污水廠處理工藝運行方案優(yōu)化
技術(shù)支持
廣東某產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移園區(qū)污水處理廠，工程設(shè)計規(guī)模為3000m3/d，污水主要來源于園區(qū)工廠企業(yè)排出的生產(chǎn)廢水以及園區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的生活污水。由于該產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移園區(qū)位于珠三角重要水源地東江中上游，需執(zhí)行更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，處理出水要求達(dá)到地表水Ⅲ的標(biāo)準(zhǔn)。本文所選的優(yōu)化方案針對該污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)特點，結(jié)合調(diào)試運行狀況，并通過必要的工藝優(yōu)化措施，實現(xiàn)了出水達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。
1 工藝流程和主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)
1.1 工藝流程
該污水處理廠采用改良A2/O工藝和礫石濾池加人工濕池深度處理組合工藝，分為五個運轉(zhuǎn)管理單元；污水提升及一級處理單元（包括粗格柵及提升泵房、細(xì)格柵、沉砂池）；二級生物處理單元（生物池）；二沉池、回流及污泥處理單元（脫水車間）；礫石濾池和人工濕池深度處理單元；加氯消毒處理單元（加氯間）等。
1.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計及運行參數(shù)
該污水處理廠整體工藝設(shè)計流量為30000m3/d，A2/O工藝生物池設(shè)計污泥濃度MLSS=2.0g/L，污泥齡8～10d，污泥負(fù)荷為0.0975kgBOD5/kgMLSS·d，容積負(fù)荷為0.195kgBOD5/m3·d。礫石濾池填料為石灰石填料，采用曝氣氧化的方式，氣水比1.5：1，起到補充部分堿度進(jìn)一步強化消化反應(yīng)的作用。濕地為垂直流人工濕地，布水負(fù)荷1.5m3/m2·d。
2 進(jìn)水水質(zhì)及其特點分析
從2009年11月至2010年6月，對污水廠實際進(jìn)水水量以及主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了分析檢測。污水廠進(jìn)水流量波動范圍較大（1.3萬～2.3萬m3/d），且遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計值。進(jìn)水COD（均值為99mg/L）、BOD5（均值為25.7mg/L）濃度較低，可生化性較差（BOD5/COD＜0.3），屬于碳源受限型污水。該污水處理廠之所以進(jìn)水有機物濃度比較低，主要原因是該產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移園區(qū)引進(jìn)企業(yè)以高科技、低污染企業(yè)為主，其中電子信息產(chǎn)業(yè)和模具機械制造業(yè)為兩大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，所產(chǎn)生工業(yè)廢水污染物濃度較低。另一方面，由于工業(yè)園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域雨水也需要收集處理，管網(wǎng)系統(tǒng)采用合流制，導(dǎo)致雨天進(jìn)水流量大幅度提高，進(jìn)水有機物濃度被稀釋至更低。
3 工藝出水水質(zhì)及處理效果分析
A2/O工藝對COD、BOD和NH3-N的去除效果較好，出水可達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)人工濕地后出水COD、BOD、SS和NH3-N去除率提高到89%、95%、91.8%和96.6%，平均濃度分別為9.9、1.02、9.8和0.3mg/L，均滿足地表水Ⅲ類水排放要求；整體工藝對TN和TP的去除效果不好，平均去除率僅為24.9%和47.3%，出水中硝酸鹽氮的濃度（均值為8.33mg/L）較高，出水TN和TP不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
造成整個工藝TN去除效果不理想的原因，顯然和系統(tǒng)碳源不足密切相關(guān)。應(yīng)該說，A2/O工藝生物池中硝化作用進(jìn)行得較徹底，進(jìn)水中的氨氮大部分轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮。但缺氧區(qū)的反硝化作用并不明顯，A2/O出水NO-3、NO-2濃度均比較高。經(jīng)人工濕地前的礫石濾池后，氨氮以及NO-2進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化NO-3，但從濕地的出水水質(zhì)看，在相對缺氧的人工濕地內(nèi)，NO-3并未被有效去除，這同樣與濕地內(nèi)碳源不足、反硝化差有關(guān)。
A2/O工藝對TP的去除效果不理想，與系統(tǒng)污泥濃度低有很大的關(guān)系。因污水廠進(jìn)水有機物濃度低，加之實際進(jìn)水量遠(yuǎn)小于設(shè)計值，造成系統(tǒng)有機容積負(fù)荷（實際容積負(fù)荷為0.025kg BOD5/m3·d）遠(yuǎn)低于設(shè)計值。污水廠調(diào)試運行以來，生物處理系統(tǒng)污泥濃度始終提高不上去（均值為700mg/L）。較低的污泥濃度又導(dǎo)致二次沉淀池內(nèi)難以形成有效的絮體沉淀，導(dǎo)致A2/O出水SS較高，污泥流失嚴(yán)重，形成惡性循環(huán)。嚴(yán)重的碳源不足，影響了厭氧區(qū)磷的釋放，而生物池較低的污泥濃度又影響了系統(tǒng)的正常排泥，致使磷的去除率很低。
4 工藝優(yōu)化與工程實施效果
為了使整體工藝出水水質(zhì)可以穩(wěn)定地達(dá)標(biāo)，在污水處理廠現(xiàn)有構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上，考慮運行費用和工藝靈活性，提出以下優(yōu)化方案。
（1）以強化反硝化為目標(biāo)，在A2/O工藝缺氧段投加部分外碳源。碳源選擇一般污水處理廠廣泛采用的甲醇，投加量按每還原1g NO-2和1g NO-3分別需要消耗甲醇1.53g和2.47g計，實際需投加甲醇量為289kg/d。
（2）圍繞強化除磷，改善終沉池污泥沉降效果，減少污泥流失以及提高生物池污泥濃度的目的，在A2/O工藝生物池后采取后混凝的措施。選擇生物池出水口為加藥點，以生物池出水口到配水井的管路（DN600）為“反應(yīng)器”，利用水體現(xiàn)有流速（0.7m/s），使絮凝劑和生物池出水得到充分的混合，在終沉池中完成絮凝沉降的過程。通過對聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵、硫酸亞鐵和PAM四種絮凝劑的小試研究，綜合考慮沉降效果和TP的去除情況，選擇聚合氯化鋁作為工程用藥劑，并確定其較優(yōu)投加量為10mg/L。
（3）由工藝流程可以看出，優(yōu)化方案充分利用現(xiàn)有構(gòu)筑物，無需進(jìn)行任何土建改動，僅需增加兩套加藥裝置，如此可以顯著減低工程投資，且工藝運轉(zhuǎn)較為靈活，可以根據(jù)實際進(jìn)出水水質(zhì)及時的調(diào)整加藥量。
為實施和驗證上述工藝優(yōu)化方案，設(shè)計加工并安裝了加藥系統(tǒng)。
由于污水廠現(xiàn)進(jìn)水水量維持在20000m3/d左右，加藥系統(tǒng)按日處理水量20000m3設(shè)計，裝置由儲藥池和加藥泵兩部分組成，儲藥池為高1.6m，底面直徑1.56m的圓柱形裝置，內(nèi)部有效容積為3m3。加藥泵為意大利SEKO SPRING MS1系列機械隔膜計量泵，流量為5.5～460L/h，壓強為106Pa，沖程頻率為58、78、116次/min，裝置為24h連續(xù)運轉(zhuǎn)，調(diào)整流速控制加藥量。
按照工藝優(yōu)化方案進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化并連續(xù)運行近一個月后，整體工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項指標(biāo)均滿足地表Ⅲ類水排放要求。
5 結(jié)論與建議
當(dāng)前我國南方大部分污水處理廠由于進(jìn)水碳源不足普遍存在脫氮除磷效率低的問題，通過對該污水廠進(jìn)出水水質(zhì)分析和優(yōu)化方案的研究，得出以下結(jié)論和建議：
（1）污水廠由于進(jìn)水有機負(fù)荷較低，很難達(dá)到同時脫氮除磷的目的，可以通過補充外碳源強化反硝化進(jìn)行脫氮，輔助以化學(xué)方法進(jìn)行除磷，碳源和絮凝劑的選擇可以進(jìn)一步研究，使污水處理費用降至更低水平。
（2）污水廠污水處理系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化運行后，其出水水質(zhì)得到很大的改善，出水滿足地表水Ⅲ類水的排放標(biāo)準(zhǔn)。
（3）污水廠工藝優(yōu)化運行應(yīng)針對污水廠現(xiàn)狀工藝流程、進(jìn)出水水質(zhì)、現(xiàn)有構(gòu)筑物參數(shù)及現(xiàn)狀可改造條件，結(jié)合污水處理的出路，確定工藝優(yōu)化方案，并充分考慮日后的日常維護管理。
（4）城市配套污水排放管網(wǎng)應(yīng)及時完善，宜采用雨污分流制，已建成的合流制管網(wǎng)可以改造成截流式合流制。
