昆山某城镇污水处理厂提标改造工程实例

文_苏大雄 昆山建邦环境投资有限公司

近年来城镇污水处理厂氮的排放标准不断提高，江苏省自2021 年起将按照《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染排放限值》（DB32/1072-2018）执行，出水TN 浓度限值低于10mg/L。苏州市《关于高质量推进城乡生活污水治理三年行动计划的实施意见》明确要求自2021 年起，全市城镇污水厂出水执行“苏州特别排放限值”，其中TN 出水要求低于10mg/L。目前，常规城镇污水厂脱氮工艺以生物处理法为主。活性污泥对氮的去除主要是通过硝化及反硝化菌的生物作用实现，影响微生物环境的参数( 如进水水质、DO、有毒物质等) 变化会对整个系统的微生物脱氮速率产生影响从而限制氮的去除，大多数城镇污水厂总氮出水不稳定的主要影响因素有进水碳源、内回流比、回流硝化液DO 以及缺氧区混合方式等。

昆山某城镇污水厂依据《江苏省太湖地区城镇污水处理厂DB32/1072 提标技术指引》，按照“一厂一策”的要求，采用“生化池好氧部分增加悬浮填料+好氧前端部分改造为缺氧区+内回流点后移并更换设备增加内回流比”方案进行提标改造，在区域内具备类似潜能的城镇镇污水处理厂提标改造中具有代表性。

1 项目概况

1.1 项目基本情况

该厂设计规模20 万m3/d，采用“A2/O+高效沉淀池+V型滤池+紫外消毒”工艺，出水指标执行一级A 标准，主要处理区域内的生活污水。

由于无法进行长时间停水改造，提标方案需因地制宜，选用改动较小、运行可靠的方案。在对现有工艺全流程参数及运行数据进行充分分析后，改造方案确定为“在生化池好氧段的增加悬浮填料+好氧进水前端改造为兼氧区+内回流点后移并增加内回流比”，提标改造设计进出水水质如表1 所示。

表1 污水处理厂提标改造设计进出水水质

1.2 存在问题与分析

1.2.1 污水厂进水水质情况

该污水厂已稳定运行多年，为合理确定提标改造工程的设计进水水质提供了可靠的依据，图1 分别对该污水处理厂2016年1月～2019 年3月的实际进水水质中的CODcr、NH3-N、TN、TP 进行了统计。

图1 污水处理厂实际进水水质

图1 表明进水水质总体稳定，大多时间低于设计水质。自2018 年起，进水CODcr、NH3-N、TN、TP 较之前有一定幅度的提升，基本达到或接近设计水质，这与该区域正在推进的污水厂提质增效三年行动计划有较大关系。

1.2.2 污水厂出水水质情况

图2 对该厂2018 年至2019 年的出水水质进行了统计分析。

图2 污水处理厂实际出水水质

从图2 可以看出，自2018 年出水CODcr、氨氮、总氮以及总磷基本达到了江苏省DB32/1072-2018 表1 中的标准，而自2019 年除总氮以外基本满足苏州特别排放限值，主要是昆山市自2019 年起对全市污水厂出水达到苏州特别排放限值制定了奖励政策，使得各污水厂均加强了运行的精细化管控。

通过上述分析，该厂本次提标需要重点解决的是出水总氮。对进水中可溶性难降解COD、出水中TN 以及TP 的组成进行了多次分析得出进水中可溶性难降解COD 比例不超过5%，出水总氮中超过85%为硝态氮，总磷超过95%为正磷酸盐，说明通过强化生化处理效率和末端精确加药可以实现本次提标改造目标。

2 提标改造工程设计

2.1 提标改造工艺选择

针对总氮的改造路线有两种：一是末端解决，应用较多的是增加反硝化滤池，但该厂内用地紧张，且反硝化滤池依赖辅助碳源，运行成本高且对出水COD 控制有一定风险；二是在生化段解决总氮问题，针对反硝化的主要影响因素碳源、缺氧停HRT、内回流比等，采用外加碳源、增加缺氧HRT 及内回流比等达到降低出水总氮的目的。

根据污水厂用地现状，结合投资和运行费用，选择在生化段进行强化的改造思路进行本次提标，该方案投资低、改造实施快、运行费用低、后期管理简单，能满足较高的排放标准。

2.2 提标改造工程方案设计

本次改造均在原构筑物内完成，通过对现有池容的切割再分配来满足不同功能区需求，具体改造内容包括：

①将好氧前端1hHRT 的池容改造为兼氧区并设置搅拌器，并增加挡墙避免后端曝气返混；将配水渠道延伸至缺氧，增加利用进水碳源优先脱氮的调控手段。

②在好氧段中间三分之一池容内投加悬浮填料，新增钢结构配水渠、进出水拦截筛网和辅助曝气，形成泥膜共用系统。

③将内回流点由原先的好氧段三分之二处(穿墙泵设计)后移至好氧末端，保证内回流液硝态氮浓度。

④新增内回流泵，改造后最大内回流比为400%。

⑤新增碳源投加装置，作为冬季低温以及出水总氮波动时的应急设施，并增加在线硝氮仪表便于精准调控。

通过对生化池容的再分配，扩大缺氧区，满足反硝化需求，硝化不足部分通过投加悬浮填料补足。悬浮填料区采用微动力混合，不增加推流器，仅靠辅助曝气及新增配水渠形成的水力条件实现填料良好流化。投加悬浮填料总有效比表面积超过1．5×106m2，规格为直径25mm，高度10mm，挂膜后密度与水接近，可形成良好的悬浮效果。

3 提标改造的运行效果分析

2019 年4 月开始先后对四组生化池进行改造并于7 月底完成。因该污水厂基本满负荷运行，改造完成一组随即就进行调试运行，最早的5 月进行调试运行，最后一组8 月投入调试运行。

3.1 对总氮的去除效果

在不外加碳源的情况下，改造后出水TN 较之前下降了约2mg/L，基本达到苏州特别排放限值的要求(见图3) 。分析原因，一是扩大了缺氧区使反硝化更加充分，增加缺氧配水使原水碳源能优先用于反硝化；二是内回流点后移让回流液携带的DO 明显降低，同时回流比的提升也让调控手段更灵活；三是可能在悬浮填料区出现了同步硝化反硝化现象。随着填料挂膜的进一步成熟，填料上的好氧、缺氧层逐渐稳定，通过优化控制极有可能进一步提高填料的SND 作用。

图3 对TN 的去除效果

3.2 对氨氮的去除效果

改造前出水氨氮虽然较低，但波动大且时常出现超过2mg/L 的情况。改造后出水氨氮基本稳定在0．5mg/L以下(见图4)。目前悬浮填料虽已挂膜，但处理效果尚未完全稳定。随着悬浮填料生物膜的进一步成熟，系统出水氨氮稳定性将会增强。悬浮填料上的泥龄一般大于30d，有利于长泥龄的硝化菌群富集。

图4 对氨氮的去除效果

3.3 对COD和TP的去除效果

改造完成后出水COD 基本稳定在30mg/L下(见图5)，与该厂自2019 年以后的出水COD 变化不大，但稳定性明显增强。

图5 对 COD 的去除效果

改造后出水TP 基本稳定在0．2 mg/L 以下(见图6)。在未额外增加PAC 投加量情况下，出水TP 浓度显著降低且稳定性增强，这是由于投加了悬浮填料后，释放了系统的悬浮态污泥，适当缩短了泥龄，有助于强化生物作用的除磷效果。

图6 对 TP 的去除效果

该提标改造工程总投资约3650 万元，新增直接运行成本主要为新增设备的动力消耗，改造部分新增电耗约0．02kwh/m3。

4 结语

采用生化池好氧部分增加悬浮填料+好氧前端部分改造为缺氧区+内回流点后移并更换设备增加内回流比工艺对污水处理厂进行提标改造，通过对原生化池主体池容的切割和合理再分配，利用较短时间完成提标改造工程并短期内实现改造后工艺运行的高效稳定。 在总处理水量不变的情况下，提标改造后出水中CODcr、TN、NH3-N 和TP 基本稳定达到苏州特别排放限值的要求，出水水质稳定性增强，其经验可供类似污水厂提标改造工程借鉴。