摘要：天津某工業(yè)園區(qū)采用水解酸化/厭氧/缺氧/好氧/MBR/臭氧氧化/紫外消毒工藝對(duì)園區(qū)內(nèi)污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容與提標(biāo)改造。工程設(shè)計(jì)處理能力為10000m³/d,連續(xù)9個(gè)月的運(yùn)行結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水SS、COD、NH4+-N、TP和TN濃度分別為28~84、75~335、17~38.4、2.7~5.2和17~48mg/L時(shí)，經(jīng)該工藝處理后對(duì)SS、C0D、NH4+-N、TP和TN的平均去除率分別高達(dá)92%、87%、96%、95%、78%,出水水質(zhì)滿足天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599—2015)A標(biāo)準(zhǔn)。該工程具有運(yùn)營成本適中、自動(dòng)化程度高及污染小等特點(diǎn)。

近年來，隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，城市污水量及其污水復(fù)雜程度不斷增加，污水處理難度加大。為了保證城市工業(yè)化與生態(tài)化建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，需對(duì)處理不達(dá)標(biāo)污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容和提標(biāo)改造，以便更好地為整體城市建設(shè)與發(fā)展提供功能支撐。

天津大港某工業(yè)園區(qū)歷經(jīng)多年的建設(shè)發(fā)展，已經(jīng)形成以精細(xì)化工、合成材料、有機(jī)中間體、生物制藥、機(jī)械加工等產(chǎn)業(yè)為主的綜合性產(chǎn)業(yè)園區(qū)。隨著園區(qū)各類企業(yè)的入駐，污水量逐年增加，污水水質(zhì)更加復(fù)雜化，已超出當(dāng)前污水處理站處理能力，且處理效果無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。按天津市最新地方排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，需對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容和提標(biāo)改造。

1 項(xiàng)目概況

園區(qū)規(guī)劃面積約為7.5k㎡。目前已建成污水處理廠一座，污水處理能力為5000m³/d該污水處理廠原設(shè)計(jì)工藝為預(yù)處理+缺氧+接觸氧化+沉淀+多介質(zhì)接觸過濾+催化氧化+曝氣生物濾池+高效過濾+脫鹽，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，后續(xù)的“多介質(zhì)接觸過濾+催化氧化+曝氣生物濾池+高效過濾+脫鹽”深度處理工藝未啟用，出水水質(zhì)未能達(dá)標(biāo)。

根據(jù)目前園區(qū)各企業(yè)污水排放量統(tǒng)計(jì)，園區(qū)污水量已增至8000m³/d,超過現(xiàn)有污水廠總處理能力。天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/599—2015)規(guī)定：當(dāng)設(shè)計(jì)處理規(guī)模10000m³/d時(shí)，執(zhí)行A標(biāo)準(zhǔn)�；趫@區(qū)污水產(chǎn)量增加和對(duì)污水廠排放要求提高的客觀情況，決定將園區(qū)污水廠處理能力擴(kuò)容至10000m³/d并提標(biāo)至天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599—2015)的A標(biāo)準(zhǔn)。

2 水質(zhì)及原工藝運(yùn)行分析

2.1 水質(zhì)分析

該污水處理廠以處理工業(yè)園區(qū)企業(yè)廢水及生活污水為主，園區(qū)多為石化企業(yè)，水質(zhì)較復(fù)雜。雖然園區(qū)企業(yè)有自身的污水處理設(shè)施，但仍有部分含油、含堿廢水進(jìn)入污水收集管網(wǎng)，繼而進(jìn)人處理系統(tǒng)。根據(jù)12個(gè)月的連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定了污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)范圍，并將其作為設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)計(jì)進(jìn)水及出水水質(zhì)見表1。

①可生化性分析

B/C是判斷污水可生化性的重要指標(biāo),一般認(rèn)為B/C>0.45可生化性較好，B/C>0.3可生化，B/C<0.3較難生化，B/C<0.25不易生化。根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)，B/C為0.19~0.29,屬于較難生化廢水。為了提高污水的可生化性，工藝前端采用水解酸化工藝進(jìn)行預(yù)處理，這是本處理工藝的重要環(huán)節(jié)。

②生物脫氮分析

BOD5/TN值是判別常規(guī)脫氮工藝能否有效脫氮的重要指標(biāo)。從理論上講，BOD5/TN多2.86就能進(jìn)行生物脫氮，但一般認(rèn)為BOD5/TN這4.0才能進(jìn)行有效脫氮。根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì),BOD5/TN為3.83~7.84,原水水質(zhì)大多數(shù)情況下能滿足生物脫氮要求。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總氮處于上升趨勢(shì)，故該工程預(yù)留碳源投加裝置。

③生物除磷分析

BOD5/TP值是鑒別常規(guī)除磷工藝能否生物除磷的主要指標(biāo)。一般認(rèn)為該值要大于20,比值越大,生物除磷效果越明顯。根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)，BOD5/TP為32.9~90.9，滿足生物除磷的要求。

2.2 原工藝運(yùn)行分析

原處理工藝流程見圖1。

原水經(jīng)格柵、沉砂池等簡(jiǎn)單的預(yù)處理后進(jìn)人缺氧+好氧工藝，經(jīng)沉淀池沉淀后排放。該工藝無法完成生物除磷，磷的去除只能依靠化學(xué)絮凝作用，需投加大量藥劑。該工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，污泥負(fù)荷低，抗沖擊能力差，高負(fù)荷污水尤其是工業(yè)廢水易對(duì)污泥系統(tǒng)造成沖擊，致其崩潰，無法達(dá)到處理效果,這是目前出水COD、NH4+-N、TN嚴(yán)重超標(biāo)的主要原因，加之后續(xù)深度處理工藝未啟用，使整套污水處理系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。

3 提標(biāo)改造工藝

3.1 工藝選擇

該污水處理廠進(jìn)水B/C值為0.19~0.29,屬難生化廢水，提高廢水的可生化性是必不可少的處理過程，故在生化反應(yīng)前段設(shè)置水解酸化池。生化主體工藝采用A20工藝，該工藝可滿足污水中大部分有機(jī)物的去除,且可以充分利用原有缺氧池和接觸氧化池等構(gòu)筑物，工程量較小。采用MBR膜處理系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，同時(shí)，也將大部分溶解態(tài)和膠體態(tài)的污染物攔截下來。由于化工廢水的特性,MBR池出水含一部分難生物降解的可溶性有機(jī)物,故通過臭氧強(qiáng)氧化將其徹底降解，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物達(dá)標(biāo)。最后通過紫外線消毒后排放。

3.2 改造后工藝流程

改造后工藝流程見圖2。

原水經(jīng)調(diào)節(jié)池均化水質(zhì)后進(jìn)人水解酸化池，水解酸化池可以提高污水的可生化性,從而減少反應(yīng)時(shí)間和處理能耗。水解酸化池出水進(jìn)人A2O池池進(jìn)行進(jìn)一步的生化反應(yīng)，發(fā)生碳氧化、硝化與反硝化、磷的厭氧釋放與好氧超量吸收。該工藝段是整個(gè)工藝的核心工藝，大部分污染物在此去除。

通過MBR膜的過濾作用，實(shí)現(xiàn)泥水的有效分離。同時(shí)在該工段投加PAC，增強(qiáng)菌膠團(tuán)的凝聚和吸附作用，提高溶解態(tài)磷的吸附與吸收，TP濃度在此進(jìn)一步降低。

MBR池出水仍含一部分難生物降解的可溶性有機(jī)物，故通過臭氧強(qiáng)氧化將其徹底降解，以達(dá)到排放要求。臭氧及其產(chǎn)生的活潑自由基使發(fā)色基團(tuán)中的不飽和鍵斷裂生成小分子的酸和醛，從而使出水色度顯著降低。

隨后，污水中的病菌在紫外線的照射下被滅活,實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

預(yù)處理及生化處理產(chǎn)生的污泥均排至污泥濃縮池進(jìn)行減量化處理。

3.3 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

①調(diào)節(jié)池。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總有效容積為8400m³,停留時(shí)間為21h。

②事故池。2座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總有效容積為3150m³,停留時(shí)間為7.7h。

③水解酸化池。4座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總有效容積為6051.5m³，停留時(shí)間為14.52h。

④A2O池。設(shè)計(jì)水量為10000m³/d，水溫為12℃。污泥負(fù)荷為0.081kgBOD5/(kgMLSS.d)。

厭氧池:4座，總有效容積為810m³,停留時(shí)間為1.94h，MLSS為3333mg/L，D0值為0.2mg/L。

缺氧池:4座，總有效容積為3600m³,停留時(shí)間為8.64h,MLSS為5000mg/L，DO值為0.5mg/L,缺氧池至厭氧池回流比為200%。

好氧池:4座，總有效容積為7962m³,停留時(shí)間為19.16h,曝氣量為63.50Nm3/min,MLSS為6667mg/L,好氧池至缺氧池回流比為300%，DO值為2.3mg/L,好氧泥齡為20d。

⑤MBR池。20座，單池設(shè)計(jì)尺寸：L x Bx H =5.6m x 3.0m x 3.5m，其中膜池12座，反洗水池4座，化學(xué)清洗水池4座。膜瞬時(shí)過濾通量為15L/(㎡•h),日累計(jì)過濾時(shí)間21.6h，日累計(jì)反洗時(shí)間0.48h,反洗通量為25L/(㎡•h)，日累計(jì)過濾水量為10445.8m³，日累計(jì)反洗水量為386.8m³，日累計(jì)有效產(chǎn)水量為10059m³,MLSS為8000mg/L，膜池至好氧池回流比為500%，DO值為2.0mg/L,剩余干污泥量為805kg/d。

⑥污泥濃縮池。1座，鋼結(jié)構(gòu)，圓形，有效容積為254.3m³。

⑦臭氧接觸池。2座,總有效容積為162m³,采用曝氣投加方式，臭氧產(chǎn)生濃度為60kg/h。臭氧破壞器規(guī)格為40~50Nm³/h，N=5.5kW,2套（1用1備）。

⑧除臭系統(tǒng)。生物濾床1座，一體化玻璃鋼設(shè)備，有效容積為435m³。生物濾床為全封閉，設(shè)檢修口、觀察口、裝卸料口、進(jìn)出氣口、給排水裝置等。內(nèi)含新型營養(yǎng)型生物濾料，生物濾料為礦石覆蓋營養(yǎng)膜無機(jī)濾料，典型的濾料尺寸為15~25mm。

生物濾床除臭工藝基本流程見圖3。

廢氣經(jīng)導(dǎo)人口先平流進(jìn)入預(yù)處理床，經(jīng)前級(jí)清水洗滌,在洗滌區(qū)完成對(duì)酸性和水溶性氣體污染物的吸收、除塵及加濕的預(yù)處理。未清除的惡臭氣體再進(jìn)入生物濾床過濾區(qū)，污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物膜表面。生物濾床利用微生物的代謝活動(dòng)降解揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs)和惡臭物質(zhì)，從而達(dá)到無臭化、無害化的目的。

⑨紫外消毒渠。1座，有效容積為47.3m³,接觸時(shí)間為408s。

4 運(yùn)行效果

4.1 對(duì)SS的去除效果

改造后運(yùn)行期間系統(tǒng)對(duì)SS的去除效果如圖4所示。

如圖4所示,運(yùn)行期間進(jìn)水SS不穩(wěn)定,5月一9月進(jìn)水SS為69~84mg/L,10月之后SS降至28~40mg/L，出水SS穩(wěn)定保持在4mg/L，SS去除率在92%左右波動(dòng)。SS的去除主要依靠MBR膜的過濾作用實(shí)現(xiàn)，由于MBR膜孔徑為0.1pm并結(jié)合定期自動(dòng)反洗，因此,膜通量基本維持不變，從而保證出水SS穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4.2 對(duì)COD的去除效果

運(yùn)行期間對(duì)COD的去除效果見圖5。

如圖5所示，運(yùn)行期間進(jìn)水COD不穩(wěn)定，最低為75mg/L,最高335mg/L;出水COD較為穩(wěn)定，維持在11~28mg/L;C0D去除率較穩(wěn)定，平均去除率為87%,且整體呈逐步升高趨勢(shì)。難降解有機(jī)物經(jīng)水解酸化池處理后，被分解為小分子易降解有機(jī)物,提高了廢水的可生化性，進(jìn)而提高了后續(xù)處理工藝對(duì)COD的去除率。隨著運(yùn)行時(shí)間的不斷增加，水解酸化池和后續(xù)工藝的活性污泥穩(wěn)定性逐漸提高，處理效率隨之提高。

4.3 對(duì)NH4+-N的去除效果

運(yùn)行期間對(duì)NH4+-N的去除效果見圖6。

如圖6所示，2018年運(yùn)行期間進(jìn)水NH4+-N穩(wěn)定在17~29mg/L，出水NH4+-N維持在3mg/L以下。2019年1月由于園區(qū)某工廠超標(biāo)排放，進(jìn)水NH4+-N突然增高至38.4mg/L,但出水NH4+-N濃度依然維持在較低水平，說明已經(jīng)形成穩(wěn)定的污泥系統(tǒng)，具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。除2018年10月夕卜，NH4+-N去除率均在96%以上，10月去除率為84%，造成該情況原因是進(jìn)水污染物濃度較低，未及時(shí)調(diào)小曝氣量，活性污泥自身發(fā)生氧化，使其活性降低，從而導(dǎo)致NH4+-N去除率降低。

如圖7所示，運(yùn)行期間進(jìn)水TP在2.7~5.2mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，出水TP穩(wěn)定在0.26mg/L以下，TP去除率在95%上下浮動(dòng)。TP是依靠系統(tǒng)排出剩余污泥而得以去除，MBR處理單元將污泥完全截留，使得出水TP去除率得以保障，該套污水處理裝置在缺氧、好氧、MBR工藝段均設(shè)有排泥系統(tǒng)，可確保在系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度足夠的情況下，將多余的污泥排出，阻止TP的二次釋放。

4.5 對(duì)TN的去除效果

運(yùn)行期間對(duì)TN的去除效果見圖8。

如圖8所示，運(yùn)行期間進(jìn)水TN在17~48mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)，出水TN穩(wěn)定在4~8mg/L，均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，TN去除率為60%-90%,平均為78%。TN的去除主要發(fā)生在缺氧段，通過投加醋酸鈉，為反硝化菌提供碳源，投加少量氫氧化鈉，維持必要的堿度，并控制溶解氧濃度在0.5mg/L,是實(shí)現(xiàn)較高TN去除率的重要保障。

5 運(yùn)行中的問題與分析

①加藥量控制。應(yīng)每天檢測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，經(jīng)匯總分析后，確定碳源最佳投藥量，每月根據(jù)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，避免藥劑浪費(fèi)和確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

②進(jìn)水嚴(yán)重超標(biāo)情況處理。如發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)或pH值異常、含油污水進(jìn)入，則嚴(yán)禁污水直接進(jìn)人生化系統(tǒng)，需經(jīng)稀釋等預(yù)處理后方可進(jìn)人后續(xù)工藝，防止對(duì)污泥系統(tǒng)造成沖擊。

③MBR膜清洗。該污水處理廠主要處理工業(yè)廢水和生活污水，其中工業(yè)廢水中含油成分易對(duì)MBR造成堵塞，需定期清洗，保證膜通量。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

6.1 建設(shè)成本

該項(xiàng)目總投資為9889萬元，其中第一部分工程費(fèi)用為8077萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用為1144萬元，預(yù)備費(fèi)用為461萬元，建設(shè)期貸款利息為169萬元，鋪底流動(dòng)資金為38萬元。

6.2 運(yùn)行成本

該工程處理水量為365x104m³/a，具體運(yùn)行成本:外購原材料費(fèi)68萬元/a,外購燃料動(dòng)力費(fèi)452萬元/a，污泥處置費(fèi)514萬元/a，膜更換清洗費(fèi)37萬元/a,工資及福利費(fèi)135萬元/a，修理費(fèi)197萬元/a,其他費(fèi)用70萬元/a;經(jīng)營成本1472萬元/a,單位經(jīng)營成本4.03元/m³。

7 結(jié)論

采用水解酸化+厭氧+缺氧+好氧+MBR+臭氧氧化+紫外消毒組合工藝對(duì)天津某工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容和提標(biāo)，解決了廠區(qū)處理能力不足和水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題，對(duì)SS、COD、NH4+-N、TP和TN的平均去除率分別達(dá)到92%、87%、96%、95%、78%，出水水質(zhì)優(yōu)于天津市《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599—2015)A標(biāo)準(zhǔn)，滿足園區(qū)發(fā)展的污水治理需求，且處理工藝具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境污染小、費(fèi)用適中等特點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

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