津沽污水處理廠如何應對高標準的難點？
小編說：介紹了在天津地方標準要求下津沽污水處理廠提標改造措施及效果。進水低C/N條件下，在生物段保留多點進水基礎上優(yōu)化了內(nèi)回流及好氧池曝氣方式，并將深床濾池改造為反硝化深床濾池以保障脫氮效果；在濾池后增加了臭氧氧化工藝以提高出水COD達標穩(wěn)定性并可面向未來新興微量污染物去除需求。提標改造效果良好，出水各項指標均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（DB 12/599—2015）A類標準；有機物、氮和磷主要依靠生物二級處理去除，深度處理段顯著提升了出水水質，對COD、TN、NH3-N、TP、SS和色度穩(wěn)定達標起到了保障作用。
為改善天津市水環(huán)境質量，滿足水資源保護以及污染物持續(xù)減排需要，天津市地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（DB 12/599—2015）于2015年10月正式實施。天津市津沽污水處理廠作為我國第一座大型市政污水處理廠紀莊子污水處理廠的遷建工程，于2014年投產(chǎn)運行，設計規(guī)模55萬m³/d，遠期規(guī)劃100萬m³/d，除部分出水（7萬m³/d）作為津沽污水處理廠再生水廠水源之外，出水主要經(jīng)大沽排水河后匯入渤海。按照《天津市水污染防治工作方案》要求，津沽污水處理廠出水要求由滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準提升至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（DB 12/599-2015）A類標準（以下簡稱天津地標A）。為改善出水水質滿足新地標下對有機物、氮磷及色度等高排放標準要求，津沽污水處理廠于2017年進行了工程提標改造。
1 提標改造前污水處理廠概況
津沽污水處理廠總服務面積283 km²，實際進水量2017年在47萬～62萬m³/d，已接近滿負荷運行且季節(jié)性變化不明顯。提標改造前處理工藝為改進型多級AAO—高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝，主要構筑物包括曝氣沉砂池1座（HRT為7 min），初沉池3座（HRT為1 h，超越運行），生物池及污泥泵房3座（生物池平均流量下HRT為21.9 h），二沉池12座［平均表面負荷1.05 m³/（m²·h）］，中間提升泵房及高效沉淀池各1座（沉淀池表面負荷20 m/h），深床濾池2座（平均濾速8 m/h），紫外消毒渠及出水泵站各1座。
2 工藝流程改造
2.1 新地標達標水質難點
提標改造前的2016年津沽污水處理廠出水水質如表1所示。
從表1可以看出，改造前各污染物出水平均值可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，但上限均高于天津地標A。在有機物、氮磷及懸浮物濃度這幾項基本控制項目中，新地標達標技術難點主要為TN和COD。生物池好氧段HRT平均流量下為12 h，在曝氣量足夠情況下，冬季低溫期出水NH3—N可穩(wěn)定低于1.5 mg/L；除生物除磷外，采用了在高效沉淀段化學輔助除磷工藝，可保證出水TP低于0.3 mg/L；濾池設計強制濾速為8 m/h，采用降低負荷方式可有效降低出水SS。全年進水C/N平均僅為5.8，低于同期全國典型城市污水處理廠進水C/N平均水平，需在低C/N下實現(xiàn)TN高標準達標；盡管大部分時段出水COD可滿足≤30 mg/L，但變化幅度較大，需提高出水COD新地標達標的穩(wěn)定性。
2.2 工藝流程及改造重點
根據(jù)上述分析，新地標達標難點主要為TN和COD，其他指標可以通過工藝優(yōu)化得到保證的水質特征，確定該廠提標改造后的工藝流程為多點進水多點回流改進型多級AAO—高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝，主工藝段流程如圖1所示。
P為優(yōu)化生物脫氮效果，本次改造中生物段在保留原有生物系統(tǒng)多點進水合理分配進水碳源的基礎上，增加了內(nèi)回流點和最大回流量，提高了生物池混合液懸浮固體濃度，將第一好氧池末端優(yōu)化為漸減曝氣方式以消除溶解氧對第二缺氧池反硝化的不利影響；此外將深床濾池改造為反硝化深床濾池，降低了強制濾速并增加了濾層厚度，去除SS之外作為高標準下出水TN達標的二級生物處理的保障性措施；為提高出水COD的穩(wěn)定性并降低出水色度，在深床濾池后增加了臭氧接觸池，在去除溶解性難生物降解有機物及新興微量污染物的同時無化學污泥產(chǎn)生，并可根據(jù)其投加量的大小與紫外消毒工藝聯(lián)合優(yōu)化運行，保證出水COD、色度和大腸菌群的穩(wěn)定達標。
2.3 改造前后設計參數(shù)
改造前后二級生物處理與深度處理工藝段的設計參數(shù)如表2所示。
3 改造效果分析
2018年11月津沽污水處理廠出水開始執(zhí)行天津地標，本文以該廠原有系統(tǒng)為例，對2018年11月～2019年5月含有低溫期與常溫期的進出水水質進行了研究，以探討提標改造后的處理效果，并分析了沿程主工藝段對有機物和氮磷去除的貢獻。
3.1 外加化學藥劑
提標改造后，在第二缺氧池投加了乙酸鈉（CH3COONa）作為外加碳源以強化脫氮效果，在二沉池出水TN基本低于10 mg/L的情況下，反硝化深床濾池暫時按照深床濾池運行。在本文研究期間，乙酸鈉有效成分月平均投加量在45～60 mg/L；高效沉淀池的混凝劑為聚氯化鋁（PAC），助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），折合有效成分后月平均投加量分別為3.3～4.5 mg/L和0.5～0.7 mg/L；臭氧以液氧為氣源，投加濃度為10%，2019年3月份開始調(diào)試運行，設計平均投加量為325 kg/h。
3.2 改造后進出水水質
3.2.1 有機物
改造后進水、二沉池出水及深度段總出水COD的變化如圖2所示。
由圖2可見，提標改造后進水COD為246～447 mg/L，平均352 mg/L，總出水COD在10.3～27 mg/L，平均16.3 mg/L，出水COD可穩(wěn)定達到天津地標A標；由COD變化可以看出，COD主要在生物處理段得到去除，平均該段去除的COD占總去除率的98.3%，深度處理段主要起到輔助達標的保障作用。提標改造后，二級出水COD主要以溶解性有機物SCOD為主，SCOD/COD在45.9%～99.3%，平均為77.2%。對于二級出水的有機物深度去除，高效沉淀/過濾以及臭氧氧化對COD的去除效果如表3所示，其中高效沉淀/深床濾池占深度處理段去除率的82.5%，臭氧氧化為17.5%；高效沉淀/深床過濾對顆粒態(tài)有機物的去除占到深度段作用的主體，目前階段臭氧氧化進水COD濃度已較低，在臭氧低投加量下對COD的降解作用不明顯。
3.2.2 氨氮和總氮
提高氮的去除能力是城市污水處理廠提標改造的重點，氨氮和總氮主要依靠硝化和反硝化生物作用去除，低溫條件下保障生物脫氨效果為城市污水處理廠運行的難點之一。津沽污水處理廠提標改造完成短期后即進入了冬季低溫期，改造后進出水NH3-N和TN的變化如圖3和圖4所示。
良好硝化是低溫條件下污水處理廠保障脫氮效果的前提，由圖3可見，提標改造后進水NH3—N在20.9～44.7 mg/L，出水NH3—N最高為0.8 mg/L，冬季低溫期最低水溫為15 ℃的情況下系統(tǒng)硝化性能依舊良好，且冬季出水NH3—N平均值（0.2 mg/L）稍低于升級改造前（0.34 mg/L）。在原有系統(tǒng)硝化穩(wěn)定的基礎上，改造后提高生物池污泥濃度有利于進一步提升系統(tǒng)的硝化能力，此外將第一好氧池末端調(diào)整為漸減爆氣減少的溶解氧供量沒有對系統(tǒng)的硝化能力產(chǎn)生不利影響。
分析改造后的進出水TN濃度，進水在27.4～60.5 mg/L，平均為46.6 mg/L，出水在5.03～9.98 mg/L，平均為8.25 mg/L，可穩(wěn)定滿足天津地標A標準；與提標改造前同期相比，TN的平均去除率有所增加，提標改造前后分別為72.2%和81.4%。隨著污染源治理力度不斷加強，廠進水TN濃度有所下降，C/N有所增加，改造前后TN和C/N平均值分別為52.5 mg/L、46.6 mg/L和6.3 mg/L、7.6 mg/L，為生物系統(tǒng)脫氮有利因素；此外，廠自提標改造完成后將碳源投加方式調(diào)整為全年投加，設計中優(yōu)化了內(nèi)回流方式和好氧池末端爆氣方式，提高了內(nèi)外碳源的利用效率，3種因素協(xié)同作用保證了出水TN天津地標達標。
與對有機物的去除變化規(guī)律相同，氮的去除主要依靠二級生物處理段，具體結果如表4所示，該段占到了系統(tǒng)整體對NH3—N和TN去除的99.3%和96.9%；由于目前深床濾池并未投加碳源，濾池僅起到對部分顆粒態(tài)氮的截留作用，因此深度段對總氮的去除貢獻作用不明顯，深床濾池投加碳源后脫氮效果還有待于后續(xù)跟蹤研究。
3.2.3 總磷
改造后進水、二沉池出水及深度段總出水TP的變化如圖5所示。
由圖5可以看出，在進水TP為3.18～6.71 mg/L條件下，出水TP可穩(wěn)定低于0.3 mg/L，平均值僅為0.19 mg/L，平均去除率達到了96.1%。生物和化學兩方面的作用保證了高效的除磷效率，廠進水TP中以PO3-4-P為主平均占到了54.3%，溶解性有機磷比例平均僅為17.0%，二沉池回流污泥中NO-3-N濃度基本在6.5 mg/L以下，有利于聚磷菌在厭氧條件下磷的釋放，為好氧階段磷的吸收創(chuàng)造了條件，結合生物同化作用對磷的去除，二沉池出水TP可達到0.17～1.15 mg/L（平均為0.44 mg/L）；此外，深度段高效沉淀工藝中投加了除磷化學藥劑PAC，進一步降低了出水TP濃度，該段貢獻了平均0.25 mg/L的TP去除量，保障了TP達標。
3.2.4懸浮物和色度
懸浮物濃度對水體中營養(yǎng)鹽和浮游動物均具有重要影響，降低懸浮物濃度可有效限制出水中病毒、細菌和其他有害物質，降低色度對于廠出水補給河流及用于景觀再生利用具有重要意義。提標改造后進出水SS的變化如圖6所示，二沉池和深度段出水色度分別為20~25倍、≤10倍。二沉池出水SS在8 mg/L以下，經(jīng)過深度段處理后SS已檢測不出，色度深度段出水基本為10倍及其以下。
4 結論
（1）針對新地標達標的水質難點主要為 TN和COD，將原有的改進型多級AAO—高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝改造為多點進水多點回流改進型多級—高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝；為提高生物脫氮效果優(yōu)化了內(nèi)回流點、回流量及好氧池曝氣方式，并設置了反硝化深床濾池；增加了臭氧氧化提高出水COD的穩(wěn)定性并可與紫外消毒聯(lián)合優(yōu)化運行，去除生物難降解有機物的同時面向未來新興微量污染物去除需求。
（2）提標改造后，廠出水TN、COD、NH3—N、TP、SS和色度均可穩(wěn)定滿足DB 12/599-2015要求；在進水低C/N（平均7.6）及高排放標準下，改造后冬季及常溫期需外加碳源保證出水TN≤10 mg/L。
（3）生物二級處理為有機物、氮和磷去除的主體，所占貢獻比例（平均值）COD、TN、NH3—N、TP和SS分別為98.3%、99.3%、96.9%、94.6%和95.3%，深度段起到了水質提升作用，該段對COD、TN、NH3-N、TP和SS的去除提升分別為（平均值）5.5 mg/L、0.2 mg/L、1.2 mg/L、0.25 mg/L和5 mg/L，對各項指標穩(wěn)定達標起到了保障作用。
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