上海某大型污水处理厂提标改造运行效能分析

储 杰

(上海友联竹园第一污水处理投资发展有限公司，上海 200137)

为落实国家水污染防治行动计划，推进污染减排，改善水环境质量，近年来众多污水处理厂通过工艺改造、减量升级等措施进行提标改造[1-2]，提高出水标准。

本文针对上海某大型污水处理厂提标改造项目，介绍其工艺类型选择及主要改造内容，分析改造后水量、水质运行效果，研究改造后运行中存在的问题并提出解决措施，以期为类似污水处理厂的提标改造及优化运行提供参考。

1 污水厂概况

上海某大型市政污水处理厂提标改造前设计污水处理规模为170万m3/d，污水处理采用带硝化功能的活性污泥工艺，设计出水水质要求为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)二级排放标准[3-4]。该厂于2017年12月进行提标改造工程施工建设，2019年12月改造完成。提标改造后设计规模为110万m3/d，污水处理采用AAO+深度处理工艺，出水水质达到一级A排放标准，提标改造设计进出水水质如表1所示。

表1 提标改造前后设计的进出水水质

2 提标改造前水量、水质

2.1 处理水量

对该厂提标改造前2017年1月—12月每日处理水量进行统计分析，主要参数如下：平均处理量为162.5万m3/d，符合该厂设计处理规模；最小处理量为124.9万m3/d；最大处理量为187.7万m3/d；超150万、160万、170万m3/d覆盖率分别为81.1%、64.1%、27.4%。

处理水量主要在150万m3/d 以上，其中150万～170万m3/d覆盖率为53.7%。

2.2 进出水水质

表2为提标改造前2017年1月—12月每日进出水水质统计分析。

由表2可知，主要污染物出水指标均达到设计二级排放标准，出水水质提高需进一步去除有机物、强化脱氮除磷效果、保证SS及TP去除效率。

表2 提标改造前2017年进出水水质统计分析

3 提标改造工艺

3.1 工艺流程

提标改造前，该污水厂采用带硝化功能的传统AO工艺，只设计污泥回流，没有混合液内回流。对2017年污水厂实际进水水质中主要污染物对比分析，结果显示：BOD5/CODCr为0.57，处于可生化与易生化性之间[5-6]；BOD5/TN为5.10，可采用生物脱氮，同时增加硝化液回流比[7]；BOD5/TP为34.86，出水TP执行一级A标准，但污水中有机物无法满足同时脱氮除磷的效果，同时考虑到磷释放的问题，提标改造工程拟采用外加化学除磷药剂以保证去除效果[8-10]。

考虑到该厂作为大型污水处理厂，优先选择成熟可靠、具有丰富运行经验的AAO活性污泥法作为核心工艺，同时末端增加深度处理设施并投加聚合氯化铝(PAC)，保证出水稳定达到一级A标准。

提标改造后的污水处理工艺流程如图1所示。

图1 提标改造后的污水处理工艺流程图

3.2 主要改造内容

此次提标改造工程采用减量升级的方案，改造内容主要包括3个方面：一是在AAO生化系统中增加了混合液内回流；二是增加了以反硝化深床滤池为主体的深度处理系统；三是增加了除臭系统。此外，对剩余污泥处理系统的部分离心脱水机进行更换，以满足改造后污泥脱水要求。

①生物处理系统(改造)

在原有生物处理系统构筑物基础上采用AAO生物池，其由厌氧、缺氧、好氧组成。本构筑物在提标改造过程中分组改造，除正进行改造的生物池外，其他生物池均正常使用。改造后强化生物池脱氮除磷功能，加强土建结构，增加内回流设备。

系列一、系列二设计参数如下：设计处理量分别为52万、58万m3/d；平均流量下水力停留时间分别为14.4、14.9 h；各阶段下厌氧池∶缺氧池∶好氧池水力停留时间分别为1.7∶3.5∶9.2、1.9∶3.7∶9.3。

②中间提升泵房(新建)

新建中间提升泵房，提升二沉池出水，满足后续深度处理水力高程需求。抽芯式轴流泵6台，每台参数如下：流量为14 904 m3/h；扬程为7.0 m；功率为400 kW；电机额定电压为6 kV。

③深度处理单元(新建)

新建深度处理单元，采用反硝化深床滤池处理工艺。新建滤池2座，每座滤池共32格。主要包括反硝化深床砂滤成套设备(含滤板、滤料、承托层、布气布水、不锈钢堰板等)、罗茨风机、反冲洗水泵、反洗废水泵、空压机、储气罐等。

反冲洗参数：气洗强度为90 m3/(m2·h)；水洗强度为15 m3/(m2·h)；单格反冲洗气量为164.7 m3/min；反冲洗周期为24～48 h(根据滤料堵塞情况调整)。反冲洗程序：气洗200 s后，气水联合冲洗600 s，继续水洗400 s。

④紫外消毒池(新建)

原有紫外消毒池废置，仅作为平流沉淀池出水渠道至中间提升泵房。新建紫外消毒池作为深度处理尾水消毒设施。

⑤加药间(新建)

新建的加药间接收、存储30%PAC原液、10%NaClO原液。PAC原液稀释至10%后泵送投加至曝气生物池出水渠(设计30%PAC投加量为40 mg/L)，用于化学除磷；NaClO原液投加至紫外消毒池出水端(设计有效氯投加量为0.5 mg/L)，用于强化尾水消毒。

⑥除臭系统(新建)

在细格栅及曝气沉砂池、生物池、污泥脱水区域新建除臭系统，对构筑物进行加盖(罩)密封、负压抽吸，采用分散布置集中除臭方式，除臭工艺采用“生物滤池+预洗涤+离子氧氧化+除臭液活性吸收”四级除臭工艺，对污泥浓缩机房和污泥脱水机房辅以离子送风工艺增强除臭效果。

4 提标改造后运行效果

4.1 提标改造后处理水量

该厂提标改造后2020年1月—12月每日实际处理水量如图2所示。

图2 污水处理厂提标改造后2020年处理水量

由图2可知，2020年处理水量在89.7万～144.3万m3/d，平均处理量为114.1万m3/d，全年每日处理水量超设计覆盖率为56.7%。最小处理量为89.7万m3，在2月春节假日期间，主要由于上海外省来沪务工人员返乡过节较多，居民生活用水大幅减少；最大处理量为144.3万m3，正值7月夏季居民生活用水增多，同时处于上海市汛期期间所致。

6月—10月汛期期间每月平均处理量均超过设计处理规模，为110万m3/d，期间平均日处理量为124.0万m3/d，其中7月—9月每日处理水量均超过110万m3/d。处理水量的增多主要是由于旱季污水量的增加及降雨的截流水量[11]，该厂在污水处理的同时，兼具上海主城区防汛排涝的功能。

4.2 提标改造后主要污染物去除效果

对该厂提标改造后2020年1月—12月每日进出水主要污染物(CODCr、BOD5、TN、氨氮、SS、TP)进行去除效果分析。

①有机物的去除效果

提标改造后CODCr、BOD5去除效果如图3所示。经过AAO+深度处理工艺改造后，CODCr出水含量在4.0～29.0 mg/L，平均含量为11.0 mg/L，平均去除效率为96.0%；BOD5出水含量为0.12～2.89 mg/L，平均含量为1.26 mg/L，平均去除效率为99.1%。

图3 提标改造后2020年CODCr、BOD5去除效果

由图3可知，2020年进水CODCr、BOD5分别在67.0～599.0 mg/L、36.00～380.00 mg/L，超标率分别为25.9%、26.3%。当进水有机物浓度出现较大波动时，出水仍能稳定达到一级A排放标准，甚至达到地表Ⅳ类水标准(CODCr、BOD5含量分别为30、6 mg/L)。在第0～150 d，进水BOD5含量有8次超过200.00 mg/L，其中有2次超过300.00 mg/L。但BOD5去除率仍可维持在97.5%以上，表明该厂提标改造后处理工艺不仅对有机物具有良好的去除性能，还具备较好的抗冲击负荷能力。

②TN和氨氮的去除效果

图4 提标改造后2020年TN、氨氮去除效果

在氨氮去除方面，出水指标相对稳定，平均去除率达到99.2%。氨氮进水含量在5.35～30.60 mg/L，出水含量为0.03～1.91 mg/L，平均出水含量为0.17 mg/L。其中，出水氨氮含量在0～1.50 mg/L(地表Ⅳ类水标准)覆盖率高达99.4%，去除效果较好，表明AAO处理系统具有极好的硝化能力[12]。

③SS和TP的去除效果

该厂在提标改造后SS、TP去除效果如图5所示。

图5 提标改造后2020年SS、TP去除效果

由图5可知，提标改造后SS、TP去除效果较好，均稳定达到一级A排放标准。进水SS含量在33～298 mg/L，波动较大，平均进水含量为153 mg/L(设计进水SS含量为150 mg/L)；处理后出水SS含量为2～8 mg/L，出水平均含量为5 mg/L，平均去除效率96.9%。通过反硝化深床滤池的进一步截留作用，SS去除效果明显，同时表明在提标改造后进水SS浓度波动较大时，反硝化深床滤池具有较好的抗冲击负荷能力。提标改造后，AAO生化系统出水TN稳定达到一级A标准，所以，反硝化深床滤池目前仅作为去除SS作用。

活性污泥中磷含量在3.3%～5.0%[7]，所以出水SS含量对于TP的稳定达标起到关键性作用。提标改造后进水TP含量为1.250～5.980 mg/L，出水含量为0.015～0.460 mg/L，均低于一级A标准，平均出水含量为0.100 mg/L，平均去除效率为97.4%，其中出水含量为0～0.300 mg/L(地表Ⅳ类水标准)覆盖率达到97.5%。在第150～200 d，TP的去除率有1次降低至85.0%以下，分析原因可能为当日PAC投加量不足，其余时间TP去除效果较好，主要是在提标改造后生物除磷和化学除磷协同作用的结果，其中生物池好氧段聚磷菌过量地吸收水中正磷酸盐，在沉淀池中以排放剩余污泥的方式实现磷的去除[13-14]。同时，提标改造会增加化学除磷药剂PAC(30%PAC实际投加量为0.44 m3/万m3)，实现铝离子与磷酸根离子反应去除可溶性磷，以及铝离子水解形成的絮状络合物对难溶性磷和有机磷等混凝去除[15]。

4.3 提标改造后除臭系统运行效果

在提标改造后，除臭系统运行稳定，对除臭系统出口气体的氨、臭气、硫化氢、甲硫醇指标进行长期监测，对应含量分别为0.02～0.18 mg/m3、5～229、未检出、未检出。除臭系统排气筒污染物执行《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》(DB 31/982—2016)，该标准的排放限值如下：氨含量为30 mg/m3、臭气含量为600、硫化氢含量为5 mg/m3、甲硫醇含量为0.5 mg/m3，提标改造后的除臭效果完全达到设计指标值。

5 存在问题及解决措施

5.1 除磷药剂投加系统优化控制问题

提标改造后该厂除磷效果较好，运行期间PAC投加量依据设计值固定不变，可根据处理水量、出水水质等运行状况适时调节投加量，实现最优控制，提高除磷效能，降低运行成本。

建议可采取以下2种措施之一实现除磷药剂投加系统优化控制。(1)使用P-RTC自动加药装置，该装置利用智能除磷系统，实现药剂投加量实时自动优化控制，除磷效果显著，可节能降耗、降低生产成本[16]。(2)优化PAC投加系统，利用系统控制程序实时分析进水流量、进出水TP及生物池末段(好氧段)正磷浓度，测算出PAC投加量，再根据在线监测系统对PAC投加泵需开启台数及相关控制参数进行实时调节，使其与该厂运行工况相匹配，实现PAC投加量智能化最优控制，减少药剂运行成本[17-18]。

5.2 反硝化深床滤池滤床堵塞问题

当反硝化深床滤池进水水质出现水质不均等异常情况，反冲洗程序响应不及时，会发生滤池、滤床堵塞现象，导致滤速降低，出水受限，滤池液位快速升高，出现污水外溢问题。

建议在现有滤池液位与出水闸门开度联动响应控制基础上，增加进水浊度在线检测仪[19]，实现进水浑浊度、液位、出水闸门开度与反冲洗程序四者形成联动响应机制，根据实时水质浑浊度及液位值自动调整出水闸门开度，并适时自动启动反冲洗程序，避免滤池、滤床堵塞现象发生[20]。

5.3 平流沉淀池季节性藻类问题

该污水厂平流沉淀池运行过程中出现季节性藻类现象，目前主要采用人工定期清理除藻，该措施存在人工耗时耗费较大、效率较低等问题。

建议该厂利用沉淀池上方空间敷设光伏发电系统，减少藻类光合作用，抑制藻类生长[21-22]。通过沉淀池上方二次开发，充分利用闲置空间，利用太阳能自发自用的生产模式，实现节能减排、降低运营成本，提高污水处理效率[23-24]。

6 结论

(1)提标改造后，该厂采用AAO+深度处理工艺运行平稳，通过工艺、设施、设备等改造，2020年平均处理水量为114.1万m3/d，汛期期间面临大流量进水时，适时改变运行模式，可超负荷稳定运行。

(2)在提标改造后主要污染物去除效果较改造前有较大提升，全面一级A达标排放。2020年平均出水指标CODCr、BOD5、TN、氨氮、SS、TP含量分别为11.00、1.26、6.34、0.17、5、0.100 mg/L，平均去除率分别为96.0%、99.1%、77.9%、99.2%、96.9%、97.4%。其中，出水CODCr、BOD5均达到地表Ⅳ类水标准，氨氮、TP地表Ⅳ类水达标覆盖率分别为99.4%、97.5%。

(3)运行期间，进水主要污染物指标(除TP外)均存在超设计负荷现象，处理后出水仍达到一级A标准，表明AAO生物处理系统及反硝化深床滤池具有较好的抗冲击负荷能力。该厂的运行管理经验对于采用AAO+深度处理工艺的大型污水处理厂提标改造具有借鉴意义。

(4)针对提标改造后除磷药剂投加、滤床堵塞、季节性藻类问题，适当采取工程技术性改善措施，可节能降耗、降低运行成本。