顧慰祖

（無(wú)錫市錫山區(qū)環(huán)境科學(xué)研究所有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

目前，一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠運(yùn)行中存在無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和運(yùn)行成本較高等問(wèn)題，如何使污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行成為污水處理廠運(yùn)行人員急需解決的問(wèn)題。本文創(chuàng)建了一套系統(tǒng)性的污水處理廠優(yōu)化調(diào)控診斷方法，該方法以污水處理廠歷年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)污水處理廠進(jìn)行工藝全流程功能測(cè)試、功能區(qū)指標(biāo)模擬測(cè)試和針對(duì)性模擬優(yōu)化測(cè)試，分析該污水處理廠工藝運(yùn)行狀態(tài)，得出工藝運(yùn)行關(guān)鍵問(wèn)題，結(jié)合活性污泥建模與優(yōu)化調(diào)控分析，最終提出工藝運(yùn)行優(yōu)化方案。

1 污水處理廠水質(zhì)分析方法的建立

下面以華東某污水廠作為對(duì)象進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)污水處理廠的歷史進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析，以24 h 進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)（COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、SS）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析BOD5/COD、BOD5/TN 和BOD5/TP 等影響氮磷出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響的主要因素進(jìn)行污染物特征識(shí)別，可對(duì)達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性難度進(jìn)行初步分析；通過(guò)對(duì)污水處理廠的歷史出水水質(zhì)數(shù)據(jù)24 h 出水水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析出水基本水質(zhì)參數(shù)變化情況，可甄別影響該污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行的主要水質(zhì)參數(shù)，并得出不同時(shí)間段所需要針對(duì)的主要污染物，得出污水處理廠不同時(shí)間段的針對(duì)性運(yùn)行策略；通過(guò)分析水質(zhì)數(shù)據(jù)可知，目前，污水處理廠歷年進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)季節(jié)波動(dòng)性較為明顯，24 h 進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)隨時(shí)間波動(dòng)明顯，因此歷年水質(zhì)數(shù)據(jù)以24 h 水質(zhì)數(shù)據(jù)可作為污水處理廠水質(zhì)分析的重點(diǎn)，了解污水處理廠的水質(zhì)波動(dòng)情況，可為調(diào)控污水處理工藝奠定基礎(chǔ)。

結(jié)合目前進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析方法，確定所使用的歷年數(shù)據(jù)分析方法為：對(duì)污水處理廠的進(jìn)出水基本水質(zhì)參數(shù)（如COD、BOD5、TN、TP、NH3-N、SS 等）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出污水處理廠進(jìn)出水各基本水質(zhì)參數(shù)的年變化規(guī)律曲線，從而得到各基本水質(zhì)參數(shù)的時(shí)間變化規(guī)律（如季節(jié)變化、溫度變化）；對(duì)目標(biāo)污染物進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出目標(biāo)污染物累計(jì)分布特征；對(duì)BOD5/COD、BOD5/SS、BOD5/TN 及BOD5/TP 進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)，得出進(jìn)水關(guān)鍵指標(biāo)的累計(jì)分布曲線，從而對(duì)污水處理廠穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響的主要因素進(jìn)行污染物特征識(shí)別；通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，最終得到不同時(shí)間段污水處理廠運(yùn)行狀態(tài)特征，推測(cè)影響出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)因素。

2 工藝全流程測(cè)試方法的建立

工藝全流程測(cè)試可為污水處理工藝的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)控提供依據(jù)，工藝全流程測(cè)試其本質(zhì)是根據(jù)污水處理工藝功能區(qū)的劃分，在每個(gè)功能區(qū)進(jìn)行布點(diǎn)取樣，根據(jù)功能區(qū)所設(shè)定的目標(biāo)污染物設(shè)計(jì)檢測(cè)項(xiàng)目（如厭氧釋磷區(qū)測(cè)定TP、PO43--P 濃度，反硝化區(qū)測(cè)定TN、NO3--N 濃度），根據(jù)設(shè)計(jì)檢測(cè)項(xiàng)目的濃度變化，對(duì)該功能區(qū)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，最終對(duì)該工藝提出優(yōu)化運(yùn)行方案。目前，大多數(shù)工藝流程測(cè)試分析針對(duì)指標(biāo)較少，解決污水處理廠某一類(lèi)問(wèn)題，不能全面分析污水處理廠工藝的運(yùn)行狀態(tài)，因此需要建立較為全面詳細(xì)的全流程分析方法[1]。以華東某污水處理廠A2O-MBR 工藝為例，筆者進(jìn)行了工藝全流程功能測(cè)試分析，該工藝運(yùn)行規(guī)模1.5 萬(wàn)t/d，出水執(zhí)行一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 取樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)該廠工藝流程設(shè)置的沿程，COD、TN、NO3--N、NH3-N 指標(biāo)取樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)如下：旋流沉砂池出水、膜格柵出水、厭氧池、缺氧池、好氧池前端、好氧回流口、好氧末端、膜池、出水。

2.2 TN、NH3-N、NO3--N 沿程變化情況

該污水處理廠工藝沿程中，進(jìn)水以TN 和NH3-N為主，占95%左右，出水以TN 和NO3--N 為主，占82%左右。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，TN、NO3--N 在缺氧池明顯下降，說(shuō)明該廠工藝缺氧段反硝化效果好，脫氮效果明顯，NH3-N 從缺氧區(qū)至膜池逐漸降低，說(shuō)明除了在好氧池發(fā)生硝化反應(yīng)，污水在進(jìn)入膜池后仍發(fā)生硝化反應(yīng)。

2.3 沿程COD 去除情況

工藝沿程中，旋流沉砂池和膜格柵出水COD 分別為436 mg/L、434 mg/L，SCOD為178 mg/L、152 mg/L，這說(shuō)明該廠進(jìn)水不溶性COD 較多，COD 到厭氧池迅速降至80 mg/L 左右，從厭氧池到缺氧池COD 下降較快，而從缺氧池到好氧池COD 下降較慢，這說(shuō)明生化反應(yīng)先消耗易降解的COD，而難降解COD 較難分解提供生化反應(yīng)的能量，下降速率比較慢，該廠碳源不足，需要外加碳源。

2.4 測(cè)試過(guò)程

通過(guò)以上測(cè)試分析，可確定全流程測(cè)試方法：根據(jù)污水處理工藝進(jìn)行沿程采樣布點(diǎn)，從一級(jí)處理工藝開(kāi)始，至二級(jí)處理工藝、三級(jí)處理工藝等，最終至出水，每個(gè)處理工藝單元取1～4 個(gè)采樣點(diǎn)（根據(jù)實(shí)際情況酌情考慮，一般一級(jí)、三級(jí)處理前后取1 個(gè)點(diǎn)，二級(jí)處理每個(gè)工藝段取2～4 個(gè)點(diǎn)）；采樣后按照所需研究目標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，如需要對(duì)工藝進(jìn)行全面檢測(cè)，則需要對(duì)工藝單元進(jìn)行COD、SCOD、TN、STN、TP、STP、NH3-N、NO3--N、PO43--P 等水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定，通過(guò)對(duì)目標(biāo)污水處理廠的沿程COD、TN、NO3--N、NH3-N 指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，可很清晰地了解污水處理廠各污染物的降解速度和進(jìn)程，從而給工藝調(diào)控提供確切的依據(jù)。

3 功能區(qū)指標(biāo)模擬測(cè)試方法的建立

常見(jiàn)功能區(qū)指標(biāo)模擬測(cè)試指標(biāo)為硝化速率、反硝化速率及釋磷速率，目前常用測(cè)定方法有兩種，一種為實(shí)際工程中利用進(jìn)出水NH3-N、NO3--N、PO43--P濃度情況，結(jié)合水利停留時(shí)間算出活性污泥硝化速率、反硝化速率及釋磷速率；另一種為取出相應(yīng)功能區(qū)部分活性污泥，進(jìn)行小試試驗(yàn)，測(cè)定這三項(xiàng)指標(biāo)。因?qū)嶋H工程運(yùn)行影響的因素復(fù)雜性（如進(jìn)水水質(zhì)變化、回流量變化等），計(jì)算實(shí)際活性污泥硝化速率、反硝化速率及釋磷速率誤差較大，因此大部分學(xué)者使用第二種方法。對(duì)華東地區(qū)某污水處理廠A2O-MBR 工藝活性污泥進(jìn)行功能區(qū)指標(biāo)模擬測(cè)試分析，主要測(cè)定硝化速率、反硝化速率和釋磷速率，分別考察該工藝活性污泥的硝化能力、反硝化能力和生物除磷能力。

3.1 硝化速率

該污水處理廠的活性污泥硝化速率，數(shù)值為 3.58 mgNO3--N/gVSS·h，表明該污水處理廠活性污泥硝化效果略低于正常水平（該地區(qū)污水處理廠活性污泥硝化速率一般為4～6mgNO3--N/gVSS·h），但因進(jìn)入膜池的NH3-N 濃度相對(duì)較高，膜池提供了良好的硝化環(huán)境，因此膜池仍會(huì)發(fā)生硝化反應(yīng)，降低NH3-N 濃度。

3.2 反硝化速率

該污水處理廠活性污泥反硝化速率，第一段反硝化速率為1.52 mgNO3--N/gVSS·h，第二段為 0.74 mgNO3--N/gVSS·h，該廠反硝化速率較低（該地區(qū)污水處理廠反硝化速率一般為4～6 mgNO3-- N/gVSS·h），可能是因進(jìn)水碳源較少導(dǎo)致反硝化速率較低，第二時(shí)段易降解碳源被利用完，碳源更少導(dǎo)致反硝化速率進(jìn)一步降低，故該廠可能需要外加碳源以提高工藝反硝化能力。

3.3 釋磷速率

該廠污泥釋磷速率，第一段釋磷速率為6.83 mgPO43-- P/gVSS·h，第 二 段 釋 磷 速 率 為0.62 mgPO43-- P/gVSS·h。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該污水處理廠生物釋磷速率較高，生物除磷效果較好；加進(jìn)水的釋磷速率一開(kāi)始較高，后來(lái)降低，原因是進(jìn)水中的優(yōu)質(zhì)碳源被利用完，厭氧釋磷只能利用難降解碳源，因此釋磷速率降低。

3.4 測(cè)試過(guò)程

通過(guò)以上測(cè)試發(fā)現(xiàn)，對(duì)活性污泥進(jìn)行硝化速率、反硝化速率、厭氧釋磷特性等功能區(qū)指標(biāo)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，人們可判斷污水處理廠活性污泥微生物的脫氮除磷能力，結(jié)合生物系統(tǒng)功能區(qū)實(shí)際水力停留時(shí)間等指標(biāo)可核算生物系統(tǒng)的處理潛力，進(jìn)而對(duì)污水處理廠工藝運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

4 針對(duì)性模擬優(yōu)化測(cè)試分析方法的建立

不同污水處理廠因進(jìn)水、工藝和運(yùn)行管理間的差異，存在不同的問(wèn)題，因此需通過(guò)歷年數(shù)據(jù)分析、工藝全流程功能測(cè)試分析、功能區(qū)指標(biāo)模擬測(cè)試分析找出該廠特定的問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題尋找解決方案。通過(guò)對(duì)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行研究，筆者發(fā)現(xiàn)，多數(shù)污水處理廠存在氮磷去除效果不佳等問(wèn)題，以華東某污水處理廠A2O-MBR 工藝為例，對(duì)該污水處理廠存在化學(xué)除磷效果不佳現(xiàn)象進(jìn)行針對(duì)性模擬優(yōu)化測(cè)試分析，運(yùn)用化學(xué)除磷藥劑篩選試驗(yàn)，針對(duì)該廠篩選最佳化學(xué)除磷藥劑，同時(shí)確定最佳投藥量。

由試驗(yàn)可知，該污水處理廠化學(xué)除磷協(xié)同生物除磷試驗(yàn)中上清液PO43--P 的濃度隨投藥量的增加而減少，化學(xué)除磷藥劑仍對(duì)PO43--P 的去除具有較明顯的效果。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，聚合硫酸鐵除磷效果最佳，聚合氯化鋁次之，而聚合氯化鋁鐵去除效果最差。通過(guò)計(jì)算可知，投加相同量的除磷藥劑，聚合硫酸鐵比聚合氯化鋁的去除率高16.1%，建議該污水處理廠使用聚合硫酸鐵作為化學(xué)除磷藥劑。

將模擬優(yōu)化測(cè)試分析方法運(yùn)用于實(shí)際污水處理廠，可對(duì)污水處理廠的工藝運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，還可為擬進(jìn)行的工藝優(yōu)化調(diào)控方案進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證工藝優(yōu)化方案可行性，從而達(dá)到優(yōu)化污水處理工藝運(yùn)行方式的目的。

5 活性污泥建模與優(yōu)化調(diào)控分析

本文使用廣泛運(yùn)用于污水處理廠工藝調(diào)控的BioWIN 模型對(duì)污水處理廠進(jìn)行活性污泥建模，首先需要根據(jù)污水處理廠工藝實(shí)際情況建立模擬工藝的概化模型，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。模型的輸入?yún)?shù)包括構(gòu)筑物尺寸、有效水深、污泥回流量、剩余污泥量、溶解氧等參數(shù)，進(jìn)水特征參數(shù)輸入模型。然后，需要確定關(guān)鍵參數(shù)，其數(shù)值的確定方法有兩種，一種是通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定；另一種是通過(guò)數(shù)值試算使得模擬結(jié)果逼近實(shí)際情況，從而獲得參數(shù)的估測(cè)值。從原理上看，前一種方法較為準(zhǔn)確，但活性污泥模型中的許多參數(shù)的測(cè)試方法迄今仍不夠成熟；后一種方法能夠獲得較好的模擬效果，但具備一定程度的灰箱性質(zhì)，難以對(duì)參數(shù)值的確定作出具體解釋[2]。因此，實(shí)際模擬過(guò)程中往往對(duì)這兩種方法結(jié)合使用。

以華東某污水處理廠A2O 工藝為例進(jìn)行建模分析，主要分析回流比對(duì)各出水水質(zhì)指標(biāo)的影響。根據(jù)污水處理廠實(shí)際工藝流程、進(jìn)水水質(zhì)活性污泥基本參數(shù)建立概化模型，由模擬結(jié)果來(lái)看，春夏季時(shí)增大內(nèi)回流比能有效降低出水COD、TN、NH3-N 和TP 濃度；增大外回流比能降低出水TN、NH3-N 濃度，但會(huì)導(dǎo)致出水TP、COD 濃度升高，且外回流增大到100%時(shí)，出水TP 濃度超過(guò)0.3 mg/L。秋冬季時(shí)增大外回流比能有效降低出水TN、NH3-N 濃度，但出水TP、COD濃度會(huì)隨之上升；在一定范圍內(nèi)增大內(nèi)回流比會(huì)降低出水TN、NH3-N 和COD 濃度，但當(dāng)內(nèi)回流比達(dá)到800%后出水TN 濃度上升，出水總磷則隨內(nèi)回流量的增加呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)實(shí)際污水處理廠進(jìn)行活性污泥建模發(fā)現(xiàn)，使用BioWIN 模型進(jìn)行活性污泥建模，可對(duì)污水處理廠的工藝運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，同時(shí)可對(duì)無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的污水處理廠運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)控模擬，如更改內(nèi)外回流比、池容、進(jìn)水條件等，通過(guò)模擬后可得出污水處理廠最佳運(yùn)行方式。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠調(diào)研，b 筆者建立了一套一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠工藝運(yùn)行診斷方法。該方法以污水處理廠水質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，工藝全流程功能、功能區(qū)指標(biāo)模擬及針對(duì)性模擬優(yōu)化測(cè)試為手段，通過(guò)分析污水處理廠工藝運(yùn)行狀態(tài)，得出工藝運(yùn)行關(guān)鍵問(wèn)題，結(jié)合活性污泥模型分析，最終提出工藝運(yùn)行優(yōu)化方案。經(jīng)過(guò)以上測(cè)試分析，人們可以得出影響該工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題和可能實(shí)施的優(yōu)化運(yùn)行方案，針對(duì)該方案可設(shè)計(jì)針對(duì)性模擬優(yōu)化試驗(yàn)，最終通過(guò)活性污泥建模與優(yōu)化調(diào)控分析，確定工藝優(yōu)化運(yùn)行方案，提出該污水處理廠工藝穩(wěn)定運(yùn)行建議。