城镇污水处理厂提标改造及运行效果

摘要:广东某城镇污水处理厂处理规模26×104m3/d，采用“A2/O+氯消毒”的工艺形式，为满足新排污许可证的要求，需实施提标改造，从《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)二级排放标准提高到一级A标准和广东省地方标准《水污染排放限值》(DB44/26－2001)第二时段一级标准的较严值。通过对该厂历史运行数据的统计分析，综合该厂的实际情况，设计安装化学除磷系统。实施提标后，处理效果稳定达到预期目标。

关键词:城镇污水处理厂;提标改造;化学除磷

随着我国社会发展和城镇化的加速，废水的排放量逐年增加，水资源污染形势十分严峻。国家对环保行业的重视程度和支持力度不断提升，污水处理行业也得到了快速发展。“十二五”和“十三五”期间，国家大力推动建设污水处理厂，截止到2019年，全国城镇污水处理厂数量达到4140座，日处理能力达到2.14×108m3［1］。随着生态文明建设的持续深入进行，国家对污水处理设施的排放标准日趋严格，全国有越来越多的污水处理厂响应国家节能减排号召，通过工艺改造和工程改扩建，将排放标准提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)中规定的一级A标准或者更严的地方标准［2］。广东某城镇污水处理厂位于沿海城市，主要处理城区生活污水，处理规模26×104m3/d，服务范围75km2，采用“A2/O+氯消毒”工艺，污泥经浓缩池和离心脱水机处理至含水率80%以下，泥饼运至污泥焚烧厂焚烧处置，工艺流程图见图1。原设计出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)二级标准，已长期处于满负荷运行状态。根据国家及广东省的最新环保要求，该污水厂出水水质须提高至《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)一级A标准和广东省地方标准《水污染排放限值》(DB44/26－2001)第二时段一级标准的较严值，具体指标见表1.

1提标前进出水水质分析

通过对该厂2019年全年主要水质指标进行统计分析，发现进水水质会随季节的更替有所波动，总氮、氨氮和总磷存在超过设计浓度的情况，超标率分别为3.3%、8.8%和0.5%，尽管如此，该厂出水水质总体平稳，能稳定达到原排放标准要求，表明该厂的工艺运行效果良好，具备一定的抗冲击负荷能力。由表2可知，对比新排放标准要求，主要是总磷和SS存在较大的超标可能性，达标率分别只有6%和21%。因此，针对总磷和SS可能超标的问题，制定相应的技术方案。

2提标方法的选择

目前污水处理除磷技术主要有生物除磷和化学除磷两种。生物除磷主要是利用聚磷菌对溶解性磷的厌氧释放和好氧吸收作用，最终通过好氧过量吸磷，并随活性污泥的排放去除总磷。化学除磷是通过投加化学药剂，使磷成为不溶性固体沉淀物，进而从污水中分离出去。生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于受工艺设计、污泥浓度、排泥量、气温、水质等因素影响，去除效果存在波动情况，除磷效率有一定限度［3－4］。从该厂历史运行数据可以看出，单纯通过生物除磷作用，总磷去除率不超过60%，想要再进一步去除总磷，达到新排放标准，需考虑化学除磷的方法。化学除磷在强化除磷效果时，在系统内进行沉析反应和絮凝反应，沉析反应即溶解态物质转化为非溶解态物质或颗粒态物质，絮凝反应是细小的非溶解态或颗粒物质相互黏连形成较大絮体，提高沉降速率和颗粒物的去除率，也就是说，化学除磷不仅能提高总磷的去除率，还有利于进一步降低出水SS的浓度［5－6］。通过对该厂2019年的运行数据统计分析得出，对比新排放标准，不能稳定达标的出水指标主要是总磷和SS。因此，针对总磷和SS的进一步去除开展化学药剂投加试验研究。

3化学除磷试验

3.1试验方法

试验水样取自该厂生化池出水，试验采用的除磷药剂有:复合除磷剂CL、复合除磷剂YW和聚合氯化铝(PAC，有效含量10%)。试验时，药剂均配制成浓度10%的药液进行投加。试验进行两组小试，每组取9个水样，每个水样取500mL生化池出水，同时分别投加剂量不同的药液，采用六联搅拌器同步进行混凝搅拌。先以120rpm快速搅拌1min，再以50rpm慢速搅拌15min;静沉30min后取上清液，采用国标钼酸铵分光光度法检测总磷指标。每组药液投加量从40mg/L开始，每个样依次递增10mg/L，总共投加8个样，另设一个不投加药液的空白对照样。

3.2结果与讨论

两组水样原水总磷浓度分别为3.2mg/L和1.5mg/L，由图2和图3可知，复合除磷剂CL在两组试验中，都能将总磷降至0.5mg/L以下，另外两个药剂只有在原水浓度较低时才能有可能降至0.5mg/L以下。由两组小试结果可知，如将总磷降至0.5mg/L以下，去除每毫克总磷的复合除磷剂CL单耗为29～35mg，而聚合氯化铝和复合除磷剂YW单耗分别为38mg和50mg，在原水总磷浓度3.2mg/L的试验组，聚合氯化铝和复合除磷剂YW在投加范围内，均未能达到0.5mg/L以下。在原水总磷1.5mg/L的试验组，复合除磷剂YW投加到60mg/L后，总磷出现反弹，而复合除磷剂CL和聚合氯化铝的投加曲线则趋于稳定，表明除磷剂投加到一定程度后，总磷的残余量将达到一个极限值，无法通过投加药剂进一步去除，残余的总磷可能为有机磷，无法与药剂反应。投加复合除磷剂YW后总磷出现轻微反弹，可能是由于药剂的过量投加，导致絮凝沉淀平衡被打破或药剂含有能被误检为总磷的成分。两组试验中复合除磷剂CL的总磷去除率可达到85%左右，复合除磷剂YW的总磷去除率最高70%，聚合氯化铝的总磷去除率最高80%。相同投加量的情况下，复合除磷剂CL的总磷去除率都高于另外两种药剂。结果表明，除磷效果最佳、单耗最低的是复合除磷剂CL，去除每毫克总磷的单耗为29～35mg，然后依次是聚合氯化铝和复合除磷剂YW。故选取复合除磷剂CL作为生产试验的首选除磷药剂。

4药剂投加系统的设计

根据厂区构筑物平面布置及工艺流程情况，鉴于该厂没有深度处理工段，将药剂投加点分别设置在一期工程两组生化池出水口和二期工程一组生化池出水井，每个投药点配置一套药液投加系统，包含隔膜计量泵(加药泵)、储药罐、管路、控制箱等，每套投加系统配置两台加药泵和两个储药罐，一用一备。药剂投加系统流程见图40

5应急提标后的处理效果

由表3可知，在进水水质相似的情况下，提标后部分出水指标有明显改善，特别是总磷和SS。出水总磷均值0.29mg/L，去除率90%，出水SS均值6mg/L，去除率90%，两者相比提标前的56%和85%均有所提升。CODCr、BOD5、总氮、氨氮等去除率略微提升，但不显著。因此，除磷剂主要对去除总磷和SS有显著作用，对其他指标没有明显促进作用。整体出水可稳定达到新排放标准。该药剂属铁盐复合剂，溶液呈赤褐色，药剂投加后会使生化池中的污泥混合液呈现一定的赤褐色，但对出水色度基本没有影响。去除总磷主要是通过除磷剂与溶解性磷酸盐反应生成沉淀物，在污泥沉淀阶段随排泥一并去除。而SS的去除主要是通过除磷剂水解絮凝作用，网捕悬浮颗粒物，同样可随污泥一并沉降和排除。由于SS中含有一定的活性污泥分散颗粒，在总磷检测时会被消解成为总磷的一部分，故活性污泥分散颗粒的沉降对出水总磷的降低也起到的重要的作用。除磷剂呈酸性，对比投加除磷剂前后的进出水pH值，投加除磷剂前，进水pH在6.59～7.22之间波动，均值6.96，出水pH在6.50～6.87之间波动，均值6.63。投加除磷剂后，进水pH在6.33～7.34之间波动，均值7.00，出水pH在6.27～6.80之间波动，均值6.43。可以看出在进水pH值变化不大的情况下，投加除磷剂后，出水pH值略微下降，均值降幅约3%。pH值的波动范围仍在生化系统适宜的6～9的范围，对生化系统的影响可以忽略不计。提标后对生化池中活性污泥进行镜检观察(见图7和图8)，菌胶团边缘清晰，结构紧密，微生物的种类、大小、数量及活性较提标前没有明显的变化。投加除磷药剂后，可达到预期处理效果，从主要指标的处理情况看，活性污泥的污染物降解能力没有降低，药剂的投加没有出现文献报道的对生化系统造成的不利影响。

6结论

针对该厂原工艺和新排放标准达标要求进行分析，开展药剂试验，制定提标方案，并予以实施。结果表明，出水总磷和SS有明显改善，平均浓度分别是0.29mg/L和6mg/L，去除率均达到90%，其他指标改善的程度不显著。药剂复合除磷剂CL的投加会使活性污泥呈现一定的赤褐色，但对出水感观没有明显影响。药剂的投加对活性污泥中的主要微生物也没有显著影响。整体出水可稳定达到新排放标准，达到预期处理效果。

作者：郭海鹏 周益钦 林珲 蔡佳青 纪泽霞 纪斯栋 单位：汕头大学理学院 广东联泰环保股份有限公司