污水處理廠精細化管理運行控制策略

徐立君，萬 強，于鑫龍，崔錦華，鄔傳軍，黃義成

（天津臨港勝科水務有限公司，天津 300452）

污水處理廠作為末端治理單元， 是保障受納水體的水生態環境質量和安全的重要一環。 隨著城鎮污水處理廠一級A排放標準的實施，大批污水處理廠需要通過提標改造才能保證出水合格， 但由于初始設計不當或運行管理水平較低，導致出水不穩定。因此精細化管理是污水處理廠未來發展的必要趨勢。

與傳統的生產制造型企業一樣， 污水處理廠的運行管理模式基本都經歷了從粗放式管理到規范化管理再到精細化管理的階段［1］。 粗放式管理基本依靠的是管理者的技術經驗水平， 規范化管理是將污水處理流程進行標準化、模塊化管理，精細化管理是在規范化管理的基礎上以系統性的思維對運行管理進一步細化。 污水處理廠精細化管理的關鍵因素在于工藝的精細化運行、設備的精細化維護、人員的精細化組織、安全健康環境的精細化整合［2］。

1 工程概況

天津臨港勝科污水處理廠于2009年6月正式投產運行，設計處理能力為1萬m3/d，分為兩個系列，進水水質以工業廢水為主，占比約60%，主體工藝采用水解酸化+A/O生化+混凝沉淀工藝。 為響應本地環保政策號召， 提高出水排放標準，2018年新增反硝化處理系統與臭氧催化氧化處理系統，對排放污水進行深度脫氮除磷處理，提標改造后的工藝流程如圖1。

圖1 污水處理工藝流程

經過提標改造，出水水質有了較大改善，但由于系統進水中工業水占比較大，水質波動大，導致系統運行不穩定，依然存在出水超標的風險。 除此之外還存在設備老化、 運行人員管理經驗不足、反硝化濾池跌水過大等問題。 本文結合天津臨港勝科污水處理廠的運行實際情況， 基于精細化管理，優化運行工藝，降低運行成本，實現節能降耗，降低出水超標的風險。

2 精細化運行管理控制策略

2.1 優化均質調節池控制水質

系統進水水質的情況主要取決于上游排水單位，因此需要加強與上游排水單位的溝通協調，確保客戶來水水質的穩定。除此之外，污水處理廠作為處理單位也有責任和義務提高來水水質變化的應對能力，保障系統的處理效能。

天津臨港勝科污水處理廠共有2個2500m3的系統進水均質調節池（1#、2#），和兩個4500m3的事故池。系統進水量包括直接進入均質調節池的客戶水量（占比約81%）、反硝化系統的反洗水量（占比約6%）、污泥壓濾液（占比約3%）及3#均質調節池排入系統的水量（占比約10%）。其中水質波動較大的客戶A水量約1000m3/d，氨氮濃度在150～450mg/L之間波動。 客戶A的廢水直接排入系統會導致系統的氨氮濃度急劇升高，最高可達80mg/L，遠超設計值45mg/L，對后端的生物處理系統造成沖擊。2020年4月針對該客戶的廢水研發設計了一套脫氮裝置， 采用折點氯化法對該客戶的高氨氮廢水進行預處理， 日脫氮量可達300kg/d。 該套脫氮裝置效率高，效果穩定，但投加的次氯酸鈉藥劑成本過高。

結合天津臨港勝科污水處理廠的實際運行工況，在保證滿足園區應急需求、出水水質達標及客戶排水需求的情況下，將其中一個事故池（1#）單獨作為客戶A的均質調節池（3#），來調節客戶A的高氨氮廢水。 運行人員定時查看系統進水和各個客戶來水的氨氮濃度，以及3#均值調節池的氨氮濃度和液位，通過物料衡算嚴格控制3#均調節池進入系統均質調節池的水量。 在3#均質調節池無法滿足調節需求的時候啟動預處理脫氮裝置， 既保證了客戶排水需求和系統穩定，還節約了次氯酸鈉的藥劑成本。結合實際運行， 對比2020與2021年的6—9月次氯酸鈉使用量與氨氮去除量，結果如表1。

表1 次氯酸鈉投加量與氨氮累計去除量統計

從表1可知，2020年去除每公斤氨氮需要投加含量10%的次氯酸鈉114.42kg，2021年5月在調整優化了運行工藝后， 避免了藥劑在低濃度氨氮廢水上的浪費， 將預處理脫氮裝置作為應急脫氮裝置使用，次氯酸鈉單位藥耗也降低至39.02kg次氯酸鈉/kg氨氮。 假定年處理氨氮濃度300mg/L的廢水15萬t，10%次氯酸鈉以600元/t計算， 年節約運行成本約203.6萬元。

2.2 減小液位差節約藥耗

反硝化濾池工藝常用于污水處理深度脫氮工藝中，在該階段，反硝化細菌以有機碳源（如甲醇、乙酸鈉、乙醇、葡萄糖等）作為電子供體，將硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體氧化還原。其中參與反應的酶類要求溶解氧濃度不高于0.5mg/L， 溶解氧濃度過高對反硝化過程會造成抑制作用。在實際運行過程中，由于運行人員的經驗不足，反硝化濾池的跌水過大，跌水造成廢水中的溶解氧增加，部分外加的碳源會被用于消耗水中的溶解氧，造成藥劑的浪費［3］。

結合反硝化濾池系統設備的運行實際， 提高反硝化濾池液位， 控制反硝化濾池的恒液位與進水溢流堰距離不高于0.20m，并對調整前后的進水的溶解氧與乙酸鈉的投加量進行了分析，結果如表2。

表2 碳源投加量與溶解氧的關系

由表2可以看出，經管路改造后，進水的溶解氧降低1.5mg/L，乙酸鈉的投加量也減少了10.68%。 結合運行實際， 假定平均去除硝氮9mg/L，20%含量的液體乙酸鈉按1200元/t計算， 年節省運行成本約18.05萬元。

2.3 人員精細化管理

運行人員作為污水處理廠的管理維護者， 需要了解并掌握污水處理廠的工藝流程和設備情況。 班組作為運行管理的最小單元， 也是精細化管理的重要一環， 系統運用標準化與數據化等方法將班組運行管理責任具體化、明確化至每一個班組成員［4］。 班組長需要根據工作情況， 將每天的工作任務或目標細化至小時級別，并監督和指導班組成員完成。如果發生突發事件， 班組長必須及時根據現場情況匯報上級并安排班組成員進行處理。 班組建設和班長培訓是班組精細化管理的重要舉措。 通過培訓提高班長的專業知識和技能水平，加強制度細化和實施，強化安全責任意識。

結合實際情況，每月進行一次培訓，將理論與實操相結合，針對班長和班組成員采取不同形式，不同階段的培訓，細化每個操作背后的理論知識。每季度組織班組人員進行一次團建活動， 加強團隊文化建設，提高員工的積極性。每年進行不少于兩次的應急演習，提高管理人與班組成員應對突發情況的處理能力。

2.4 設備精細化維護與管理

設備老化是污水處理廠的通病， 舊設備能耗高，效率低［5］。 而設備性能穩定，數據準確是污水處理廠信息化，智能化運行的基礎［6］。需要運行管理人員對設備的管理和更新維護制定詳細而周密的計劃。 通過合理安排設備的檢修和更換計劃，實現有效調度和錯峰進行，減少設備檢修對污水處理廠運行的影響。

設備的精細化維護與管理是污水處理廠降低成本、增加效率最有效的途徑之一。各班組人員需要正確有效地操作、巡檢、維護，提高設備的運行環境，延長設備的使用周期。 管理人員應定期與班組人員進行溝通，及時了解設備運行情況，確保設備的正常可持續運行。

2.5 引進先進技術優化運行工藝

技術進步是推動城鎮污水處理廠發展的根本動力。早期建設的城鎮污水處理廠普遍存在工藝落后，設備老化、能耗高、處理效率低、技術更新換代慢等問題。 而應用新技術又存在投資費用高、運行經驗匱乏、工藝適配性差等諸多問題。 天津臨港勝科污水處理廠結合實際運行條件， 以實現節能降耗，提高處理效率為目的，引入自養反硝化技術。 與傳統的異養反硝化相比， 自養反硝化技術無需外加碳源，反硝化細菌以無機物（如S、S2-、S2O32-、Fe、Fe2+、H2等）作為硝酸鹽氮還原的電子供體，將水中的硝酸鹽氮還原為氮 氣［7］。

通過實驗驗證了該技術的可行性之后， 該水廠將480m3的閑置水池設計改造為日處理2000m3/d的自養反硝化濾池，并為其自行設計研發了一套PLC自控系統，使之可以實現自動化運行。 經過3個月的連續穩定運行， 對其和原有的異養反硝化濾池進行藥耗對比分析，結果如表3。

表3 自養反硝化濾池與異養反硝化濾池對比

由表3可以看出，采用自養反硝化工藝的藥劑單耗會比異養反硝化低38%左右， 假定反硝化階段每日處理10000m3廢水，平均去除硝氮9mg/L，自養工藝填料按6000元/t，液體乙酸鈉按1200元/t計算，采用自養反硝化技術每年可節約藥劑成本約58萬元。

自養反硝化的處理工藝可以避免碳源投加量的不穩定性，不會造成出水COD的穿透，降低了出水超標的風險，也減少了大量運行人員在藥劑投加方面的投入［8］。

3 結語

該污水處理廠結合實際運行工況， 基于精細化管理，改進優化工藝，降低運行成本，提高運行人員管理水平，加強設備維護管理，實現了節能降耗，提高了收益，降低了出水超標的風險。城鎮污水處理廠的精細化運行管理需要結合自身的實際情況， 因地制宜，從工藝、設備、人員3方面進行精細化管理。 隨著科技的進步和新設備新工藝的開發， 污水處理廠逐漸向著信息化、智能化的方向發展，而在污水處理廠轉型的過程中如何進行精細化管理是運行管理人員需要思考的問題。