五段生物法工艺在城市污水厂提标改造中的应用

王正平，孟露，郑一江

(华电水务控股股份有限公司，北京 100160)

0 引言

伴随“生态文明”、“美丽中国”环保新概念的提出，更为严格的地方标准相继出台，污水处理行业迎来了持续快速发展的新阶段。根据水厂现状,因地制宜地选择改造方式，实现出水指标稳定达标，同时提升能量、药物使用效率，具有极大的社会和环境效益。

五段生物法是一种悬浮生长活性污泥法工艺，它将生化池按水流方向依次分为厌氧、缺氧、好氧、缺氧、好氧五个部分[1][2]。本文以天津市某污水处理厂为例，对五段生物法工艺在污水厂提标改造中的方案设计及应用效果进行了分析，为污水厂提标改造、实现稳定达标提供依据。

1 工程概况

天津市某污水厂总设计规模为5.5×104m3/d，分两期建设，其中二期工程于2015年建成通水，规模4.5×104m3/d。污水厂出水中的1.0×104m3/d用于供给附近热电厂作为中水水源，剩余4.5×104m3/d就近排入厂区东侧景观渠作为生态补水。二期工程原采用图1的流程。

改造前污水厂出水稳定达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准，进水水质符合设计进水要求(设计及实际进水水质见表1)。但根据天津市的要求，在用城镇污水处理厂于2018年1月1日起出水需执行天津市地方的DB12/599-2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》。为达到该标准，需对污水厂二期进行提标改造。

图1 改造前污水厂工艺流程

2 提标改造技术路线

通过对改造前出水水质的比较分析(表1)，项目提标改造的重点和难点为进一步去除污水中的TN、TP，并保证COD的稳定达标[3]。

2.1 去除TN的改进方案

通过对污水厂工艺分析，TN仅能通过生物法去除，这需要强化微生物的硝化及反硝化作用。由于厂区内无富裕用地，无法新建反硝化单元，因此本次改造的重点为提升原生化池处理能力[4]。

通过综合考虑，利用改良Bardenpho工艺的原理，将原A2O生化池重新划分为AAO+AO五段工艺，合理分配厌氧、缺氧、好氧停留时间，并增加碳源投加点及同步化学除磷投加点。AAO+AO五段工艺中后置缺氧池的作用是将好氧段所产生的硝酸盐作为电子供体，利用内源有机碳或外加碳源产生额外的反硝化作用，强化总氮(TN)的去除。最后的好氧段用以吹脱剩余的氮气，消耗剩余碳源，并增加污水中溶解氧浓度，尽量减少磷在二次沉淀池中的释放。

此外，在污泥侧流段增加菌种选择器，并改变进水方式。菌种选择器可优化回流污泥中的菌种构成，抑制好氧菌生长，同时消耗回流液中的溶解氧，从而促进了厌氧池及缺氧池反应效率，提高脱氮除磷效果[5-8]。

表1 设计及实际进出水水质表 mg/L

注：每年11月1日至次年3月31日执行括号内的排放限值。

2.2 去除TP的改进方案

通过加强工艺控制精度，及上述菌种选择器等手段，可促进生化除磷，弥补改造前生化池除磷效果差的缺陷，降低后续化学除磷药剂用量。同时，在AAO+AO池最末端增加化学除磷投加点，实现同步沉淀除磷。最后，利用高效澄清池后置沉淀为除磷做保障。

2.3 COD 稳定达标方案

根据污水厂实际运行水质，出水COD平均值已在30 mg/L以下，仅在个别时间段超过该标准。因此，在目前进水水质条件下，通过加强工艺控制，降低厌氧段的ORP、增强厌氧段和缺氧段的水解酸化能力、合理调整回流量及曝气量、辅助两级加药沉淀，出水COD即可稳定在30 mg/L以下。

根据以上分析，该污水厂提标改造工艺确定为五段生物法工艺辅以外加碳源和同步除磷工艺，确保出水稳定达到天津地方标准。

3 改造方案工程设计

3.1 A2O生化池改造

污水厂二期工程将生化池好氧段进行功能划分使生化池实现AAO+AO的五段式运行模式：在好氧池末端廊道内增加隔板，将原有的好氧部分重新划分为好氧、缺氧、好氧三个部分；调整内回流方式，将回流起点从生化池最末端调整至第二缺氧池进水端；增加配套潜水搅拌器并调整相应曝气方式。提标改造前后工艺对比如图2所示。

3.2 增设菌种选择器

利用生化池前侧空地，在污泥回流侧流上新增菌种选择器，并将部分原水分流至菌种选择器。进水及回流污泥在菌种选择器内混合，通过提升泵送至厌氧池进水端。

3.3 碳源投加系统设计

在后置缺氧区进水端新增设碳源投加管路，于生化池旁空地就近配置乙酸钠储罐。碳源采用液体乙酸钠，其设计投加量为30 mg/L，实际运行中，可根据进水水质灵活调整。

3.4 除磷药剂投加系统设计

后置好氧区末端增设化学药剂投加管路，药剂采用液态聚合氯化铝(PAC)。当进水总磷较高时，按照除磷药剂与污水中磷当量比1：1.5投加，实现同步化学除磷。

图2 生化池改造前后对比图

3.5 设备及电气自动化改造

根据改造后运行要求，增加进水分配、污泥投配、碳源投加控制等自控系统，并配置相应在线监测仪表，提高构筑物系统运行的精确性和响应速度。

4 改造工程运行效果

该提标改造工程于2016年底完成至今，污水厂主要出水，TN≤10 mg/L、 TP≤0.3 mg/L、 COD≤30 mg/L，稳定达到天津地标A标准，具体出水水质见图3。

改造后生物脱氮除磷效果得到明显提升，除磷药剂PAC加药量较改造前下降30 mg/L，外加碳源为10 mg/L左右，经济效益显著。

图3 改造后(2017年)出水水质

污水厂改造后工艺的处理效果和稳定性都得到较大提升。每年进一步减少CODcr328.5吨，BOD 65.7吨，SS 82.1吨，NH3-N 57.51吨，TN 82.13吨，TP 4.95吨，提升能量、药剂使用效率，极大改善了受纳河流水质和生态环境。

5 结论

该污水厂提标改造方案引入五段生物法脱氮除磷理念，充分挖掘现有生化池处理能力，无需新增占地、改造周期短、投资成本低，改造后运行效果及稳定性都得到大幅提升，具有良好的经济、社会效益。因此，该方案在我国城市污水厂升级改造中具有较大推广应用价值。

参考文献：

[1]Metcalf & Eddy AECOM.Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, Fifth Edition [M].New York:McGraw-Hill Education,2014.

[2]许保玖．给水处理理论[M].北京:中国建筑工业出版社，2000．

[3]郑兴灿.城市污水生物除磷脱氮工艺方案的选择[J].给水排水,2000(05):1-4.

[4]吴悦颖,王洪臣,孙娟,张文静.我国城镇污水处理设施脱氮除磷能力现状分析及对策建议[J].给水排水,2014,50(S1):118- 122.

[5]沈连峰,宋海军,胡宗泰,等.城市污水脱氮除磷工艺改造的效果研究[J].中国给水排水,2013,29(06):77-80.

[6]郭远凯. 城市污水Phoredox脱氮除磷工艺研究[D].广东工业大学,2005.

[7]朱泽龙,王琴.改良型Bardenpho工艺处理生活污水的效果分析[J].煤炭与化工,2016,39(12):143-147.

[8]崔洪升,刘世德.强化脱氮Bardenpho工艺碳源投加位置及内回流比的确定[J].中国给水排水,2015,31(12):22-24.