常州城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术研究与应用

114∣建设科技CONSTRUCTIONSCIENCEANDTECHNOLOGY建设科技三等奖2018年8月下总第366期DOI:10.16116/j.cnki.jskj.2018.16.023常州城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术研究与应用孙永利1许光明2游佳1杨敏1陈俊2陈轶1李鹏峰1范波1隋克俭1戴界红2吕贞2郭亚琼1（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074；2.常州市排水管理处，江苏常州213017）[摘要]针对我国城镇污水处理厂普遍存在的进水碳源不足，影响出水氮磷稳定达标的技术瓶颈问题，结合常州排水管理处下辖的清潭污水处理厂提标改造工程和江边污水处理厂运行优化工程实施，创新研发并提出了预处理单元跌水复氧及工艺控制技术、回流污泥内源反硝化技术、内回流混合液溶解氧控制技术、化学除磷对生物除磷的潜在影响及侧流辅助化学除磷技术、反硝化除磷工程强化技术等污水处理全流程碳源高效利用工艺技术路线，构建了基于碳源高效利用和氮磷稳定达标的城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术。[关键词]城镇污水处理厂；全流程碳源高效利用；内源反硝化脱氮；回流混合液溶解氧控制；跌水复氧控制ResearchandApplicationofIntegratedTechnologyforUpgradingandOptimizingOperationofChangzhouMunicipalWastewaterTreatmentPlantSunYongli1,XuGuangming2,YouJia1,YangMin1,ChenJun2,ChenYi1,LiPengfeng1,FanBo1,SuiKejian1,DaiJiehong2,LvZhen2,GuoYaqiong1(1.NationalEngineeringResearchCenterforUrbanWaterandWastewater,Tianjin300074;2.ChangzhouDrainageAdministration,Changzhou213017,Jiangsu)Abstract:Theshortageofcarbonsourceininfluentofmunicipalwastewatertreatmentplantsinourcountryinfluencesonreachingthedrainagecontrolstandardofnitrogenandphosphorussteadily.Theprojectresearchedanddevelopedinnovativelyprocessingtechnologyroutinesofhigh-efficiencyutilizationofcarbonsourceinfullwastewatertreatmentflow,suchascontroltechnologyofwaterfalloxygenationinpretreatmentunit,technologyofendogenousdenitrificationofrecyclesludge,controltechnologyofdissolvedoxygenininternalrefluxmixture,potentialimpactofchemicalphosphorousremovalonbiologicalphosphorousremovalandtechnologyofdypasschemicalphosphorousremoval,strengtheningtechnologyinengineeringofdenitrifyingphosphorusremoval.Basedontheresearchresultsabove,theprojectconstructedintegratedtechnologyforupgradingandoptimizingoperationofmunicipalwastewatertreatmentplantbasedonhigh-efficiencyutilizationofcarbonsourceandreachingthedrainagecontrolstandardsteadily.ResearchResultsareappliedinupgradingengineeringofQingtan2017年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（三等奖）建设科技∣115孙永利等：常州城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术研究与应用三等奖2018No.16MunicipalWastewaterTreatmentPlantandoptimizingoperationofJiangbianMunicipalWastewaterTreatmentPlant.Keywords:Municipalwastewatertreatmentplant,high-efficiencyutilizationofcarbonsourceinfullwastewatertreatmentflow,endogenousdenitrification,controlofdissolvedoxygenininternalrefluxmixture,controlofwaterfalloxygenation1引言2006年，国家环境保护总局先后以司发公告方式，要求城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。2007年太湖流域水污染事件正式拉开了全国城镇污水处理厂提标改造工程的序幕。随后，江苏、山东等省市提出了更加严格的污水排放标准，一级A提标改造工作在全国重点流域全面启动。受“重地上轻底下”等行业管理模式影响，我国城镇污水处理厂普遍存在进水碳氮比低、脱氮除磷所需碳源不足的问题，进水BOD5/TN低于4的占60%[1]，通过内部碳源实现氮磷稳定达标的难度较大，外加碳源脱氮、化学协同除磷成为众多一级A排放标准城镇污水处理厂的重要技术手段，内部碳源损耗控制和高效利用成为行业研究重点和热点。为科学指导污水处理工程改造和运行优化，以低碳氮比城镇污水处理厂碳源损耗控制和高效利用为研究方向，选择太湖流域常州市典型城镇污水处理工程，通过现场调研、模拟试验、中试研究和生产性测试，系统分析了污水处理工艺过程中溶解氧引起的碳源无效损耗问题，提出了降低或消除不合理溶解氧问题的工程或技术手段，提出了优化功能区运行效果与碳源高效利用的工艺设计思路，构建了基于碳源损耗控制和高效利用的工艺单元设计方案。2提标改造和运行优化技术2.1预处理单元跌水复氧及工艺控制技术调研发现，绝大多数城镇污水处理厂预处理单元的进水泵出水堰、沉砂池、初沉池等位置会存在明显的跌水区域，单次跌水的溶解氧增加量通常在2～3mg/L，甚至更高。这些DO进入后续管网、管渠或构筑物中，将消耗其中的快速可生物降解碳源，导致碳源无效损失[2]。工程测试和实验模拟结果表明，跌水复氧主要发生于污水跌落至池底的瞬间，跌水过程通常无明显的DO增量，据此提出污水跌落过程带动周边空气运动，跌落瞬间带动空气进入水渠，并通过能量转换破坏水体表面张力，实现气水融合的基本假设。研究提出预处理单元跌水区表层覆盖，阻断跌水区循环气体与外界大气交换的工程解决方案。选择代表性城镇污水处理工程进行了生产性试验研究，结果表明，经过简单的封闭覆盖后，预处理单元跌水区域的DO值由4mg/L快速降低至1mg/L，跌水区域上部覆盖对跌水复氧具有明显的抑制效果。（图1、图2）图1跌水复氧现象及原理的工程性测试Fig.1Engineeringexperimentofphenomenonandprincipleinwaterfalloxygenation图2基于跌水复氧控制的加盖封闭及效果曲线Fig.2Closingwithcapforcontrolofwaterfalloxygenationandeffectcurve2.2回流污泥内源反硝化技术针对我国大多数城市污水处理厂进水碳氮比偏低的问题，以降低回流污泥溶解氧和硝酸盐氮对厌氧池功能的影响，提高厌氧池释磷效果为出发点，创新性地提出回流污泥内源代谢反硝化技术。小试模拟和中试装置研116∣建设科技建设科技三等奖总第366期图3基于回流污泥内源反硝化的A2/O工艺流程Fig.3A2/Otechnologicalprocessendogenousofdenitrificationofrecyclesludge2.4化学除磷对生物除磷的潜在影响及侧流辅助化学除磷技术随着出水TP排放标准限值的提高，在好氧池末端过量投加化学除磷药剂，通过化学协同除磷实现出水TP稳定达标成为我国众多城镇污水处理厂的无奈之举。过量的化学除磷药剂导致厌氧池中无明显释磷现象，进而好氧池缺少聚磷菌好氧吸磷所需的“磷酸盐”，一定程度上抑制了城镇污水处理厂“厌氧释磷、好氧吸磷”功能的发挥。投加到生物单元的除磷药剂，除少量经剩余污泥排放外，大部分通过回流进入整个生物系统循环，并发挥化学除磷功能。化学除磷药剂投加量应以一定时间周期内需去除TP平均浓度计量，过量除磷药剂的投加将逐渐影响生物除磷功能[3]。多案例调研结果表明，当除磷药剂摩尔当量超过1时，多数污水处理厂厌氧释磷效果不显著，甚至出现沉淀去除现象；而除磷药剂摩尔当量低于1时，部分工程仍具有较好的生物除磷效果。（见图5）图4好氧区消氧区工程设计方案Fig.4Engineeringdesignschemeofoxygenconsumptionzoneinaerobiczone图5侧流辅助化学除磷技术Fig.5Technologyofdypasschemicalphosphorousremoval基于此提出耦合化学协同除磷和生物除磷的工艺设计理念，在传统厌氧池设置沉淀区，将含高浓度“磷酸盐”的沉淀上清液单独化学处理后，寡磷清液进入后续好氧池，从而使化学除磷药剂与生物系统有机隔离，不仅可提高生物系统的效率，还可有效降低生物污泥中的磷含量，有效规避了出水SS对TP稳定达标的影响。这种侧流辅助化学除磷工艺还可有效提升生物除磷功能，提供充足的PHB，一定程度上强化反硝化除磷工艺效果。2.5反硝化除磷工程强化技术根据传统的脱氮除磷工艺设计理论，缺氧池主要发生厌氧释磷、反硝化脱氮、反硝化除磷、好氧吸磷、硝化等生物反应。工程实验结果表明，在生物除磷功能正常，且经过一定时间培养驯化的污水处理厂，在无外究表明，预缺氧池原水投加比例的增加仅提高了污泥反硝化速率，但并未影响NO3--N去除总量，出水NO3--N浓度均可达到1.5mg/L以下。在实际工程允许的情况下，可考虑在回流污泥进入厌氧池或其他构筑物前，设置1.5~3h停留时间的回流污泥内源反硝化池，以有效去除回流污泥中的硝酸盐，提高厌氧池生物功能，如图3所示。该项技术已成功应用于多座污水处理工程，解决了回流污泥NO3--N对厌氧释磷的影响，提升了生物系统的除磷效率，增加了TN去除量。2.3内回流混合液溶解氧控制技术污水处理厂调研表明，绝大多数城镇污水处理厂存在内回流混合液高DO问题，现状运行情况下，溶解氧浓度基本都超过了2.5mg/L，部分污水处理厂甚至达到4mg/L以上，其中MBR、悬浮填料等污水处理厂尤为显著。这与内回流混合液和好氧池出口混合液共用池体，二沉池需要一定的DO值有关。结合理论研究和模拟试验，建立了内回流混合液DO对缺氧池反硝化影响的测算模型，选择部分案例进行了影响测算，表明大部分污水处理厂损失了2~5mg/L的TN去除量，基于此提出在好氧池末端增设隔墙，在不影响好氧区功能和实际停留时间的情况下，分隔出30~45min停留时间的独立消氧区，将原2~3mg/L的DO值降低至0.5mg/L以下的工程理念，并在众多污水处理工程中得到应用。（见图4）建设科技∣117孙永利等：常州城市污水处理厂提标改造与优化运行成套技术研究与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