污水处理厂提标改造工程设计水质分析及工艺选择

刘小龙，刘新安，翟旭娜，张 超，闫黄玺

（西安市政设计研究院有限公司，陕西 西安 710068）

1 概述

西安市某污水处理厂污水处理总规模为20． 0 ×104m3/d，分两期建设完成。一期工程于2013 年7 月正式投产运行，2013 年12 月通过竣工验收； 二期工程于2016 年6 月开始建设，目前正式运行已有5 年多，出水执行GB 18918—2002 城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A 标准。

根据《西安市城镇污水处理厂再生水化提标改造和加盖除臭工程三年行动方案（2018—2020 年） 》要求，至2020 年全市城镇污水处理厂出水水质由“一级A”标准［1］提高至地表“准Ⅳ类”排放标准［2］。

由表1 可知，本次提标的“准Ⅳ类”标准在主要的水质指标方面（除SS 外） ，均较“一级A”标准有明显的提升，而设计进水水质指标浓度值过大则会造成浪费，过小则不能满足处理要求，因此，合理分析及确定设计进、出水水质对于工艺的选择具有直接的指导意义。

表1 原设计主要进出水水质及提标出水水质指标对比（除pH 外）

2 污水厂概况

该污水处理厂一期工程污水处理工艺采用预处理+初沉池+多模式A/A/O 生物池+纤维转盘滤池+次氯酸钠消毒处理工艺。污水处理工艺除一期采用平流沉淀池，二期采用圆形幅流沉淀池不同外，其余一、二期水处理工艺均相同。

3 水质分析

因该厂实际进水水量变化具有较强的季节性，且水量变化幅度较大，根据运行单位提供的运行报表，在2018 年1 月～3 月份来水量明显提升且相对稳定，约16．0 万m3/d ～18．0 万m3/d，达到满负荷85% ～90%，因此将该时间段内的进出水水质作为有效的数据采用。

将实际运行的有效数据经过适当变换，渐进地服从二次正态分布，绘制出累积频率曲线［3］，按照一定的水质保证率预测进、出水水质。

3．1 实际进水水质分析

采用正态分布累积频率法对进水水质统计分析，绘制频率曲线图如图1，图2 所示。

图1 进水BOD5值累计频率图

图2 进水NH+4-N 值累计频率图

根据上述分析方法，对实际进水水质主要污染指标分别绘制频率曲线，取90%保证率进水指标如表2 所示。

表2 实际进水水质指标分析

3．2 实际出水水质分析

采用正态分布累积频率法对出水水质统计分析，绘制频率曲线图如图3，图4 所示。

图3 出水BOD5值累计频率图

图4 出水-N 值累计频率图

根据上述分析方法，对实际出水水质主要污染指标分别绘制频率曲线，取90%保证率出水指标如表3 所示。

表3 实际出水水质指标分析

4 讨论

4．1 实际运行效果讨论

根据上述分析结果，统计了实际进、出水水质及效果，如表4 所示。

表4 设计及实际运行进出水水质情况汇总对比表

现有处理设施及运行状态下，出水水质完全满足现行的“一级A”标准，但对应“准Ⅳ类”标准的TN，TP 出水水质保证率分别为62%，46%，其余指标均接近或达到提标处理的标准。因此本次提标改造的主要污染物指标为TN，TP 及SS，并尽可能在生化阶段去除更多的TP，减少化学辅助除磷药剂的使用量，同时兼顾提高BOD，COD及－N 的去除率，保证出水水质稳定达标。

由于缺乏客观的实际进厂管网水质指标以及满负荷运行数据的实际运行数据，根据现有的运行数据，分别对75%运行负荷率进出水水质整体情况、特定时间段（冬春季、夏秋季） 典型进水水质及近满负荷率（90%） 运行进、出水质数据进行了分析，对现有设施处理能力进行评估，结合设计进出水指标、本次提标改造出水指标要求，并考虑冬春季也可稳定达标排放，在典型进水值的基础上确定以下进出水指标（见表5） 。

表5 本次提标改造设计进、出水水质指标

4．2 现状主要处理设施处理效果评价与影响因素分析

实际运行中，COD 和BOD5出水达到原设计出水水质标准，尤其COD 已经基本达到本次提标改造目标（≤30 mg/L） ，这与较低的进水有机物浓度有关；SS 未达到设计出水指标，原因在于实际运行中的进水SS（470 mg/L） 明显高于设计值（300 mg/L） ，且平时超越初沉池运行，增加了后续处理SS 负荷；TN 未达到原设计出水10 mg/L 的水平，主要原因是受到该厂进水中碳源不足的影响；NH+4 －N 基本达到设计出水标准，略有超标，可能的原因是实际运行中好氧区曝气量低于设计气水比；出水TP 则受剩余污泥处置限制及化学除磷药剂投加量的影响较大。总体来看，该污水处理厂在实际运行中，除TN 和SS 偶有超标外，其余各项出水指标均满足原设计GB 18918—2002 城镇污水处理厂污染物排放标准中“一级A”标准。

4．3 关于生化池挖潜的讨论

生化池是各种污染物BOD5，COD 及NH+4 － N，TN，TP 等的核心处理构筑物。为提高生化反应的效率，可通过挖掘生化池的潜力，尽可能在生化池去除更多的污染物。首先应核算生化池各反应段的容积、曝气量、搅拌（推流器） 的功率及安装位置等是否满足要求，并通过反应动力学分析，确定合理的污泥浓度、回流比等，常用的措施包括改为多段A/O，Bardenpho，投加填料或MBR 等工艺提高生化反应效果，必要时辅以碳源投加等措施，碳源可采用外购碳源或初沉污泥发酵等方式获取。

4．4 关于深度处理工艺的选取

本次提标重点污染物指标为TN，TP 及SS，因此后续处理单元应针对上述指标选取。常用的处理工艺为高效沉淀池、曝气生物滤池（如反硝化深床滤池） 、V 型滤池、气浮池等（单独或联用） ，上述工艺对TP，SS 均有很好的去除效果，特别是反硝化深床滤池对TN 也有较好的去除效果，具体采用何种工艺，还应结合原有厂区布置以及尽量少拆除现有构筑物、建设运行成本等方面综合考虑确定。

5 提标改造工艺选择

鉴于TN，TP 为本次提标重点污染物指标，结合碳源不足的实际情况，考虑利用现有处理设施，选取了3 种常用工艺组合： A2/O + 反硝化生物滤池［4］、A2/O + MBR，A2/O+MBBR，现对上述方案进行技术经济、运行管理等比较见表6。

表6 工艺方案对比表（运行费用均按去除5 mg/L TN 投加碳源计算）

针对该污水厂提标改造主要目标污染物指标为TN，TP 及SS 的实际情况，其中方案一反硝化深床滤池虽然改造实施存在一些困难，运行控制要求较高，但具有占地小、污染物去除效果好等优点，本次提标改造推荐采用方案一。

6 结语

1） 经过分析，该污水厂提标改造的主要污染物指标为TN，TP 及SS。应尽可能在生化阶段去除更多的TP，减少化学辅助除磷药剂的使用量，同时兼顾提高BOD，COD 及－N 的去除率，保证出水水质稳定达标。

2） 水质分析与确定是提标改造设计工艺选取的基础与前提。本文通过对某污水处理厂进、出水水质分析，明确了提标改造主要污染物指标，为提标改造工艺选取提供了依据，保证了所选工艺的处理效果，同时对于降低工程投资及运行费用也有重要意义。

3） 针对该污水厂的运行特点，从技术经济、运行管理等多个方面进行分析比较，推荐选用的提标改造方案为A2/O+反硝化生物滤池处理工艺，具有较强的针对性，集成度较高，处理效果有保证。