文_林锐 于岑 郑耀华 深圳市环境科学研究院

1 水质净化厂现状

本项目实施厂区为某水质净化厂，该厂2006年建设，2009年正式投产，设计规模为300000m3/d，采用曝气生物滤池工艺处置废水，再通过紫外线对水质进行消毒，处理产生的污泥经机械浓缩脱水后外运处置。原水质执行标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，提标改造的目标是主要指标出水水质符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅳ类水标准与《城镇污水处理产污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准的较严者。由表1可知，该水质净化厂对于水中化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、粪大肠菌群和悬浮物（SS）的去除效果较好，但对于氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）的处理很难满足标准的要求，因此提标改造目标是实现这几项污染物（特别是总氮）的深度去除。

表1 水质排放标准及水质净化厂改造前检测数据

2 改造工艺方案

2.1 AAO+磁混凝高效沉淀工艺

针对该水质净化厂的水质处理现状和要求，项目采用改造AAO+磁混凝高效沉淀工艺流程作为提标改造的主体工艺。AAO工艺通过构造厌氧-缺氧-好氧三种环境，使异养微生物菌群之间相互配合，代谢分解污染物实现脱氮除磷的效果。相较于普通的生物处理法，AAO工艺由于具有结构简单、水流停留时间短、易于管理和运行等优点，已成为我国水质净化厂最常用脱氮除磷工艺。

磁混凝高效沉淀工艺就是在常规沉淀的基础上添加磁粉，在磁场的作用下去促进絮凝提的沉降，具体可分为两种：①磁粉与混凝剂结合共同作用，在磁场内分离磁性絮状体；②利用带有絮凝作用的特异性磁种，通过其表面的特异性集团完成混凝作用。沉降后的污泥经过磁粉回收系统将污泥与磁粉分开，分离后磁粉返回沉淀工段重复利用。磁粉回收系统由高剪切机（对沉降物进行粉碎）和磁分离机（分离污泥及磁粉）两部分组成。

2.2 具体实施方案

本次提标改造的主要内容包括：优化改造预处理沉淀池、生物滤池、二沉池，新建AAO生化池、磁混凝沉淀池、加药间等，同时对所有设备进行维修升级。本次提标改造不涉及扩容，改造后的水处理能力仍为300000m3/d。改造后的水质净化厂的工艺流程为“粗格栅+强化预处理沉淀池+细格栅+生物滤池+微砂沉淀池+AAO生化池+二沉池及集配水井+磁混凝沉淀池+磁粉回收系统+紫外线消毒+污泥处理系统”，具体工艺流程如图1所示。

AAO工艺的重点在于活性污泥的培育：培育初期将溶解氧的浓度控制在2～4mg/L，同时应稳定碳源并适当曝气；培育中期逐步提高污泥的浓度，控制pH、溶解氧、氨氮等指标。磁混凝高效沉淀工段在使用过程中应注意助凝剂添加顺序、磁种粒径、水环境等因素对絮凝效率的影响。此外，每月应对磁桶进行维护保养，确保其不受额外摩擦，保持正常运转。

水中的COD一部分在厌氧池中通过微生物的吸附和生物脱磷被降解掉，另一部分在AAO系统中通过生物降解和硝化及反硝化作用去除。BOD在生物脱氮、脱磷过程中作为生物碳源被消耗掉。NH3-N在AAO系统中经过亚硝化和硝化细菌作用降解。TN通过氨化反应，被氨化菌分解转化成氨态氮，然后在亚硝化和硝化细菌的作用下被转化成亚硝酸胺和硝酸铵，再经过异养型兼性厌氧菌的反硝化反应被还原成氮气。 聚磷菌在厌氧环境中释放磷，在好氧状态下会过量地摄取磷，再通过富磷污泥，从而达到去除TP的效果。

采用生物脱氮工艺时，BOD5/TN≥3.5时效率最优，根据水质净化厂改造前检测数据可得BOD5/TN=1.89。采用生物脱磷时，BOD5是除磷菌活动的基质BOD5/TP≥17时效率最优，水质净化厂改造前BOD5/TN=13.25，因此为了实现高效率的脱氮和脱磷效果，应补充额外碳源。本方案采用乙酸钠作为补充碳源。此外TN和TP的去除过程极易受到溶解氧、pH、温度等条件的影响，因此选择合适的工艺运行参数尤为重要。

此外，水质净化厂所在区域还存在分季节运行模式，在旱季水量较小但污染浓度较高，水量组分变化较大的时期，提标改造后的水质净化厂增加了加药单元，可通过使用添加药剂的手段（如使用聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁等），进一步弥补在水质变化幅度较大情况下，系统除磷、氮效率不足等问题。

3 提标改造结果分析

3.1 检测方法

对水质处理厂改造前后的进出水口的水质进行检测，取样为24h混合样。本实验中pH的检测方法是《水质pH值的测定玻璃电极法》GB/T6920-1986，溶解氧的检测方法是《水质溶解氧的测定 碘量法》GB/T7489-1987，COD的检测方法是《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法》HJ 828-2017，BOD5的检测方法是《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定稀释与接种法》HJ505-2009，SS的检测方法是《水质 悬浮物的测定 重量法》 GB/T11901-1989，氨氮的检测方法是水质 氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》HJ535-2009，总氮的检测方法是《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》HJ636-2012，总磷的检测方法是《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》GB/T11893-1989，粪大肠菌群的检测方法是《水质 粪大肠菌群的测定 多管发酵法》HJ347.2-2018。

3.2 提标改造结果

对水质处理厂改造前后的进出水口的水质进行检测，具体水质处理情况如表2和表3所示。

表2 水质净化厂提标改造前后检测数据

表3 水质净化厂提标改造前后部分污染物去除率比较

从表2、3数据分析可得，经过提质改造，水质净化厂出水的各项指标同时符合GB3838-2002中Ⅳ类水标准的要求。改造后COD的去除效率由86.31%提升至91.28%，说明AAO工艺对有机物的冲击负荷的抵抗力较强，去除能力有所提升。改造后的BOD5的去除效率也有所提高，由91.81%提升至93.12%。改造前后SS的去除效率差别不大。NH3-N的去除效率从95.52%提升至97.78%，TP的去除效率从84.40%提升至96.23%，TN改造前后的效率由74.47%提升至93.74%，提升的幅度较大，但去除效率仍有一定的提升空间。

4 结语

截止2019年底，全国城镇水质净化厂中有1550余家仍在执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A类标准，这占据了全国总厂数的53.20%，新一轮提标改造工作仍任重道远。项目综合考虑相关标准的要求、原水质净化厂的处理工艺及现有设备、该区域的水质情况，研究确定了提标改造工艺，即通过改良AAO工艺，增加磁混凝高效沉淀工艺，去解决了出水中NH3-N、TN、TP不达标的问题，以期为水质净化厂的提标改造工作提供借鉴。

此外，在实现污染物深度去除满足现行标准的前提下，低碳环保的水质净化工艺或许是将来的行业发展的重点。未来水质净化厂的提标改造或许可以从优化工艺设计减少运营成本，调整区域布局减少管道迂回降低水头损失，研发先进设备。