山西省北部某污水处理厂冬季稳定运行实践

张 军

（大同市东郊污水处理厂，山西 大同 037034）

引言

实施地表水国控断面考核是国家“水十条”的刚性要求，全国多地相继颁布了地方标准（见表1），要求城镇污水处理厂主要污染物排放标准提高到地表Ⅴ类及以上。

表1 各地排放标准

《山西省水污染防治2018 年行动计划》提出汾河、桑干河流域现有城镇生活污水处理厂采取提效措施，2019 年12 月底化学需氧量、氨氮、总磷三项主要污染物排放指标稳定达地表水Ⅴ类标准；制定出台山西省《污水综合排放标准》。

1 山西省北部某污水处理厂概况

该污水处理厂设计处理规模10 万m3/d，纯生活污水，其中，一期规模6 万m3/d，二期规模4 万m3/d。二级生化采用奥贝尔氧化沟工艺，深度处理采用混凝+高密度沉淀+微滤转盘过滤工艺。

设计进出水水质如表2：

表2 设计进水水质

2020 年1 月1 日起，山西省污水处理厂出水CODcr、ρ（NH3-N）、ρ（TP）三项主要污染物按地表水Ⅴ类考核。2021 年1 月1 日起出水水质执行山西省《污水综合排放标准》（DB 14/1928—2019）。

1.1 进水量情况

该污水处理厂进水量日变化（见下页图1）表明凌晨3：00～7：00 水量最少，与居民生活习惯相符，其余时间利用管网及泵房调蓄作用，通过变频控制潜污泵保持平稳进水；进水量月变化（见下页图2）表明每周末进水量明显增加；进水量年变化（见下页图3）表明腊月下旬进水量逐渐增加，腊月底达峰值，与本地居民春节前全面清洁卫生习惯相符，雨季下雨天进水量较平时大很多。

图1 进水量日变化

图2 进水量月变化

图3 进水量年变化

1.2 进水水质情况

对2018 年每日进水水质数据进行数理统计分析，结果见下页表2。

表2 2018 年进水水质统计分析 mg/L

现状进水水质与原设计进水水质对比见下页表3。

表3 现状进水水质与原设计进水水质对比 mg/L

由表3 可见，2018 年现状进水水质（曝气沉砂池后取水样）BOD5、CODcr、ρ（SS）、ρ（TP）均高于设计水质，分析是由厂内排水（储泥池溢流水、污泥脱水间排水、深度处理反洗水等）含高SS 所致，这从表4 中厂外进水管网水质得以印证；ρ（TN）、ρ（NH3-N）高于设计水质与大同市区餐饮业繁荣及人们饮食生活习惯有关。

表4 厂外进水管网水质

1.3 生物池水温情况

每年1 月份是冬季气温最低的时期，也是该污水处理厂生物池水温最低时段，图4 显示2018 年1 月份最低水温10.1 ℃，最高水温12.3 ℃。该污水处理厂采用奥贝尔氧化沟工艺，池表面积大且采用表面曝气机充氧，气温越低散热约明显，是造成生物池水温偏低的主要原因。

图4 生物池水温

1.4 设施设备情况

《山西省水污染防治2018 年行动计划》对全省城镇污水处理厂提出了新的要求，2018 年初该污水处理厂部分设施设备已无法满足要求：生物池未加盖，冬季水温散失严重；无控制总氮、总磷指标的药剂投加设施设备；一期氧化沟无内回流设备（二期生物池原设计有内回流系统）；一期二沉池刮吸泥机回流污泥浓度低；污泥脱水机能力不足（投加碳源、除磷剂致使剩余污泥增加）；进水提升泵、回流污泥泵及转碟曝气机完好率达不到95%；深度处理系统的高效沉淀池斜管、转盘过滤滤布设备老化；二期氧化沟进水负荷达到85%以上时，转碟曝气充氧量偏低，出水氨氮明显上升，在这种情况下只能采用折点加氯法控制出水氨氮稳定达标。

2 稳定达标难点分析及应对措施

2.1 COD 值

图3 表明2018 年该污水处理厂进水负荷率最小55%、最大83%、平均70%，由该年运行统计数据可以看出CODcr能稳定达地表水类Ⅴ标准，2019 年6 月更换深度处理单元的斜管和微滤膜后，出水CODcr能稳定达地表Ⅳ类标准，见表5。

表5 出水CODcr 月平均值 mg/L

2.2 水温

水温是影响生物硝化的最大环境因素，低温导致硝化菌生长速率明显降低1。对该污水处理厂来说，进水氨氮高于设计值且冬季生物池水温很低，氨氮稳定达标有难度；2018 年实施了保温提效工程，用玻璃钢板对厌氧池和氧化沟进行了加盖封闭，2018 年1月份（加盖前）和2019 年1 月份（加盖后）生物池水温对比见图5，出水水质月平均值见表6。加盖前生物池最低水温10.1℃，加盖后最低水温14.6℃，说明保温措施得当，保温效果明显，加盖后出水氨氮优于加盖前。

图5 加盖前后生物池水温对比

2.3 总氮、总磷

总氮、总磷稳定达标除合理控制工艺参数外，还需投加药剂加以保证。生物池原设计没有药剂投加设施和设备，2018 年10 月底，生物池附近增设药剂投加设施、设备及管路完工。脱氮选用乙酸钠作为碳源并优化投加位置，一期生物池增设内回流系统；选用铁盐类除磷剂并投加在生物池出水口协同除磷，以上措施保证了总氮、总磷的稳定达标且优于未加药前水质（如表6 所示）。

表6 出水水质月平均值

2.4 主要设备

主要设备的完好率和正常运行是稳定达标的重要保证，该污水处理厂进水泵4 用2 备、回流泵3 用2 备（设计3 用1 备），正常维修保养完全能保证完好率；氧化沟共设48 台曝气机，2018 年和2019 年陆续购买了曝气机，使不同型号的曝气机各有2 台备机，保证了氧化沟溶解氧的控制。

一期采用中进周出辐流式二沉池，刮吸泥机中心转动的圆形集泥筒与静止的回流泥管间的缝隙采用橡胶带封水，而橡胶带耐磨性有限，在使用一段时间后便磨损脱落，起不到封水的作用，会稀释回流污泥浓度，影响回流效果和二沉池的正常运行。2020 年8 月将刮吸泥机技改为虹吸式，解决了稀释回流污泥浓度问题（见表7），外回流比由130%降至105%，污泥回流浓度提高了约10%，降低了二沉池表面负荷，对预防二沉池翻泥起到良好作用。

表7 技改前后回流污泥浓度

剩余污泥排放是污水处理厂工艺控制的重要环节，随着排放标准的提高，需投加碳源和除磷剂来控制总氮和总磷指标，这样导致实际剩余污泥量增加约30%，原污泥脱水机已不能满足需要，为此2019 年10月增设了一台污泥脱水机应对增量剩余污泥，污泥脱水能力提高了约30%，对控制生物池污泥浓度和泥龄起到了关键作用。

为了更好发挥深度处理工艺效果，2019 年10 月更换了高效沉淀池斜管和转盘过滤滤布及滤布反洗系统。

二期氧化沟进水负荷达85%以上后氨氮浓度上升，下页表8 表明2020 年1 月20 日至26 日进水负荷90%以上二期二沉池氨氮超标，只能采用折点加氯法控制总出水氨氮稳定达标，消耗了大量次氯酸钠，经供氧量计算分析，转碟曝气量不足。2020 年11 月，在不停水情况下二期氧化沟增设了底曝系统，下页表9 表明在未采用折点加氯法控制出水氨氮的情况下，2021 年2 月7 日至12 日二期二沉池出水氨氮也能稳定达标，同时对比2020 年节约了大量次氯酸钠。

表8 2020 年1 月（农历腊月廿一至正月初五）水量与氨氮统计

表9 2021 年2 月（农历腊月廿一至正月初五）水量与氨氮统计

3 采取的加强管理措施

3.1 加强进、出水、工艺环节监测方面

进水、出水均安装在线监测设备，并每周进行校验比对；工艺环节方面，每日手工进行数据测量，制作泥位计并每2 h 测量二沉池泥面位置，使用便携式仪表监测厌氧池和氧化沟的溶解氧（DO）及氧化还原电位（ORP），疫情防控期间增加进水、出水游离氯监测。

3.2 加强中控和实验室作用发挥方面

建立工作群，要求中控人员每小时将实时数据发往该群，并将监控发现的设备故障报警及监控的异常数据及时通知相关人员，便于管理以及技术人员及时作出工艺调整；要求化验室工作人员将每日化验的工艺参数数据发往该群，如MLSS、MLVSS、SV30、SVI等，给技术人员调整工艺提供数据支撑。

3.3 加强运行能力提升、人员培训方面

通过该污水处理厂大量运行数据分析，总结进水水质特点和进水水量变化情况，制定出工艺运行中各参数的合理控制范围，编制了“一厂一策”应急方案，便于生产技术人员管控工艺运行。邀请外聘技术团队专家对运行人员进行硝化工艺、反硝化工艺、碳化工艺、污水处理厂常见问题的应对措施等方面的专业培训。针对冬季低温生物活性下降、处理效率降低的情况下，通过生物池精细化工艺调整、投加应急低温菌种等方法，保证稳定达标。

3.4 加强生产调度管理方面

利用例会时间对上周的运行情况作总结，安排本周需完成事务的时间节点，临时问题，临时召集人员讨论解决，集思广益。

3.5 加强进水外围管理方面

每周对污水处理厂辖区内管线进行巡检，掌握管线状况，及时发现问题，每日对外管线汇流点进行巡检，最大程度避免外管线溢流情况发生。

3.6 加强设备的检修、药剂储备管理方面

每日对全厂设备进行巡视、巡检，加强备品备件管理，保证关键设备完好率；药品方面，采取长期协议方式，要求供应商药量必须满足生产需求。

4 结语

新的更加严格排放标准及冬季低水温情况下，如何稳定达标运行是每个污水处理厂管理者关注的重点和难点问题。该厂采用玻璃钢板加盖封闭厌氧池和氧化沟的方式，达到了保温提效功效，污染物特别是氨氮去除更加稳定高效，解决了冬季及腊月底进水量满负荷时氨氮不稳定达标的难点问题；通过更换深度处理单元的斜管和微滤膜、选用铁盐除磷剂并投加在氧化沟出水口协同除磷，提高了悬浮物、化学需氧量及总磷的去除效率，并稳定达地表水四类标准；通过合理控制工艺参数、增设内回流系统、优化碳源投加位置等措施，提高生物脱氮除磷能力，保证总氮、总磷稳定达标；通过将二沉池刮吸泥机改造为虹吸方式，解决了回流污泥浓度低的问题，增设一台污泥脱水机，提高污泥脱水能力约30%，对控制氧化沟污泥浓度及污泥龄起到了关键作用；该厂管理者的精细化管理、主要设备的完好率与正常稳定运行是污水处理稳定达标的重要保证。