楊永義，姚 寧，康家偉，謝正威

(北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100048)

1 概述

隨著北京市的建設(shè)發(fā)展，市政府制定了一系列治污條例及治理要求，為控制污染，保護(hù)環(huán)境和人體健康，加強(qiáng)對北京市行政區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的排放控制和管理，制定《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)，北京市對城市生活污水處理的普及和污水的深度處理提出了更高要求。隨著膜生物處理技術(shù)MBR及其組合工藝研究的不斷深入［1-2］，結(jié)合目前成熟的脫氮除磷工藝［3-5］，根據(jù)水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，選擇不同的工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 工程概況

北京郊區(qū)污水處理廠一期工程建于2004年，處理能力為4萬m3/d，采用氧化溝處理工藝:粗格柵—細(xì)格柵—氧化溝—二沉池—消毒池－排放，出水達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn);二期再生水廠工程建于2008年，處理能力為4萬 m3/d，采用MBR工藝:粗格柵—細(xì)格柵—MBR組合池—消毒池－排放，出水達(dá)到再生水利用標(biāo)準(zhǔn)(河道－觀賞性景觀環(huán)境用水);污水處理廠進(jìn)、出水水質(zhì)見圖1～圖5。但是隨著生活污水濃度的上升和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理廠的排水已明顯達(dá)不到污染物控制的要求，水質(zhì)提標(biāo)前后主要水質(zhì)對比見表1。要實(shí)現(xiàn)出水滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行相應(yīng)的改造或新建污水處理廠，針對現(xiàn)狀，結(jié)合水廠多年的運(yùn)行水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，提出適合新標(biāo)準(zhǔn)的污水處理工藝，并為污水處理廠的升級(jí)改造提供參考。

3 運(yùn)行狀況分析及總結(jié)

3.1 CODcr分析

3.1.1 污水廠原水CODcr濃度分析

在約兩年的監(jiān)測數(shù)據(jù)中，原水 CODcr濃度變化，由圖1分析可知:3.8%的水質(zhì)濃度在168～300mg/L;14.3%的水質(zhì)濃度在300～400mg/L;22.6%的水質(zhì)濃度在400～500mg/L;18.3%的水質(zhì)濃度在500～600mg/L;16.1%的水質(zhì)濃度在600～700mg/L;16.1%的水質(zhì)濃度在700～900mg/L;8.8%的水質(zhì)濃度在900mg/L以上。

通過以上分析，原水水質(zhì)與典型生活污水水質(zhì)(CODcr:高濃度1000mg/L;中濃度400mg/L;低濃度250mg/L)比較可知:81.9%的水質(zhì)屬于中高濃度范疇，僅僅18.1%屬于中低濃度?？傊?，原水CODcr濃度總體偏高，水質(zhì)波動(dòng)較大。

3.1.2 污水廠出水CODcr濃度分析

(1)氧化溝工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水26.3%的水質(zhì)濃度不大于30.0mg/L;85.2%的水質(zhì)濃度不大于60mg/L;99.7%的水質(zhì)濃度不大于100mg/L;針對標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1B標(biāo)準(zhǔn)僅有26.3%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

(2)MBR工藝出水CODcr濃度分析。由圖3分析，出水52.3%的水質(zhì)濃度不大于30mg/L，其中80%原水濃度在600mg/l以下;90.0%出水的水質(zhì)濃度不大于60mg/L;100%的水質(zhì)濃度不大于100mg/L;針對新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1B標(biāo)準(zhǔn)有52.3%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

圖1 進(jìn)水CODcr濃度的變化

圖2 進(jìn)水NH3-N、TN、TP濃度的變化

3.1.3 CODcr指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

污水處理廠進(jìn)水濃度約60%的水質(zhì)濃度大于500mg/L;進(jìn)水CODcr濃度偏高;

氧化溝工藝出水水質(zhì)總體穩(wěn)定，波動(dòng)很小，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對出水影響較小;

氧化溝工藝已不能夠徹底滿足目前進(jìn)水濃度偏高和水質(zhì)提標(biāo)的處理要求。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)波動(dòng)受進(jìn)水水質(zhì)影響，出水水質(zhì)濃度波動(dòng)較大:1月、3月、4月、11月;其它月份水質(zhì)相對穩(wěn)定。

圖3 氧化溝和MBR工藝出水CODcr濃度的變化

圖4 氧化溝和MBR工藝出水NH3-濃度的變化

圖5 氧化溝和MBR工藝出水TP濃度的變化

出水水質(zhì)有52.3%達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如原水CODcr在400mg/L以下，MBR工藝完全滿足新標(biāo)要求;因此，此工藝適合水質(zhì)保障要求。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR法工藝77%的出水優(yōu)于氧化溝工藝出水水質(zhì)，MBR法工藝有58.6%的出水比氧化溝工藝出水提高在20%以上;

氧化溝工藝穩(wěn)定，但出水不能滿足提標(biāo)后的水質(zhì)要求;

MBR工藝耐沖擊能力偏弱，但出水水質(zhì)有保障。

3.2 NH3－N分析

3.2.1 污水廠原水NH3-N濃度分析

由圖2分析NH3－N濃度可知:6.0%的水質(zhì)濃度在9.88～20mg/L;23.0%的水質(zhì)濃度在20～30mg/L;38.1%的水質(zhì)濃度在30～40mg/L;23.0%的水質(zhì)濃度在40～50mg/L;6.6%的水質(zhì)濃度在50～60mg/L;3.3%的水質(zhì)濃度在60mg/L以上;綜合分析83%的進(jìn)水濃度在20～50mg/L。

通過以上分析，67.1%的原水水質(zhì)屬于典型生活污水水質(zhì)(NH3－N:高濃度85mg/L;中濃度40mg/L;低濃度20mg/L)中低濃度，進(jìn)水濃度總體穩(wěn)定。

3.2.2 污水廠出水NH3－N濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，18.2%的水質(zhì)濃度不大于1.50mg/L;28.2%的水質(zhì)濃度不大于5.0mg/L;45.6%的水質(zhì)濃度不大于8.0mg/L;48.3%的水質(zhì)濃度不大于10.0mg/L;57.1%的水質(zhì)濃度不大于20.0mg/L;66.9%的水質(zhì)濃度不大于25.0mg/L;33.1%的水質(zhì)濃度大于25.0mg/L;最高值達(dá)到51.8mg/L;平均值15.4mg/L。針對新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)僅有18.2%的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

出水水質(zhì)波動(dòng)分析。1、2、3月份水質(zhì)穩(wěn)定;4月中旬到6月中旬水質(zhì)波動(dòng)較大;6月中旬至12月份出水水質(zhì)穩(wěn)定。

(2)MBR工藝

出水濃度范圍分析。由圖4分析，90.2%的水質(zhì)濃度不大于1.50mg/L;平均值0.54mg/L。

水質(zhì)波動(dòng)分析。除9月至10月中旬出水不穩(wěn)定外，總體出水水質(zhì)穩(wěn)定。

出水水質(zhì)基本達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)(《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB11/890-2012)的表1B標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 NH3-N指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)波動(dòng)較大，出水NH3-N達(dá)不到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)總體穩(wěn)定，出水NH3-N能達(dá)到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;NH3-N出水濃度受CODcr去除率影響較大。

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

MBR工藝出水NH3-N遠(yuǎn)比氧化溝工藝好;MBR工藝出水能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 TP分析

3.3.1 污水廠原水TP濃度分析

由圖2進(jìn)水濃度分析，29.3%的水質(zhì)濃度在5.0mg/L以下;42.3%的水質(zhì)濃度在5.0～8.0mg/L;10.7%的水質(zhì)濃度在8.0～10.0mg/L;16.5%的水質(zhì)濃度在10.0～20.0mg/L;1.2%的水質(zhì)濃度在20mg/L以上;綜合分析可知58.0%的原水水質(zhì)屬于典型生活污水水質(zhì)(NH3-N:高濃度15mg/L;中濃度8mg/L;低濃度4mg/L)中低濃度;進(jìn)水水質(zhì)變化頻率高。

3.3.2 污水廠出水TP濃度分析

(1)氧化溝工藝

出水濃度分析。由圖5分析，53.2%的水質(zhì)濃度不大于0.2mg/L;75.0%的水質(zhì)濃度不大于0.3mg/L;87.3%的水質(zhì)濃度不大于0.5mg/L;98.1%的水質(zhì)濃度不大于1.0mg/L;僅有1.9%的水質(zhì)濃度大于1.0mg/L。75.0%的出水水質(zhì)能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

去除率分析。TP去除率比較穩(wěn)定，94.4%的水質(zhì)去除率在90%以上;74.8%的水質(zhì)去除率在95%以上;僅5.6%的水質(zhì)去除率在90%以下。

(2)MBR工藝

出水濃度分析。由圖5分析，38.0%的水質(zhì)濃度不大于0.2mg/L;48.6%的水質(zhì)濃度不大于0.3mg/L;74.3%的水質(zhì)濃度不大于0.5mg/L;88.1%的水質(zhì)濃度不大于1.0mg/L;11.9%的水質(zhì)濃度大于1.0mg/L。僅38.0%的出水水質(zhì)能達(dá)到DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

去除率分析。TP去除率不穩(wěn)定，70.9%的水質(zhì)去除率在90%以上;50.0%的水質(zhì)去除率在95%以上;29.1%的水質(zhì)去除率在90%以下。

3.3.3 TP指標(biāo)小結(jié)

(1)氧化溝工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)穩(wěn)定，出水TP基本達(dá)到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;原水濃度波動(dòng)對出水影 )響不大。

(2)MBR工藝特點(diǎn)

出水水質(zhì)不穩(wěn)定，波動(dòng)幅度較大，出水TP達(dá)不到目前提標(biāo)水質(zhì)要求;MBR工藝對于指標(biāo)TP的去除不易控制，不利于污染物的去除;

(3)氧化溝工藝與MBR工藝比較

氧化溝工藝出水TP遠(yuǎn)比MBR工藝好;氧化溝工藝出水TP基本能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 污水廠運(yùn)行總結(jié)

(1)目前生活水平的提高，污水中各水質(zhì)指標(biāo)偏高:CODcr指標(biāo)有60%的水質(zhì)濃度在500mg/l以上;NH3－N指標(biāo)有10%的水質(zhì)濃度在60mg/l以上;TP指標(biāo)有18%的進(jìn)水濃度在10.0mg/l以上。

(2)MBR膜工藝比常規(guī)氧化溝工藝:CODcr去除效率提高約20%;NH3－N去除率提高約50%;TP去除率降低50%。

(3)常規(guī)氧化溝工藝耐沖擊，CODcr、TP指標(biāo)出水穩(wěn)定，尤其出水TP基本能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)DB11/890-2012的表1中B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)MBR膜工藝COD、NH3－N出水指標(biāo)好，但出水濃度受原水濃度波動(dòng)影響較大;因此MBR工藝在穩(wěn)定進(jìn)水條件下，適合作為保障出水的核心工藝。

4 綜合分析

針對表1內(nèi)容，結(jié)合以上分析，目前滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002排放標(biāo)準(zhǔn)的成熟工藝［6］-［7］很多。但水質(zhì)提標(biāo)后，需要重點(diǎn)考慮的是NH3－N和TP的去除，而且兩水質(zhì)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的工藝條件相斥。在傳統(tǒng)脫氮和除磷工藝中，反硝化菌和聚磷菌就脫氮和除磷兩個(gè)過程扮演著兩個(gè)獨(dú)立的角色，即都利用有機(jī)碳源進(jìn)行獨(dú)立的反硝化和吸、放磷，因此在同一系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)水C/N比值較低時(shí)，碳源成了兩者的限制性因素。針對污水處理廠出水水質(zhì)的提標(biāo)，結(jié)合以上分析，必須是一級(jí)處理實(shí)現(xiàn)初次脫氮除磷，因此要求一級(jí)處理具有初次脫氮除磷的粗曠生物環(huán)境和生物種類;二級(jí)處理采用深度處理工藝以保障出水水質(zhì)(CODcr、NH3－N、TP);一、二級(jí)中間設(shè)生物隔離器，實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)兩個(gè)獨(dú)立、不同、穩(wěn)定的生物環(huán)境以確保出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論與建議

(1)針對北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB11/890-2012，新建污水廠建議采用改進(jìn)型兩級(jí)生物處理工藝:一級(jí)處理(A2O、CASS、氧化溝、生物接觸氧化等)+生物隔離器(沉淀、過濾、氣浮、磁分離、消毒等)+二級(jí)處理(氧化塘、濕地、BAF、MBR等)。

(2)需提標(biāo)改造的污水處理廠:一級(jí)常規(guī)脫氮除磷工藝的出水(泥水分離消毒后的上清液)，作為二級(jí)工藝(能夠控制具有大量比一級(jí)工藝較高等的微生物群落)的進(jìn)水，在控制兩級(jí)完全不同的生物環(huán)境、生物種類等的條件下，提高了出水水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/890-2012)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合原工藝，增設(shè)或改造相關(guān)泵站、工藝流程等，實(shí)現(xiàn)新工藝一、二級(jí)的工況要求。

(3)污水處理廠應(yīng)有與時(shí)俱進(jìn)管理理念，不斷的調(diào)整(改造、組合)工藝細(xì)節(jié)，提高污水處理廠的處理能力。

(4)加強(qiáng)污水處理廠的運(yùn)營管理，提高運(yùn)營管理人員的水平。

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