能力，無需新增占地、改造周期短、投資成本低，改造后運行效果及穩定性都得到大幅提升，具有良好的經濟、社會效益。因此，該方案在我國城市污水廠升級改造中具有較大推廣應用價值。

參考文獻：

[1]Metcalf & Eddy AECOM.Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, Fifth Edition [M].New York:McGraw-Hill Education,2014.

[2]許保玖．給水處理理論[M].北京:中國建筑工業出版社，2000．

[3]鄭興燦.城市污水生物除磷脫氮工藝方案的選擇[J].給水排水,2000(05):1-4.

[4]吳悅穎,王洪臣,孫娟,張文靜.我國城鎮污水處理設施脫氮除磷能力現狀分析及對策建議[J].給水排水,2014,50(S1):118- 122.

[5]沈連峰,宋海軍,胡宗泰,等.城市污水脫氮除磷工藝改造的效果研究[J].中國給水排水,2013,29(06):77-80.

[6]郭遠凱. 城市污水Phoredox脫氮除磷工藝研究[D].廣東工業大學,2005.

[7]朱澤龍,王琴.改良型Bardenpho工藝處理生活污水的效果分析[J].煤炭與化工,2016,39(12):143-147.

[8]崔洪升,劉世德.強化脫氮Bardenpho工藝碳源投加位置及內回流比的確定[J].中國給水排水,2015,31(12):22-24.