甘一萍指出，重點(diǎn)還是在深度處理的脫氮和除色。現(xiàn)在二級(jí)出水一級(jí)B的出水，硝酸鹽和總氮還是很高的，另外COD要進(jìn)一步降低，還有脫色、消毒、殺菌的要求。所以在關(guān)鍵性的單元，是生物濾池深度脫氮和臭氧氧化方面的研究。主要是協(xié)同處理提高出水脫氮除色效能，通過(guò)AAO和反硝化濾池協(xié)同深度脫氮，協(xié)同增效脫色消毒是通過(guò)多級(jí)加藥和臭氧，進(jìn)行消毒和脫色的功能，最終滿足景觀環(huán)境的要求。
A2/O生物強(qiáng)化脫氮除磷工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)
甘一萍：大型城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造必要性及技術(shù)分析
隨著我國(guó)水污染問(wèn)題日益突顯，城市污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的提高已是大勢(shì)所趨。隨之而來(lái)的，城市污水處理廠出水水質(zhì)的要求不斷提高,水質(zhì)提升成為開(kāi)發(fā)水資源的另一途徑，污水處理廠的提標(biāo)改造工作也已成為重中之重。然而，在這一過(guò)程中，不能合理設(shè)置目標(biāo)，以致剛建成就要改造，改造后出水水質(zhì)仍難以達(dá)到預(yù)期要求的案例屢見(jiàn)不鮮。
在2018第四屆長(zhǎng)三角（蘇浙滬）排水與污水處理研討會(huì)上，來(lái)自北京的治水專家，中國(guó)水協(xié)排水委秘書(shū)長(zhǎng)甘一萍由“北京為什么要做地方性的標(biāo)準(zhǔn)”這一角度切入，從提標(biāo)改造的需求、升級(jí)改造技術(shù)路線的分析、大型城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造案例三個(gè)方面，通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)及工程實(shí)踐，闡述了在深度處理、提升的過(guò)程當(dāng)中，可以采取的技術(shù)及存在的問(wèn)題，討論了北京污水處理廠升級(jí)改造的必要性、技術(shù)路線選擇及寶貴經(jīng)驗(yàn)，并分享了適合北京再生水廠提標(biāo)改造的兩條技術(shù)路線。應(yīng)該說(shuō)不同的污水處理廠在提標(biāo)的過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)樽陨淼墓に嚥煌疑婕暗降南鄳?yīng)用地等各方面的條件限制，所選用的技術(shù)也會(huì)有所不同。但甘秘書(shū)長(zhǎng)所提到的兩條技術(shù)路線，可能在很多地方也是適用的。
作者：甘一萍亞洲環(huán)保編輯整理
甘一萍
現(xiàn)如今，新技術(shù)及新材料被不斷應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中，導(dǎo)致排放的污水中所含污染物的含量和種類越來(lái)越復(fù)。要滿足排放指標(biāo)，就要對(duì)污水處理廠升級(jí)改造，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高處理效率，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
北京市治水專家，中國(guó)水協(xié)排水委秘書(shū)長(zhǎng)甘一萍從提標(biāo)改造的需求、升級(jí)改造技術(shù)路線的分析、污水廠升級(jí)改造案例三個(gè)方面，闡述了北京污水處理廠升級(jí)改造的必要性及技術(shù)路線的選擇。
提標(biāo)改造的需求
甘一萍首先指出提標(biāo)改造的目的是為了改善地表水體的環(huán)境功能。我國(guó)地表水功能和環(huán)境功能按照Ⅰ到Ⅴ類分的，劣Ⅴ類水的污染程度已經(jīng)達(dá)到比Ⅴ類還要惡劣的程度。我國(guó)現(xiàn)行的GB18918標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水處理廠的出水設(shè)了三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中一級(jí)B、一級(jí)A都是針對(duì)劣五類的標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)排水委在2016年年鑒統(tǒng)計(jì)，全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠3152座，目前達(dá)到一級(jí)A、一級(jí)B的基本上已經(jīng)90多座，都是一級(jí)A、一級(jí)B的出水，地表水仍然還是劣Ⅴ類。當(dāng)時(shí)水務(wù)局的局長(zhǎng)就說(shuō)污水處理廠都已經(jīng)達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)了，但水還有茶葉的顏色和土腥的味道，所以老百姓不接受。2008年以后，北京所有污水處理廠都達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)以后，很多下游的水，仍然都是劣Ⅴ類。所以在這種情況下，北京就提出：干脆直接把污水處理成地表Ⅳ類水，因?yàn)楸本](méi)有清水來(lái)補(bǔ)充，雨季的降雨也非常少，所以就直接提地表Ⅳ類。當(dāng)時(shí)很多院士和教授都提出太超前了。當(dāng)時(shí)還成立了國(guó)家的水專項(xiàng)，叫做“北京城市再生水水質(zhì)提高關(guān)鍵技術(shù)研究和示范”，當(dāng)時(shí)是想從再生水開(kāi)始做，總體目標(biāo)是為北京中心城的大型污水處理廠升級(jí)改造和再生利用工程提供技術(shù)支撐，另外是使深度處理后的再生水達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，初步恢復(fù)北京地表水的功能。當(dāng)然還有支持海河流域的總體目標(biāo)。
但是北京在做水專項(xiàng)時(shí)，是按照再生水來(lái)做的。做水專項(xiàng)過(guò)程中，北京市水務(wù)局和環(huán)保局有爭(zhēng)議，環(huán)保局認(rèn)為既然已經(jīng)做得那么高，干脆就作為排放標(biāo)準(zhǔn)，不再是再生水標(biāo)準(zhǔn)；水務(wù)局則說(shuō)再生水要求比較高，是排放到景觀的。后來(lái)水務(wù)局沒(méi)有爭(zhēng)過(guò)環(huán)保局，所以北京就確定了要達(dá)到地方標(biāo)準(zhǔn)。
但是北京市的中心城區(qū)基本上是要達(dá)到北京地方標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，也就是氨氮1.5、總氮15、COD30。在懷柔等水庫(kù)上游執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。
在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)地表Ⅳ類有24類指標(biāo)，對(duì)污水處理廠出水最重要的是COD、BOD、氨氮、總氮和總磷五項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)然后來(lái)又加了感官性指標(biāo)，如臭味和色度指標(biāo)等。
總氮的降低與碳源投加相關(guān)
在甘一萍團(tuán)隊(duì)的研究過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)氨氮如果小于現(xiàn)在的1.5毫克/升的標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有的污水處理廠池容下提高曝氣量基本能夠達(dá)到。但是對(duì)總氮到底是10還是15，團(tuán)隊(duì)研究人員做了碳源投加的研究。從表中可以看出來(lái)從總氮的20降到15，降到10就要翻倍，真正降到地表水Ⅳ類的1.5，每年要100萬(wàn)元。所以在這種情況下，后來(lái)在地標(biāo)上確定氨氮冬季2.5，夏季1.5。色度也是感官性的指標(biāo)，二級(jí)出水色度是40-50，用臭氧或者活性炭來(lái)吸附，或者高級(jí)氧化之后，色度基本上能達(dá)到25-30，就是完全無(wú)色了。
二升級(jí)改造技術(shù)路線的分析
針對(duì)脫碳除磷，對(duì)現(xiàn)有的污水池進(jìn)行改造升級(jí)，甘一萍指出，改造的重點(diǎn)在于節(jié)省碳源的投加、增加工藝可調(diào)性、精心調(diào)控穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這三項(xiàng)，有其各自的技術(shù)手段和路線，分別為：內(nèi)部碳源開(kāi)發(fā)與高效利用技術(shù)、采用改良和優(yōu)化的工藝、根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷變化精細(xì)運(yùn)行調(diào)控。而最終目的是為了充分挖掘二級(jí)生物處理的脫氮潛力,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行,為后續(xù)深度處理工藝提供基礎(chǔ)保障。
針對(duì)二級(jí)處理，甘一萍列出北京污水處理現(xiàn)有工藝改造采用的設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化運(yùn)行后的參數(shù)加以說(shuō)明。
A2/O生物強(qiáng)化脫氮除磷工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)
甘一萍指出，重點(diǎn)還是在深度處理的脫氮和除色。現(xiàn)在二級(jí)出水一級(jí)B的出水，硝酸鹽和總氮還是很高的，另外COD要進(jìn)一步降低，還有脫色、消毒、殺菌的要求。所以在關(guān)鍵性的單元，是生物濾池深度脫氮和臭氧氧化方面的研究。主要是協(xié)同處理提高出水脫氮除色效能，通過(guò)AAO和反硝化濾池協(xié)同深度脫氮，協(xié)同增效脫色消毒是通過(guò)多級(jí)加藥和臭氧，進(jìn)行消毒和脫色的功能，最終滿足景觀環(huán)境的要求。
甘一萍團(tuán)隊(duì)在研究過(guò)程中，優(yōu)化了前面二級(jí)生物處理的多級(jí)AO系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)內(nèi)碳源脫氮，后置反硝化濾池外加碳源強(qiáng)化脫氮，可節(jié)省碳源。
對(duì)反硝化生物濾池深度脫氮技術(shù)及機(jī)理研究時(shí)，甘一萍團(tuán)隊(duì)投放了乙酸等進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)乙酸鈉作為碳源可以達(dá)到比較好的效果，甲醇啟動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)一點(diǎn)，但是容易產(chǎn)生硝酸鹽的累計(jì)。此外還研究反硝化濾池碳源精確投加技術(shù)，采用了甲醇精確投加系統(tǒng)，特別是對(duì)總氮去除要求非常嚴(yán)的情況下，甲醇的精確投加就顯得更加重要。另外，開(kāi)發(fā)了反硝化濾池低水位短洗程反沖洗技術(shù)。由于碳源頭非常多，反硝化菌長(zhǎng)得非常快，堵塞非常嚴(yán)重，因此采取先氣洗，再氣水洗，再水洗的方法，在盧溝橋再生水廠進(jìn)行了再生研究，探索了一條沖洗的方式。反硝化濾池、硝化濾池、砂濾和抽樣技術(shù)，做了四五個(gè)月抗沖擊負(fù)荷的生產(chǎn)性試驗(yàn)研究，總氮小于3毫克/升，也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了四個(gè)月的總氮小于3的效果。
在臭氧脫色研究中，研究人員做了三個(gè)樣本，二級(jí)水明顯可以看出有色度，經(jīng)過(guò)臭氧和活性炭基本上沒(méi)色，特別是二級(jí)水有深度的茶葉顏色，但是臭氧濃縮一百倍還是無(wú)色。通過(guò)分析致色物質(zhì)的主要來(lái)源，明確主要的致色物質(zhì)，二級(jí)出水中就是腐植酸和富里酸。對(duì)二級(jí)出水的嗅味物質(zhì)進(jìn)行辨識(shí)，主要是8種致味物質(zhì)，其中腥臭味（土腥味）的物質(zhì)，主要是糞臭素的這一類物質(zhì)。通過(guò)生物濾池、臭氧，對(duì)二級(jí)出水中的臭味物質(zhì)的去除效果進(jìn)行了試驗(yàn)，基本上是臭氧和生物濾池的結(jié)合，都能夠?qū)Τ粑段镔|(zhì)有50%的去除效果。
研究團(tuán)隊(duì)在清河污水處理廠做的試驗(yàn)，二級(jí)出水里，對(duì)不同嗅味物質(zhì)，經(jīng)過(guò)不同的處理工藝，有不同的處理效果。尤其是臭氧，對(duì)吲哚結(jié)構(gòu)完全去除掉了，但是對(duì)二甲基、三甲基沒(méi)有去除，總體來(lái)說(shuō)去除效果還是非常好的。最終北京近四百萬(wàn)噸的大型污水處理廠全部采用二級(jí)出水后續(xù)反硝化濾池、硝化濾池，而且硝化濾池是可選的，有些廠沒(méi)有硝化濾池，后面就是普通的濾池加上臭氧，及消毒。
下圖是清河污水處理廠試驗(yàn)深度處理的工藝方案。
目前有兩技術(shù)路線，一個(gè)是AO+常規(guī)的處理，另一個(gè)是常規(guī)的MBR工藝直接加臭氧。
三污水廠升級(jí)改造案例
在講述污水處理廠升級(jí)改造案例時(shí)，甘一萍選取了盧溝橋再生水廠工程，日處理能力10萬(wàn)立方米，該項(xiàng)目是甘一萍團(tuán)隊(duì)水專項(xiàng)的第一個(gè)項(xiàng)目，也是北京第一個(gè)達(dá)到地表四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠。水質(zhì)特點(diǎn)：主要為城市生活污水,但服務(wù)區(qū)域內(nèi)有食品加工,糞便廢水排入,COD組分中有難降解物質(zhì)，達(dá)北京市地標(biāo)，COD和總氮是去除的難點(diǎn)。因此采用A2/O工藝強(qiáng)化脫氮，化學(xué)除磷，深度處理采用反硝化/硝化生物濾池+V型濾池+臭氧集成工藝。利用水專項(xiàng)研究成果，進(jìn)行了工藝單元的調(diào)控和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了再生水廠順利啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。
這是當(dāng)時(shí)北京院設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)。進(jìn)行了不同的反硝化濾料檢測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)陶粒濾料的強(qiáng)度和抗腐蝕性要明顯高于火山巖濾料。
采用碳源自動(dòng)投加系統(tǒng)控制甲醇投加量
盧溝橋再生水廠TN去除量和出水TN平均值均保持在10mg/L左右，甲醇投配率平均值為41mg/L。與采用手動(dòng)控制方式相比，波動(dòng)范圍明顯趨于平穩(wěn)，且在保證出水水質(zhì)的前提下節(jié)省了外加碳源量（約10%）。
從長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的出水水質(zhì)變化來(lái)看，總氮，基本上二級(jí)出水在20-30之間波動(dòng)，出水基本上在15以下。這個(gè)廠采用碳源自動(dòng)投加，甲醇投配率基本上在41毫克/升，跟手動(dòng)控制相比，減少碳源10%。
甲醇投配率、△TN及水溫隨時(shí)間變化圖
甲醇投配率/△TN受水溫影響變化較大，水溫較低時(shí)，反硝化速率下降。6-10月甲醇投配率/△TN為2.72,11-2月甲醇投配率/△TN為3.37.
甘一萍團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)甲醇的投配率也有變化。如果用去除甲醇的投配率來(lái)表示碳源的投加，6-10月份基本上是2.72，冬季就要達(dá)到3.37。
進(jìn)而，甘一萍補(bǔ)充了關(guān)于臭氧的投加問(wèn)題。臭氧目前的設(shè)計(jì)是投加量3-5毫克/升，接觸時(shí)間是10-15分鐘。盧溝橋再生水廠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，難降解的COD基本上在26-28，所以沒(méi)有很大的富余。所以COD可以達(dá)到30，實(shí)際上已經(jīng)非常困難了。天津污水廠工業(yè)水比盧溝橋再生水廠還要高，所以在前面加了催化氧化，甘一萍認(rèn)為此舉非常有必要。盧溝橋再生水廠還說(shuō)明只加臭氧還是不夠完善的。氨氮和總氮基本上沒(méi)有問(wèn)題，總氮可以在10以下。
最后，甘一萍總結(jié)說(shuō)，盧溝橋在生水示范工程實(shí)際運(yùn)行水量7-9萬(wàn)m3/d，穩(wěn)定運(yùn)行近兩年，出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到北京新的地方標(biāo)準(zhǔn)要求。每年可為永定河、涼水河等提供高品質(zhì)再生水量約3000立方米、目前，從北京大型污水處理廠的情況來(lái)看，400萬(wàn)噸的大型污水處理廠采用這兩種工藝技術(shù)路線，已經(jīng)完全達(dá)到了地表Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)。
原標(biāo)題:甘一萍：大型城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造必要性及技術(shù)分析
