甘一萍指出，重點還是在深度處理的脫氮和除色�，F(xiàn)在二級出水一級B的出水，硝酸鹽和總氮還是很高的，另外COD要進一步降低，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多級加藥和臭氧，進行消毒和脫色的功能，最終滿足景觀環(huán)境的要求。
A2/O生物強化脫氮除磷工藝的設(shè)計和運行參數(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
隨著我國水污染問題日益突顯，城市污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的提高已是大勢所趨。隨之而來的，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)仍難以達到預(yù)期要求的案例屢見不鮮。
在2018第四屆長三角（蘇浙滬）排水與污水處理研討會上，來自北京的治水專家，中國水協(xié)排水委秘書長甘一萍由“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)改造案例三個方面，通過技術(shù)試驗及工程實踐，闡述了在深度處理、提升的過程當(dāng)中，可以采取的技術(shù)及存在的問題，討論了北京污水處理廠升級改造的必要性、技術(shù)路線選擇及寶貴經(jīng)驗，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)該說不同的污水處理廠在提標(biāo)的過程當(dāng)中，因為自身的工藝不同，而且涉及到的相應(yīng)用地等各方面的條件限制，所選用的技術(shù)也會有所不同。但甘秘書長所提到的兩條技術(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越復(fù)。要滿足排放指標(biāo)，就要對污水處理廠升級改造，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，提高處理效率，以達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
北京市治水專家，中國水協(xié)排水委秘書長甘一萍從提標(biāo)改造的需求、升級改造技術(shù)路線的分析、污水廠升級改造案例三個方面，闡述了北京污水處理廠升級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)達到比Ⅴ類還要惡劣的程度。我國現(xiàn)行的GB18918標(biāo)準(zhǔn)對污水處理廠的出水設(shè)了三級標(biāo)準(zhǔn)，其中一級B、一級A都是針對劣五類的標(biāo)準(zhǔn)。
我國排水委在2016年年鑒統(tǒng)計，全國城鎮(zhèn)污水處理廠3152座，目前達到一級A、一級B的基本上已經(jīng)90多座，都是一級A、一級B的出水，地表水仍然還是劣Ⅴ類。當(dāng)時水務(wù)局的局長就說污水處理廠都已經(jīng)達到一級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到一級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，因為北京沒有清水來補充，雨季的降雨也非常少，所以就直接提地表Ⅳ類。當(dāng)時很多院士和教授都提出太超前了。當(dāng)時還成立了國家的水專項，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)時是想從再生水開始做，總體目標(biāo)是為北京中心城的大型污水處理廠升級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時，是按照再生水來做的。做水專項過程中，北京市水務(wù)局和環(huán)保局有爭議，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)局則說再生水要求比較高，是排放到景觀的。后來水務(wù)局沒有爭過環(huán)保局，所以北京就確定了要達到地方標(biāo)準(zhǔn)。
但是北京市的中心城區(qū)基本上是要達到北京地方標(biāo)準(zhǔn)的一級B標(biāo)準(zhǔn)，也就是氨氮1.5、總氮15、COD30。在懷柔等水庫上游執(zhí)行一級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，對地表Ⅳ類有24類指標(biāo)，對污水處理廠出水最重要的是COD、BOD、氨氮、總氮和總磷五項指標(biāo)，當(dāng)然后來又加了感官性指標(biāo)，如臭味和色度指標(biāo)等。
總氮的降低與碳源投加相關(guān)
在甘一萍團隊的研究過程中，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到。但是對總氮到底是10還是15，團隊研究人員做了碳源投加的研究。從表中可以看出來從總氮的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100萬元。所以在這種情況下，后來在地標(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)，二級出水色度是40-50，用臭氧或者活性炭來吸附，或者高級氧化之后，色度基本上能達到25-30，就是完全無色了。
二升級改造技術(shù)路線的分析
針對脫碳除磷，對現(xiàn)有的污水池進行改造升級，甘一萍指出，改造的重點在于節(jié)省碳源的投加、增加工藝可調(diào)性、精心調(diào)控穩(wěn)定運行。針對這三項，有其各自的技術(shù)手段和路線，分別為：內(nèi)部碳源開發(fā)與高效利用技術(shù)、采用改良和優(yōu)化的工藝、根據(jù)進水負荷變化精細運行調(diào)控。而最終目的是為了充分挖掘二級生物處理的脫氮潛力,實現(xiàn)穩(wěn)定運行,為后續(xù)深度處理工藝提供基礎(chǔ)保障。
針對二級處理，甘一萍列出北京污水處理現(xiàn)有工藝改造采用的設(shè)計參數(shù)和優(yōu)化運行后的參數(shù)加以說明。
A2/O生物強化脫氮除磷工藝的設(shè)計和運行參數(shù)
甘一萍指出，重點還是在深度處理的脫氮和除色�，F(xiàn)在二級出水一級B的出水，硝酸鹽和總氮還是很高的，另外COD要進一步降低，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多級加藥和臭氧，進行消毒和脫色的功能，最終滿足景觀環(huán)境的要求。
甘一萍團隊在研究過程中，優(yōu)化了前面二級生物處理的多級AO系統(tǒng)，開發(fā)內(nèi)碳源脫氮，后置反硝化濾池外加碳源強化脫氮，可節(jié)省碳源。
對反硝化生物濾池深度脫氮技術(shù)及機理研究時，甘一萍團隊投放了乙酸等進行相應(yīng)的試驗，最后發(fā)現(xiàn)乙酸鈉作為碳源可以達到比較好的效果，甲醇啟動時間比較長一點，但是容易產(chǎn)生硝酸鹽的累計。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)，做了四五個月抗沖擊負荷的生產(chǎn)性試驗研究，總氮小于3毫克/升，也在一定程度上實現(xiàn)了四個月的總氮小于3的效果。
在臭氧脫色研究中，研究人員做了三個樣本，二級水明顯可以看出有色度，經(jīng)過臭氧和活性炭基本上沒色，特別是二級水有深度的茶葉顏色，但是臭氧濃縮一百倍還是無色。通過分析致色物質(zhì)的主要來源，明確主要的致色物質(zhì)，二級出水中就是腐植酸和富里酸。對二級出水的嗅味物質(zhì)進行辨識，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)。通過生物濾池、臭氧，對二級出水中的臭味物質(zhì)的去除效果進行了試驗，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。
研究團隊在清河污水處理廠做的試驗，二級出水里，對不同嗅味物質(zhì)，經(jīng)過不同的處理工藝，有不同的處理效果。尤其是臭氧，對吲哚結(jié)構(gòu)完全去除掉了，但是對二甲基、三甲基沒有去除，總體來說去除效果還是非常好的。最終北京近四百萬噸的大型污水處理廠全部采用二級出水后續(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深度處理的工藝方案。
目前有兩技術(shù)路線，一個是AO+常規(guī)的處理，另一個是常規(guī)的MBR工藝直接加臭氧。
三污水廠升級改造案例
在講述污水處理廠升級改造案例時，甘一萍選取了盧溝橋再生水廠工程，日處理能力10萬立方米，該項目是甘一萍團隊水專項的第一個項目，也是北京第一個達到地表四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠。水質(zhì)特點：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)，達北京市地標(biāo)，COD和總氮是去除的難點。因此采用A2/O工藝強化脫氮，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。利用水專項研究成果，進行了工藝單元的調(diào)控和優(yōu)化，實現(xiàn)了再生水廠順利啟動和穩(wěn)定運行。
這是當(dāng)時北京院設(shè)計的設(shè)計參數(shù)。進行了不同的反硝化濾料檢測對比，發(fā)現(xiàn)陶粒濾料的強度和抗腐蝕性要明顯高于火山巖濾料。
采用碳源自動投加系統(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。與采用手動控制方式相比，波動范圍明顯趨于平穩(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%）。
從長期穩(wěn)定運行的出水水質(zhì)變化來看，總氮，基本上二級出水在20-30之間波動，出水基本上在15以下。這個廠采用碳源自動投加，甲醇投配率基本上在41毫克/升，跟手動控制相比，減少碳源10%。
甲醇投配率、△TN及水溫隨時間變化圖
甲醇投配率/△TN受水溫影響變化較大，水溫較低時，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.
甘一萍團隊經(jīng)過研究，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表示碳源的投加，6-10月份基本上是2.72，冬季就要達到3.37。
進而，甘一萍補充了關(guān)于臭氧的投加問題。臭氧目前的設(shè)計是投加量3-5毫克/升，接觸時間是10-15分鐘。盧溝橋再生水廠長期穩(wěn)定的運行，難降解的COD基本上在26-28，所以沒有很大的富余。所以COD可以達到30，實際上已經(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明只加臭氧還是不夠完善的。氨氮和總氮基本上沒有問題，總氮可以在10以下。
最后，甘一萍總結(jié)說，盧溝橋在生水示范工程實際運行水量7-9萬m3/d，穩(wěn)定運行近兩年，出水水質(zhì)指標(biāo)達到北京新的地方標(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看，400萬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
