天津某工業園區污水廠擴容與提標改造工程實例
摘要：天津某工業園區采用水解酸化/厭氧/缺氧/好氧/MBR/臭氧氧化/紫外消毒工藝對園區內污水處理廠進行擴容與提標改造。工程設計處理能力為10000m³/d,連續9個月的運行結果表明，當進水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，經該工藝處理后對SS、C0D、NH4+-N、TP和TN的平均去除率分別高達92%、87%、96%、95%、78%,出水水質滿足天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB12/599—2015)A標準。該工程具有運營成本適中、自動化程度高及污染小等特點。
近年來，隨著工業化的不斷發展，城市污水量及其污水復雜程度不斷增加，污水處理難度加大。為了保證城市工業化與生態化建設的協調發展，需對處理不達標污水處理廠進行擴容和提標改造，以便更好地為整體城市建設與發展提供功能支撐。
天津大港某工業園區歷經多年的建設發展，已經形成以精細化工、合成材料、有機中間體、生物制藥、機械加工等產業為主的綜合性產業園區。隨著園區各類企業的入駐，污水量逐年增加，污水水質更加復雜化，已超出當前污水處理站處理能力，且處理效果無法達到排放標準。按天津市最新地方排放標準的要求，需對其進行擴容和提標改造。
1 項目概況
園區規劃面積約為7.5k㎡。目前已建成污水處理廠一座，污水處理能力為5000m³/d該污水處理廠原設計工藝為預處理+缺氧+接觸氧化+沉淀+多介質接觸過濾+催化氧化+曝氣生物濾池+高效過濾+脫鹽，設計出水水質要求達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002)的一級A標準。但在實際運行過程中，后續的“多介質接觸過濾+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，出水水質未能達標。
根據目前園區各企業污水排放量統計，園區污水量已增至8000m³/d,超過現有污水廠總處理能力。天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(DB12/599—2015)規定：當設計處理規模10000m³/d時，執行A標準。基于園區污水產量增加和對污水廠排放要求提高的客觀情況，決定將園區污水廠處理能力擴容至10000m³/d并提標至天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB12/599—2015)的A標準。
2 水質及原工藝運行分析
2.1 水質分析
該污水處理廠以處理工業園區企業廢水及生活污水為主，園區多為石化企業，水質較復雜。雖然園區企業有自身的污水處理設施，但仍有部分含油、含堿廢水進入污水收集管網，繼而進人處理系統。根據12個月的連續監測結果，確定了污水處理廠進水水質波動范圍，并將其作為設計依據。設計進水及出水水質見表1。
①可生化性分析
B/C是判斷污水可生化性的重要指標,一般認為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。根據污水處理廠進水水質統計，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行預處理，這是本處理工藝的重要環節。
②生物脫氮分析
BOD5/TN值是判別常規脫氮工藝能否有效脫氮的重要指標。從理論上講，BOD5/TN多2.86就能進行生物脫氮，但一般認為BOD5/TN這4.0才能進行有效脫氮。根據污水處理廠進水水質統計,BOD5/TN為3.83~7.84,原水水質大多數情況下能滿足生物脫氮要求。根據水質監測數據，總氮處于上升趨勢，故該工程預留碳源投加裝置。
③生物除磷分析
BOD5/TP值是鑒別常規除磷工藝能否生物除磷的主要指標。一般認為該值要大于20,比值越大,生物除磷效果越明顯。根據污水處理廠進水水質統計，BOD5/TP為32.9~90.9，滿足生物除磷的要求。
2.2 原工藝運行分析
原處理工藝流程見圖1。
原水經格柵、沉砂池等簡單的預處理后進人缺氧+好氧工藝，經沉淀池沉淀后排放。該工藝無法完成生物除磷，磷的去除只能依靠化學絮凝作用，需投加大量藥劑。該工藝結構簡單，污泥負荷低，抗沖擊能力差，高負荷污水尤其是工業廢水易對污泥系統造成沖擊，致其崩潰，無法達到處理效果,這是目前出水COD、NH4+-N、TN嚴重超標的主要原因，加之后續深度處理工藝未啟用，使整套污水處理系統處于癱瘓狀態。
3 提標改造工藝
3.1 工藝選擇
該污水處理廠進水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，故在生化反應前段設置水解酸化池。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物的去除,且可以充分利用原有缺氧池和接觸氧化池等構筑物，工程量較小。采用MBR膜處理系統進行泥水分離，同時，也將大部分溶解態和膠體態的污染物攔截下來。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物,故通過臭氧強氧化將其徹底降解，實現有機污染物達標。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。
原水經調節池均化水質后進人水解酸化池，水解酸化池可以提高污水的可生化性,從而減少反應時間和處理能耗。水解酸化池出水進人A2O池池進行進一步的生化反應，發生碳氧化、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，實現泥水的有效分離。同時在該工段投加PAC，增強菌膠團的凝聚和吸附作用，提高溶解態磷的吸附與吸收，TP濃度在此進一步降低。
MBR池出水仍含一部分難生物降解的可溶性有機物，故通過臭氧強氧化將其徹底降解，以達到排放要求。臭氧及其產生的活潑自由基使發色基團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,實現達標排放。
預處理及生化處理產生的污泥均排至污泥濃縮池進行減量化處理。
3.3 主要構筑物及設計參數
①調節池。2座，鋼筋混凝土結構，總有效容積為8400m³,停留時間為21h。
②事故池。2座，鋼筋混凝土結構，總有效容積為3150m³,停留時間為7.7h。
③水解酸化池。4座，鋼筋混凝土結構，總有效容積為6051.5m³，停留時間為14.52h。
④A2O池。設計水量為10000m³/d，水溫為12℃。污泥負荷為0.081kgBOD5/(kgMLSS.d)。
厭氧池:4座，總有效容積為810m³,停留時間為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，單池設計尺寸：L x Bx H =5.6m x 3.0m x 3.5m，其中膜池12座，反洗水池4座，化學清洗水池4座。膜瞬時過濾通量為15L/(㎡•h),日累計過濾時間21.6h，日累計反洗時間0.48h,反洗通量為25L/(㎡•h)，日累計過濾水量為10445.8m³，日累計反洗水量為386.8m³，日累計有效產水量為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，鋼結構，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，臭氧產生濃度為60kg/h。臭氧破壞器規格為40~50Nm³/h，N=5.5kW,2套（1用1備）。
⑧除臭系統。生物濾床1座，一體化玻璃鋼設備，有效容積為435m³。生物濾床為全封閉，設檢修口、觀察口、裝卸料口、進出氣口、給排水裝置等。內含新型營養型生物濾料，生物濾料為礦石覆蓋營養膜無機濾料，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。
廢氣經導人口先平流進入預處理床，經前級清水洗滌,在洗滌區完成對酸性和水溶性氣體污染物的吸收、除塵及加濕的預處理。未清除的惡臭氣體再進入生物濾床過濾區，污染物從氣相轉移到生物膜表面。生物濾床利用微生物的代謝活動降解揮發性有機化合物（VOCs)和惡臭物質，從而達到無臭化、無害化的目的。
⑨紫外消毒渠。1座，有效容積為47.3m³,接觸時間為408s。
4 運行效果
4.1 對SS的去除效果
改造后運行期間系統對SS的去除效果如圖4所示。
如圖4所示,運行期間進水SS不穩定,5月一9月進水SS為69~84mg/L,10月之后SS降至28~40mg/L，出水SS穩定保持在4mg/L，SS去除率在92%左右波動。SS的去除主要依靠MBR膜的過濾作用實現，由于MBR膜孔徑為0.1pm并結合定期自動反洗，因此,膜通量基本維持不變，從而保證出水SS穩定達標。
4.2 對COD的去除效果
運行期間對COD的去除效果見圖5。
如圖5所示，運行期間進水COD不穩定，最低為75mg/L,最高335mg/L;出水COD較為穩定，維持在11~28mg/L;C0D去除率較穩定，平均去除率為87%,且整體呈逐步升高趨勢。難降解有機物經水解酸化池處理后，被分解為小分子易降解有機物,提高了廢水的可生化性，進而提高了后續處理工藝對COD的去除率。隨著運行時間的不斷增加，水解酸化池和后續工藝的活性污泥穩定性逐漸提高，處理效率隨之提高。
4.3 對NH4+-N的去除效果
運行期間對NH4+-N的去除效果見圖6。
如圖6所示，2018年運行期間進水NH4+-N穩定在17~29mg/L，出水NH4+-N維持在3mg/L以下。2019年1月由于園區某工廠超標排放，進水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，說明已經形成穩定的污泥系統，具有一定的抗沖擊負荷能力。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水污染物濃度較低，未及時調小曝氣量，活性污泥自身發生氧化，使其活性降低，從而導致NH4+-N去除率降低。
如圖7所示，運行期間進水TP在2.7~5.2mg/L范圍內波動，出水TP穩定在0.26mg/L以下，TP去除率在95%上下浮動。TP是依靠系統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工藝段均設有排泥系統，可確保在系統內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TN的去除效果
運行期間對TN的去除效果見圖8。
如圖8所示，運行期間進水TN在17~48mg/L范圍內波動，出水TN穩定在4~8mg/L，均達到排放標準，TN去除率為60%-90%,平均為78%。TN的去除主要發生在缺氧段，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,是實現較高TN去除率的重要保障。
5 運行中的問題與分析
①加藥量控制。應每天檢測進水水質，經匯總分析后，確定碳源最佳投藥量，每月根據水質進行調整，避免藥劑浪費和確保水質達標。
②進水嚴重超標情況處理。如發現進水水質嚴重超標或pH值異常、含油污水進入，則嚴禁污水直接進人生化系統，需經稀釋等預處理后方可進人后續工藝，防止對污泥系統造成沖擊。
③MBR膜清洗。該污水處理廠主要處理工業廢水和生活污水，其中工業廢水中含油成分易對MBR造成堵塞，需定期清洗，保證膜通量。
6 技術經濟分析
6.1 建設成本
該項目總投資為9889萬元，其中第一部分工程費用為8077萬元，工程建設其他費用為1144萬元，預備費用為461萬元，建設期貸款利息為169萬元，鋪底流動資金為38萬元。
6.2 運行成本
該工程處理水量為365x104m³/a，具體運行成本:外購原材料費68萬元/a,外購燃料動力費452萬元/a，污泥處置費514萬元/a，膜更換清洗費37萬元/a,工資及福利費135萬元/a，修理費197萬元/a,其他費用70萬元/a;經營成本1472萬元/a,單位經營成本4.03元/m³。
7 結論
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天津某工業園區污水處理廠進行擴容和提標，解決了廠區處理能力不足和水質不達標的問題，對SS、COD、NH4+-N、TP和TN的平均去除率分別達到92%、87%、96%、95%、78%，出水水質優于天津市《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB12/599—2015)A標準，滿足園區發展的污水治理需求，且處理工藝具有自動化程度高、運行穩定、對環境污染小、費用適中等特點，具有良好的經濟和環境效益。
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