城镇污水处理厂全流程水质管理方法分析

洪 涛

(广州市净水有限公司，广东 广州 510655)

1 净水厂概况

大沙地净水厂隶属广州市净水有限公司，服务面积约为107 km2，设计污水处理规模为45万t/d，服务人口约80.6万人，尾水排放至珠江前航道，最终汇入珠江。

大沙地净水厂分两期建设，一期项目污水处理主体构筑物为地上式布置，于2009年1月投入试运行，设计污水处理规模为20万t/d，污水处理工艺采用改良A2/O工艺，提标改造工程采用生物滤池、砂滤池三级处理工艺；二期项目污水处理主体构筑物为地埋式布置，于2020年6月15日投入试运行，设计污水处理规模为25万t/d，污水处理工艺采用MBR膜工艺。一、二期出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准和地表V类水标准的较严值。

2 低负荷运行带来的工艺调控挑战

2.1 2020—2022年提升量变化趋势

根据2020—2022年大沙地进水总提升水量月度日均值的统计，从总体趋势而言，有逐年递增的现象。其中，2020年度总提升量月度日均值区间在19.22万～29.07万t/d，2021年度总提升量月度日均值区间在19.16万～35.80万t/d，2022年度总提升量月度日均值区间在25.11万～45.17万t/d(2022年度数据统计至6月)。

2.2 处理负荷分析

根据上面提到的总提升量日均值变化趋势，大沙地厂自2020年6月二期厂区投入生产至今，在处理负荷率方面存在着部分生产线负荷率偏低的情况。

以2021年为例，提升量日均值全年最低的2月份，一期提升量日均值为12.19万t/d，二期提升量日均值为6.98万t/d，负荷率分别为60.95%和27.92%；提升量日均值全年最高的6月份，一期提升量日均值为17.76万t/d，二期提升量日均值为18.04万t/d，负荷率分别为88.80%和72.16%。由此可见，大沙地厂枯水期(每年的11月至次年3月)总提升量日均值为19万～25万t/d，总处理负荷率为42.6%～55.56%；而丰水期(每年的4—10月)，受南方较为规律的汛期影响，总提升量日均值能上升至28万～45万t/d，总处理负荷率则能达到62.22%～100%。

2.3 长期低负荷运行对污水生物除磷的影响

根据具有大沙地厂特性的处理负荷率，结合大沙地进水碳源浓度(下以BOD5浓度表征)和污泥负荷等数据，大沙地一期和二期厂区均存在污泥负荷未达到设计污泥负荷的情况，其中一期设计污泥负荷为0.11 kg BOD5/kg MLSS·d和二期设计污泥负荷为0.10 kg BOD5/kg MLSS·d，根据相关专家研究，当污水处理系统处在较常或者长期低负荷运行的情况底下，聚磷菌细胞内的PHB容易因低负荷运行条件下的曝气情况不稳定导致被或多或少地消耗，诱发聚磷菌在厌氧环境下的释磷不理想，直接引起聚磷菌在后续好氧段的吸磷量受限制，导致生化池出水总磷上升，需要投加更多的除磷剂进行化学除磷补强。

就大沙地现行的处理负荷率而言，在处理负荷率低下的情况时，进水水质浓度的变化对好氧段溶解氧浓度的影响较为明显，较常出现溶解氧浓度急升或者急降的情况，导致厌氧段和缺氧段环境受影响，生化池生物除磷效果引起波动。因大沙地一期和二期曝气系统现行均未能实现精确曝气调节的功能，因此为好氧段曝气稳定调控带来了不小的压力。

2.4 一期全流程分析优化

针对上述处理负荷情况，大沙地厂现行实施一、二期生产线按以下方式运行，尽可能做到低负荷时段保证过程参数稳定，确保出水水质达标。

2.4.1 低负荷时段

当处于进水低负荷时段(一、二期总进水量不大于10 000 m3/h)，进水水量减少，进水主要由一期厂区消化。此时段将进水的60%～70%(水量为7 000～8 000 m3/h)交由一期生产线处理，余下的水量(2 000～3 000 m3/h)则由二期厂区处理。二期在低进水量期间进行单线运行，另外一条生产线以少量进水甚至停进水的形式运行，保证有足够时间的水力停留时间供生化反应，处理生产线内的各类指标，并且能够相应降低投用设备的运行压力，甚至减少鼓风机、回流泵等的投用台数。

G市遏制腐败增量效果并不理想，腐败案件呈上升趋势。据调研数据显示，总体来看，2017年，全市共受理群众举报9147件，同比增加23.5%；处置问题线索4887件，同比增加18.4%。其中，初步核实线索4556件，同比增加25.8%，初核转立案1690件，同比增加49.0%；立案1917件，涉及1924人，同比分别增加42.6%和43.2%；结案1861件，同比增加38.3%；处分1725人，同比增加39.2%；从基层视角看，2017年全市立案涉及镇(街)、农村基层的案件855件，增加32.1%。其中，关于扶贫领域违纪违法问题线索61条，查结48件，立案审查25件。

2.4.2 正常负荷时段

当处于正常进水时段(一、二期总进水量10 000～12 600 m3/h)，一期仍处理大部分的进水。当一期处理水量达到8 333 m3/h后，提高二期单线运行进水量。

2.4.3 高负荷时段

当处于高进水负荷时段(一、二期总进水量不小于13 000 m3/h)，将进水水量调配至一期满负荷，其余水量转至二期厂区。此时段二期东、西线生产线实行单边满负荷入水，其余进水由另一条生产线消化(进水水量单线满负荷约5 200 m3/h)。

3 加强全流程水质管理措施

根据大沙地厂自2020年1月—2022年5月的部分进水指标情况，进水总磷浓度超过设计值的情况出现较为频繁。

以2021年为例，1—12月进水总磷浓度日均值在3.22～7.96 mg/L，其中只有6月的进水总磷浓度低于设计标准4 mg/L，其余月份均比进水设计标准高；2022年1—5月，其中只有5月的进水总磷浓度低于设计标准。

由于聚磷菌在厌氧释磷的过程中需要消耗原水中的碳源，反硝化菌在生物脱氮的过程中也需要利用碳源进行反硝化反应。因此，当进水COD浓度下降且持续时间较长，尤其是C/P低于40或C/N低于5时，较易导致聚磷菌在后续好氧段的吸磷能力变差，超进水总磷设计处理标准这段水中浓度较高的磷元素则随着生化池出水流至后续工艺段，最终导致出水总磷浓度升高。2021年度部分进水指标数据如图1所示。

图1 2021年度部分进水指标数据

3.1 应对措施

3.1.1 一期生化池工艺流程和控制点位分布

图2 一期生化池全流程监测控制点位图

3.1.2 二期生化池工艺流程和控制点位分布

根据二期工程MBR工艺生物脱氮除磷原理，以及一期前期全流程监测控制点位的探索，其全流程控制点分布如图3所示，选取好氧3段末端(取样点1)为氨氮和总氮控制点，缺氧二区中段(即后缺氧段，为可变段，取样点2)为总磷控制点，缺氧一区4段(取样点3)和生化池出水口(取样点4)为硝酸盐氮控制点，其中取样点4为非日常水质控制点，暂定为通过快速测试取样点上清液硝氮浓度，判断是否需要投加碳源和投加碳源前后生物脱氮效果，进行相关水质指标过程检测。

图3 二期生化池工艺流程和控制点位分布

3.2 一期工艺沿程氮含量变化及异常情况应对方案

图4是2021年6—7月净水厂一期工艺沿程氮含量变化情况。由图可以看出，进入生化池的氨氮经过好氧段硝化反应后基本转化为硝酸盐氮，好氧末端上清液氨氮浓度明显下降，稳定控制在0.5 mg/L以下。好氧段硝酸盐氮通过混合液内回流至缺氧段进行反硝化反应，其浓度得以减低。最终出水总氮浓度控制在7.67 mg/L，氨氮浓度控制在0.09 mg/L左右。通过对缺氧末段硝酸盐氮及好氧中末段氨氮的监测，可以及时了解硝化和反硝化情况，从而进行工艺调控。

图4 一期工艺沿程氮含量变化情况

日常针对缺氧末段和好氧末段监测值，当缺氧末段硝酸盐氮浓度不小于4 mg/L或好氧末段硝酸盐氮和氨氮之和不小于11 mg/L时将采取以下措施。

1)提高内回流比，控制好氧末段DO在0.5～2 mg/L，监控缺氧段溶解氧浓度，确保缺氧段DO浓度小于0.5 mg/L，避免过高溶解氧影响缺氧环境。

2)考虑调整进水闸门，增加缺氧段进碳源配比，当进水C/N小于5时，在缺氧段投加乙酸钠，并在碳源投加后3 h在缺氧末段取样点采上清液进行硝酸盐氮快速测试。

3)适当提高外回流比，提高反应池污泥浓度，同时稀释进入生化池的进水水质浓度。

3.3 一期工艺沿程总磷含量变化及异常情况应对方案

图5是2021年6—7月净水厂一期工艺沿程总磷含量变化情况。日常监测时，以保证稳定控制缺氧末段硝酸盐氮浓度小于等于4 mg/L为优先，留意好氧中段和好氧末段总磷浓度变化趋势，及时调整除磷剂投加量，保障出水总磷稳定达标。

图5 一期工艺沿程总磷含量变化情况

针对好氧末段监测值，当总磷浓度大于等于0.20 mg/L时将采取以下措施。①调整内外回流比，延长厌氧段停留时间，控制厌氧段DO小于0.2 mg/L。②调整厌氧段进水闸门，增加厌氧段碳源配比。③适当加大排泥量，加大硫酸铝投加量。

3.4 二期工艺沿程氮含量变化及异常情况应对方案

图6是2021年6—7月净水厂二期工艺沿程氮含量变化情况。针对好氧3段的监测值，当总氮浓度(或硝态氮和氨氮之和)不小于10 mg/L时将采取以下措施。①调整一、二级回流比，控制好氧3段DO在1～3 mg/L，监控缺氧二区溶解氧浓度，确保缺氧二区DO在0.5 mg/L左右，避免过高溶解氧影响缺氧环境。②调整进水1#～4#分闸门，增加缺氧一区进水碳源配比，当进水C/N小于5时，计算实时水力停留时间，在缺氧二区投放碳源。

图6 二期沿程氮含量变化情况

3.5 二期工艺沿程总磷含量变换及异常情况应对方案

图7是2021年6—7月净水厂二期工艺沿程总磷含量变化情况。针对好氧3段和缺氧二区之间的总磷浓度变化，当好氧3段总磷浓度不小于0.30 mg/L或缺氧二区总磷浓度有明显上升时，将采取以下措施。①调整一、二级回流比，延长厌氧段停留时间，控制厌氧段DO小于0.2 mg/L。②调整进水1#～4#分闸门，增加厌氧区碳源配比。③适当加大排泥量，加大硫酸铝投加量。④缺氧二区作为可变区，当总磷浓度数值升高时，调整该区域的曝气量，抑制其异常释磷情况。

图7 二期沿程总磷含量变化情况

4 结语

大沙地净水厂针对现行存在的日常进水总磷浓度偏高等处理难点，通过加强全流程水质管理，进一步增强了对不同时间段、不同工艺段水质变化情况的监测和调控，取得了良好的效果，确保出水指标达标且优于设计标准。后续将继续加强工艺改进优化，落实提质增效和节能减排工作。