山西省北部某污水處理廠冬季穩定運行實踐

張 軍

（大同市東郊污水處理廠，山西 大同 037034）

引言

實施地表水國控斷面考核是國家“水十條”的剛性要求，全國多地相繼頒布了地方標準（見表1），要求城鎮污水處理廠主要污染物排放標準提高到地表Ⅴ類及以上。

表1 各地排放標準

《山西省水污染防治2018 年行動計劃》提出汾河、桑干河流域現有城鎮生活污水處理廠采取提效措施，2019 年12 月底化學需氧量、氨氮、總磷三項主要污染物排放指標穩定達地表水Ⅴ類標準；制定出臺山西省《污水綜合排放標準》。

1 山西省北部某污水處理廠概況

該污水處理廠設計處理規模10 萬m3/d，純生活污水，其中，一期規模6 萬m3/d，二期規模4 萬m3/d。二級生化采用奧貝爾氧化溝工藝，深度處理采用混凝+高密度沉淀+微濾轉盤過濾工藝。

設計進出水水質如表2：

表2 設計進水水質

2020 年1 月1 日起，山西省污水處理廠出水CODcr、ρ（NH3-N）、ρ（TP）三項主要污染物按地表水Ⅴ類考核。2021 年1 月1 日起出水水質執行山西省《污水綜合排放標準》（DB 14/1928—2019）。

1.1 進水量情況

該污水處理廠進水量日變化（見下頁圖1）表明凌晨3：00～7：00 水量最少，與居民生活習慣相符，其余時間利用管網及泵房調蓄作用，通過變頻控制潛污泵保持平穩進水；進水量月變化（見下頁圖2）表明每周末進水量明顯增加；進水量年變化（見下頁圖3）表明臘月下旬進水量逐漸增加，臘月底達峰值，與本地居民春節前全面清潔衛生習慣相符，雨季下雨天進水量較平時大很多。

圖1 進水量日變化

圖2 進水量月變化

圖3 進水量年變化

1.2 進水水質情況

對2018 年每日進水水質數據進行數理統計分析，結果見下頁表2。

表2 2018 年進水水質統計分析 mg/L

現狀進水水質與原設計進水水質對比見下頁表3。

表3 現狀進水水質與原設計進水水質對比 mg/L

由表3 可見，2018 年現狀進水水質（曝氣沉砂池后取水樣）BOD5、CODcr、ρ（SS）、ρ（TP）均高于設計水質，分析是由廠內排水（儲泥池溢流水、污泥脫水間排水、深度處理反洗水等）含高SS 所致，這從表4 中廠外進水管網水質得以印證；ρ（TN）、ρ（NH3-N）高于設計水質與大同市區餐飲業繁榮及人們飲食生活習慣有關。

表4 廠外進水管網水質

1.3 生物池水溫情況

每年1 月份是冬季氣溫最低的時期，也是該污水處理廠生物池水溫最低時段，圖4 顯示2018 年1 月份最低水溫10.1 ℃，最高水溫12.3 ℃。該污水處理廠采用奧貝爾氧化溝工藝，池表面積大且采用表面曝氣機充氧，氣溫越低散熱約明顯，是造成生物池水溫偏低的主要原因。

圖4 生物池水溫

1.4 設施設備情況

《山西省水污染防治2018 年行動計劃》對全省城鎮污水處理廠提出了新的要求，2018 年初該污水處理廠部分設施設備已無法滿足要求：生物池未加蓋，冬季水溫散失嚴重；無控制總氮、總磷指標的藥劑投加設施設備；一期氧化溝無內回流設備（二期生物池原設計有內回流系統）；一期二沉池刮吸泥機回流污泥濃度低；污泥脫水機能力不足（投加碳源、除磷劑致使剩余污泥增加）；進水提升泵、回流污泥泵及轉碟曝氣機完好率達不到95%；深度處理系統的高效沉淀池斜管、轉盤過濾濾布設備老化；二期氧化溝進水負荷達到85%以上時，轉碟曝氣充氧量偏低，出水氨氮明顯上升，在這種情況下只能采用折點加氯法控制出水氨氮穩定達標。

2 穩定達標難點分析及應對措施

2.1 COD 值

圖3 表明2018 年該污水處理廠進水負荷率最小55%、最大83%、平均70%，由該年運行統計數據可以看出CODcr能穩定達地表水類Ⅴ標準，2019 年6 月更換深度處理單元的斜管和微濾膜后，出水CODcr能穩定達地表Ⅳ類標準，見表5。

表5 出水CODcr 月平均值 mg/L

2.2 水溫

水溫是影響生物硝化的最大環境因素，低溫導致硝化菌生長速率明顯降低1。對該污水處理廠來說，進水氨氮高于設計值且冬季生物池水溫很低，氨氮穩定達標有難度；2018 年實施了保溫提效工程，用玻璃鋼板對厭氧池和氧化溝進行了加蓋封閉，2018 年1月份（加蓋前）和2019 年1 月份（加蓋后）生物池水溫對比見圖5，出水水質月平均值見表6。加蓋前生物池最低水溫10.1℃，加蓋后最低水溫14.6℃，說明保溫措施得當，保溫效果明顯，加蓋后出水氨氮優于加蓋前。

圖5 加蓋前后生物池水溫對比

2.3 總氮、總磷

總氮、總磷穩定達標除合理控制工藝參數外，還需投加藥劑加以保證。生物池原設計沒有藥劑投加設施和設備，2018 年10 月底，生物池附近增設藥劑投加設施、設備及管路完工。脫氮選用乙酸鈉作為碳源并優化投加位置，一期生物池增設內回流系統；選用鐵鹽類除磷劑并投加在生物池出水口協同除磷，以上措施保證了總氮、總磷的穩定達標且優于未加藥前水質（如表6 所示）。

表6 出水水質月平均值

2.4 主要設備

主要設備的完好率和正常運行是穩定達標的重要保證，該污水處理廠進水泵4 用2 備、回流泵3 用2 備（設計3 用1 備），正常維修保養完全能保證完好率；氧化溝共設48 臺曝氣機，2018 年和2019 年陸續購買了曝氣機，使不同型號的曝氣機各有2 臺備機，保證了氧化溝溶解氧的控制。

一期采用中進周出輻流式二沉池，刮吸泥機中心轉動的圓形集泥筒與靜止的回流泥管間的縫隙采用橡膠帶封水，而橡膠帶耐磨性有限，在使用一段時間后便磨損脫落，起不到封水的作用，會稀釋回流污泥濃度，影響回流效果和二沉池的正常運行。2020 年8 月將刮吸泥機技改為虹吸式，解決了稀釋回流污泥濃度問題（見表7），外回流比由130%降至105%，污泥回流濃度提高了約10%，降低了二沉池表面負荷，對預防二沉池翻泥起到良好作用。

表7 技改前后回流污泥濃度

剩余污泥排放是污水處理廠工藝控制的重要環節，隨著排放標準的提高，需投加碳源和除磷劑來控制總氮和總磷指標，這樣導致實際剩余污泥量增加約30%，原污泥脫水機已不能滿足需要，為此2019 年10月增設了一臺污泥脫水機應對增量剩余污泥，污泥脫水能力提高了約30%，對控制生物池污泥濃度和泥齡起到了關鍵作用。

為了更好發揮深度處理工藝效果，2019 年10 月更換了高效沉淀池斜管和轉盤過濾濾布及濾布反洗系統。

二期氧化溝進水負荷達85%以上后氨氮濃度上升，下頁表8 表明2020 年1 月20 日至26 日進水負荷90%以上二期二沉池氨氮超標，只能采用折點加氯法控制總出水氨氮穩定達標，消耗了大量次氯酸鈉，經供氧量計算分析，轉碟曝氣量不足。2020 年11 月，在不停水情況下二期氧化溝增設了底曝系統，下頁表9 表明在未采用折點加氯法控制出水氨氮的情況下，2021 年2 月7 日至12 日二期二沉池出水氨氮也能穩定達標，同時對比2020 年節約了大量次氯酸鈉。

表8 2020 年1 月（農歷臘月廿一至正月初五）水量與氨氮統計

表9 2021 年2 月（農歷臘月廿一至正月初五）水量與氨氮統計

3 采取的加強管理措施

3.1 加強進、出水、工藝環節監測方面

進水、出水均安裝在線監測設備，并每周進行校驗比對；工藝環節方面，每日手工進行數據測量，制作泥位計并每2 h 測量二沉池泥面位置，使用便攜式儀表監測厭氧池和氧化溝的溶解氧（DO）及氧化還原電位（ORP），疫情防控期間增加進水、出水游離氯監測。

3.2 加強中控和實驗室作用發揮方面

建立工作群，要求中控人員每小時將實時數據發往該群，并將監控發現的設備故障報警及監控的異常數據及時通知相關人員，便于管理以及技術人員及時作出工藝調整；要求化驗室工作人員將每日化驗的工藝參數數據發往該群，如MLSS、MLVSS、SV30、SVI等，給技術人員調整工藝提供數據支撐。

3.3 加強運行能力提升、人員培訓方面

通過該污水處理廠大量運行數據分析，總結進水水質特點和進水水量變化情況，制定出工藝運行中各參數的合理控制范圍，編制了“一廠一策”應急方案，便于生產技術人員管控工藝運行。邀請外聘技術團隊專家對運行人員進行硝化工藝、反硝化工藝、碳化工藝、污水處理廠常見問題的應對措施等方面的專業培訓。針對冬季低溫生物活性下降、處理效率降低的情況下，通過生物池精細化工藝調整、投加應急低溫菌種等方法，保證穩定達標。

3.4 加強生產調度管理方面

利用例會時間對上周的運行情況作總結，安排本周需完成事務的時間節點，臨時問題，臨時召集人員討論解決，集思廣益。

3.5 加強進水外圍管理方面

每周對污水處理廠轄區內管線進行巡檢，掌握管線狀況，及時發現問題，每日對外管線匯流點進行巡檢，最大程度避免外管線溢流情況發生。

3.6 加強設備的檢修、藥劑儲備管理方面

每日對全廠設備進行巡視、巡檢，加強備品備件管理，保證關鍵設備完好率；藥品方面，采取長期協議方式，要求供應商藥量必須滿足生產需求。

4 結語

新的更加嚴格排放標準及冬季低水溫情況下，如何穩定達標運行是每個污水處理廠管理者關注的重點和難點問題。該廠采用玻璃鋼板加蓋封閉厭氧池和氧化溝的方式，達到了保溫提效功效，污染物特別是氨氮去除更加穩定高效，解決了冬季及臘月底進水量滿負荷時氨氮不穩定達標的難點問題；通過更換深度處理單元的斜管和微濾膜、選用鐵鹽除磷劑并投加在氧化溝出水口協同除磷，提高了懸浮物、化學需氧量及總磷的去除效率，并穩定達地表水四類標準；通過合理控制工藝參數、增設內回流系統、優化碳源投加位置等措施，提高生物脫氮除磷能力，保證總氮、總磷穩定達標；通過將二沉池刮吸泥機改造為虹吸方式，解決了回流污泥濃度低的問題，增設一臺污泥脫水機，提高污泥脫水能力約30%，對控制氧化溝污泥濃度及污泥齡起到了關鍵作用；該廠管理者的精細化管理、主要設備的完好率與正常穩定運行是污水處理穩定達標的重要保證。