常龙艳，武 迪，叶晓菲，潘建通

（1.陕西省水务集团有限公司,陕西 西安 710035；2.陕西省水务环保集团有限公司,陕西 西安 710035；3.钱江水利开发股份有限公司,浙江 杭州 310000；4.北京博汇特环保科技股份有限公司,北京 100000）

1 水厂基本情况

吴起县第二污水处理厂工程范围北起杨青川口吴起县第一污水处理厂,南至店咀子,主要收集新建城区内生活污水、金马工业园区污水以及部分超出吴起县城区污水处理厂处理能力的污水。受纳污水类别为：生活污水、农副产品加工产业、绿色能源化工产业、汽车产业、现代物流业、新能源产业污水等。吴起县第二污水厂设计规模为近期1.0×104m3/d,远期2.0×104m3/d[1]。第二污水处理厂工艺主体采用来水→粗格栅及提升泵井→细格栅及曝气沉砂池→初沉池→改良A2/O生物处理工艺+二沉池→高效沉淀池→反硝化滤池→次氯酸钠消毒→巴氏计量槽→出水。出水执行国家“一级A”排放标准。根据污水厂进水口的监测数据,水厂进水水质水量波动较大,进水各项指标见表1。

表1 第二水厂进水水质指标 单位：mg/L

表2 金马工业园区各排污单位设计进水水质表 单位：mg/L

2 目前存在的问题及原因分析

每年常规季节4月～10月。吴起县第二污水处理厂出水NH3-N处理效果稍差,CODCr、TP处理效果尚可,其他指标较好,可以稳定满足一级A的达标要求,但在低温季节10月末至次年3月,污水厂的COD、总氮去除效果不好,距离一级A和准Ⅳ类水质达标还有一定的差距。各类污染物出水浓度值及达标率见表3。

表3 出水水质达标率 单位：mg/L

分析原因如下：

（1）低温时生物处理系统菌群活性失调。最低温时排水总出口水温仅为7℃,功能微生物的种群组成、活性、细胞增殖,以及水的粘度、曝气池的充氧效率、活性污泥的絮凝与沉降性能等指标均会发生较大变化,某些对温度敏感的微生物活性会遭受低温抑制,导致污水处理系统菌群活性失调,从而严重影响了污水处理效率,尤其是脱氮的效率[2-3]。

（2）污水厂进水中有一定的工业废水,各工业厂废水水质不同,生产、排放规律也不同,导致进水对污水处理系统有一定的冲击性,污水处理系统运行不平稳,CODCr无法稳定维持在准Ⅳ类达标的水平。

（3）NH3-N指标平均值为2.2,最高值为6.2,虽然所有出水数据均满足一级A的标准,但相比于其他污水厂的运行数据,出水NH3-N较高,应该与进水的高NH3-N浓度和生物池好氧段的运行情况有关；相对应的TN进水浓度较高,可能在运行中也会存在出水TN较高、不稳定的情况。

（4）TP指标完全满足一级A标准的要求,但准Ⅳ类的达标率仅有30%,因为脱氮压力较大而不可能降低污泥龄,因此需要考虑辅助除磷的手段[4]。

3 技术处理对策

根据水质特性以及相似污水处理经验,在节约建设成本、运行成本的理念下,保持前端污水预处理单元不变的情况下,将原设计改良A2/O生物处理工艺+二沉池改为BioDopp工艺,使COD、TN一次达标；深度处理工艺为高效沉淀池+纤维转盘滤池,保证总磷和SS达标排放。工艺及改造建议如下：

（1）BioDopp工艺是基于低溶氧条件短程硝化反硝化原理进行设计的一种一体化高效生化污水处理工艺,将除碳、脱氮、除磷甚至沉淀等多个单元设置成一个组合单元,有效节省了占地面积,缩短了工艺流程,使得传统流程中不同单元能够有机组合,并充分利用一次提升势能完成了污水在整个系统内的输送,降低了污水提升的能耗,减少了土建及管道投资,并且也大大缩短了巡检路线,便于运营管理。AAOC一体化结构见图1。

图1 AAOC一体化结构示意图

（2）新增空气提推器

空气提推器是由风机产生的压缩空气作为动力源,通过均匀布气系统来改变局部水体的密度,在特殊的池体结构下提高充气区液面来推动水体的运动。可以直接影响混合液的回流比,进而实现整个池内大流量水流的能动调节。空气提推器工作液面控制提升扬程小于50 mm,在低能耗的基础上,根据不同污水水质特征可实现几倍至几十倍的全液回流。水体中的污染物随着水流循环,逐步被微生物吸附或降解,到池体末端时,有机物含量基本接近出水水平,这种泥水混合物通过空气提推与来水混合完成对进水高倍稀释,可迅速将进水浓度降到相对很低的水平,这样保证了池内的低浓度梯度差,从而为微生物创造了较为安逸、稳衡的生长环境。

（3）提高回流比

高回流比实现方式是通过空气提推技术来实现的,其最大好处在于瞬间稀释进水浓度,使得整个生物池内浓度梯度负荷最小化,并能有效地抵抗冲击负荷。改造后的吴起县第二污水处理厂BioDopp生化池一般可控制回流比4倍～6倍左右,对于园区的工业废水,通常会根据其来水浓度将回流比控制于几倍至几十倍,但其动力源皆是来自低扬程、大断面的空气提推器,无需增加新的回流设备。

（4）更换原有曝气系统

BioDopp生化池专有的曝气技术为微生物创造贴近稳衡的生存环境,尽量压低其通气量,扩大气泡在水体中的滞留时间,进而扩大氧利用率。特殊的曝气软管壁厚在0.35 mm～0.45 mm之间,低通气量（0.6 m3/（m·h）～1.0 m3/（m·h））便可正常曝气。高密度均匀开孔与特殊打孔技术使鼓出气泡更为均匀,其直径更小,缓慢曲线上升的流速保证其有足够时间与水体接触,有效增大了氧转移效率；密集平铺的安装方式杜绝了曝气盲区,形成了全接触环境,微生物也不再包裹在絮状污泥内部,良好的接触条件造就了高效的氧传递效率。除此之外,曝气管采取可提升的安装方式,使曝气管的检修与维护更加简单、易操作。

（5）剩余污泥旋流分流

BioDopp采用水力旋流器对剩余污泥进行分流,可以将SVI低的污泥回流到生化反应器内,排出SVI高的污泥作为剩余污泥。该系统可以改善生化反应器内活性污泥的沉降性能,间接提高生化反应器内的污泥浓度；在特殊条件下可以分流并筛选出颗粒污泥,强化生化反应器的处理能力,并保障沉淀池的泥水分离效果,使得出水SS更低。

4 工艺综合对比分析

在同等进水指标条件下,BioDopp与传统的A2O工艺、MBBR工艺、MBR工艺在占地、能耗、药耗、达标等方面的综合对比情况见表4[2]。

表4 生化处理工艺综合比较表

续表4

经综合分析,BioDopp具有出水指标优越、节能降耗,高效的曝气系统氧利用率、节省占地,占地面积节约40%以上,运行可靠自动化控制,操作维护量少,维修更换简便等优势[5-6]。

5 结论

吴起县第二污水处理厂低温季节受环境温度的影响,生物处理系统菌群活性失调是导致出水超标的主要原因。本文针对这一原因提出将原设计改良A2/O生物处理工艺+二沉池改为BioDopp工艺,深度处理工艺改为高效沉淀池+纤维转盘滤池,使COD、TN一次达标。BioDopp工艺相较传统工艺具有总投资低、运行费用低、构筑物少、工艺流程短、占地少、处理效果好且稳定、无污泥膨胀等优势,且结构形式灵活,比较适用于原位提标扩容项目。BioDopp工艺通过大回流比,实现了池内复合低浓度梯度,具有较好的抗冲击负荷能力,且可将污染物浓度梯度降至最低,减少臭味。其先进的曝气方式和曝气软管,使得低温季节氧的利用率提高,增强生物处理系统的运行效率,有利于保持微生物活性,同时低溶氧、长污泥龄增加了污泥浓度,微生物适用低温的能力更强,加之配套阳光房等措施,可实现冬季低温条件下出水稳定达标。为我国西北部污水厂下一步实施提标改造方案提供技术建议和指导帮助。