提標改造效果良好，出水各項指標均滿足規范，如何借鑒天津津沽污水處置廠提標改造措施
為改善天津市水環境質量，滿足水資源維護以及污染物繼續減排需要，天津市地方規范《城鎮污水處置廠污染物排放規范》DB12/5992015于2015年10月正式實施。天津市津沽污水處置廠作為我國第一座大型市政污水處置廠紀莊子污水處置廠的遷建工程，于2014年投產運行，設計規模55萬m3/d遠期規劃100萬m3/d除部分出水（7萬m3/d作為津沽污水處置廠再生水廠水源之外，出水主要經大沽排水河后匯入渤海。依照《天津市水污染防治工作方案》要求，津沽污水處置廠出水要求由滿足《城鎮污水處置廠污染物排放規范》GB18918-2002一級A規范提升至《城鎮污水處置廠污染物排放規范》DB12/599-2015A類標準（以下簡稱天津地標A為改善出水水質滿足新地標下對有機物、氮磷及色度等高排放規范要求，津沽污水處置廠于2017年進行了工程提標改造。
1提標改造前污水處置廠概況
津沽污水處置廠總服務面積283km2實際進水量2017年在47萬～62萬m3/d已接近滿負荷運行且季節性變化不明顯。提標改造前處置工藝為改進型多級AA O高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝，主要構筑物包括曝氣沉砂池1座（HRT為7min初沉池3座（HRT為1h逾越運行）生物池及污泥泵房3座（生物池平均流量下HRT為21.9h二沉池12座［平均外表負荷1.05m3/m2h］，中間提升泵房及高效沉淀池各1座（沉淀池表面負荷20m/h深床濾池2座（平均濾速8m/h紫外消毒渠及出水泵站各1座。
2工藝流程改造
2.1新地標達標水質難點
提標改造前的2016年津沽污水處置廠出水水質如表1所示。
從表1可以看出，改造前各污染物出水平均值可穩定達到城鎮污水處置廠污染物排放規范》GB18918-2002一級A規范， 上海純水設備但上限均高于天津地標A有機物、氮磷及懸浮物濃度這幾項基本控制項目中，新地標達標技術難點主要為TN和COD生物池好氧段HRT平均流量下為12h曝氣量足夠情況下，冬季低溫期出水NH3N可穩定低于1.5mg/L除生物除磷外，采用了高效沉淀段化學輔助除磷工藝，可保證出水TP低于0.3mg/L濾池設計強制濾速為8m/h采用降低負荷方式可有效降低出水SS全年進水C/N平均僅為5.8低于同期全國典型鄉村污水處置廠進水C/N平均水平，需在低C/N下實現TN高標準達標；盡管大部分時段出水COD可滿足≤30mg/L但變化幅度較大，需提高出水COD新地標達標的穩定性。
2.2工藝流程及改造重點
根據上述分析，新地標達標難點主要為TN和COD其他指標可以通過工藝優化得到保證的水質特征，確定該廠提標改造后的工藝流程為多點進水多點回流改進型多級AA O高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝，主工藝段流程如圖1所示。
P為優化生物脫氮效果，本次改造中生物段在保管原有生物系統多點進水合理分配進水碳源的基礎上，增加了內回流點和最大回流量，提高了生物池混合液懸浮固體濃度，將第一好氧池末端優化為漸減曝氣方式以消除溶解氧對第二缺氧池反硝化的有利影響；此外將深床濾池改造為反硝化深床濾池，降低了強制濾速并增加了濾層厚度，去除SS之外作為高標準下出水TN達標的二級生物處置的保證性措施；為提高出水COD穩定性并降低出水色度，深床濾池后增加了臭氧接觸池，去除溶解性難生物降解有機物及新興微量污染物的同時無化學污泥發生，并可根據其投加量的大小與紫外消毒工藝聯合優化運行，保證出水COD色度和大腸菌群的穩定達標。
2.3改造前后設計參數
改造前后二級生物處置與深度處置工藝段的設計參數如表2所示。
3改造效果分析
2018年11月津沽污水處置廠出水開始執行天津地標，本文以該廠原有系統為例，對2018年11月～2019年5月含有低溫期與常溫期的進出水水質進行了研究，以探討提標改造后的處置效果，并分析了沿程主工藝段對有機物和氮磷去除的貢獻。
3.1外加化學藥劑
提標改造后，第二缺氧池投加了乙酸鈉（CH3COONa作為外加碳源以強化脫氮效果，二沉池出水TN基本低于10mg/L情況下，反硝化深床濾池暫時依照深床濾池運行。本文研究期間，乙酸鈉有效成分月平均投加量在4560mg/L高效沉淀池的混凝劑為聚氯化鋁（PA C助凝劑為聚丙烯酰胺（PA M折合有效成分后月平均投加量分別為3.34.5mg/L和0.50.7mg/L臭氧以液氧為氣源， 上海純水設備投加濃度為10%2019年3月份開始調試運行，設計平均投加量為325kg/h
3.2改造后進出水水質
3.2.1有機物
改造后進水、二沉池出水及深度段總出水COD變化如圖2所示。
由圖2可見，提標改造后進水COD為246447mg/L平均352mg/L總出水COD10.327mg/L平均16.3mg/L出水COD可穩定達到天津地標A標；由COD變化可以看出，COD主要在生物處置段得到去除，平均該段去除的COD占總去除率的98.3%深度處置段主要起到輔助達標的保證作用。提標改造后，二級出水COD主要以溶解性有機物SCOD為主，SCOD/COD45.9%99.3%平均為77.2%對于二級出水的有機物深度去除，高效沉淀/過濾以及臭氧氧化對COD去除效果如表3所示，其中高效沉淀/深床濾池占深度處置段去除率的82.5%臭氧氧化為17.5%高效沉淀/深床過濾對顆粒態有機物的去除占到深度段作用的主體，目前階段臭氧氧化進水COD濃度已較低，臭氧低投加量下對COD降解作用不明顯。
3.2.2氨氮和總氮
提高氮的去除能力是鄉村污水處置廠提標改造的重點，氨氮和總氮主要依靠硝化和反硝化生物作用去除，低溫條件下保證生物脫氨效果為鄉村污水處置廠運行的難點之一。津沽污水處置廠提標改造完成短期后即進入了冬季低溫期，改造后進出水NH3-N和TN變化如圖3和圖4所示。
良好硝化是低溫條件下污水處置廠保證脫氮效果的前提，由圖3可見，提標改造后進水NH3N20.944.7mg/L出水NH3N最高為0.8mg/L冬季低溫期最低水溫為15℃的情況下系統硝化性能依舊良好，且冬季出水NH3N平均值（0.2mg/L稍低于升級改造前（0.34mg/L原有系統硝化穩定的基礎上，改造后提高生物池污泥濃度有利于進一步提升系統的硝化能力， 上海純水設備此外將第一好氧池末端調整為漸減爆氣減少的溶解氧供量沒有對系統的硝化能力發生有利影響。
分析改造后的進出水TN濃度，進水在27.460.5mg/L平均為46.6mg/L出水在5.039.98mg/L平均為8.25mg/L可穩定滿足天津地標A規范；與提標改造前同期相比，TN平均去除率有所增加，提標改造前后分別為72.2%和81.4%隨著污染源治理力度不時加強，廠進水TN濃度有所下降，C/N有所增加，改造前后TN和C/N平均值分別為52.5mg/L46.6mg/L和6.3mg/L7.6mg/L為生物系統脫氮有利因素；此外，廠自提標改造完成后將碳源投加方式調整為全年投加，設計中優化了內回流方式和好氧池末端爆氣方式，提高了內外碳源的利用效率，3種因素協同作用保證了出水TN天津地標達標。
與對有機物的去除變化規律相同，氮的去除主要依靠二級生物處置段，具體結果如表4所示，該段占到系統整體對NH3N和TN去除的99.3%和96.9%由于目前深床濾池并未投加碳源，濾池僅起到對局部顆粒態氮的截留作用，因此深度段對總氮的去除貢獻作用不明顯，深床濾池投加碳源后脫氮效果還有待于后續跟蹤研究。
3.2.3總磷
改造后進水、二沉池出水及深度段總出水TP變化如圖5所示。
由圖5可以看出，進水TP為3.186.71mg/L條件下，出水TP可穩定低于0.3mg/L平均值僅為0.19mg/L平均去除率達到96.1%生物和化學兩方面的作用保證了高效的除磷效率，廠進水TP中以PO3-4-P為主平均占到54.3%溶解性有機磷比例平均僅為17.0%二沉池回流污泥中NO-3-N濃度基本在6.5mg/L以下，有利于聚磷菌在厭氧條件下磷的釋放， 上海純水設備為好氧階段磷的吸收發明了條件，結合生物同化作用對磷的去除，二沉池出水TP可達到0.171.15mg/L平均為0.44mg/L此外，深度段高效沉淀工藝中投加了除磷化學藥劑PA C進一步降低了出水TP濃度，該段貢獻了平均0.25mg/LTP去除量，保證了TP達標。
3.2.4懸浮物和色度
懸浮物濃度對水體中營養鹽和浮游動物均具有重要影響，降低懸浮物濃度可有效限制出水中病毒、細菌和其他有害物質，降低色度對于廠出水補給河流及用于景觀再生利用具有重要意義。提標改造后進出水SS變化如圖6所示，二沉池和深度段出水色度分別為20~25倍、≤10倍。二沉池出水SS8mg/L以下，經過深度段處理后SS已檢測不出，色度深度段出水基本為10倍及其以下。
4結論
1針對新地標達標的水質難點主要為 TN和COD將原有的改進型多級AA O高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝改造為多點進水多點回流改進型多級—高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝；為提高生物脫氮效果優化了內回流點、回流量及好氧池曝氣方式，并設置了反硝化深床濾池；增加了臭氧氧化提高出水COD穩定性并可與紫外消毒聯合優化運行，去除生物難降解有機物的同時面向未來新興微量污染物去除需求。
2提標改造后，廠出水TNCODNH3NTPSS和色度均可穩定滿足DB12/599-2015要求；進水低C/N平均7.6及高排放規范下，改造后冬季及常溫期需外加碳源保證出水TN≤10mg/L
3生物二級處置為有機物、氮和磷去除的主體，所占貢獻比例（平均值）CODTNNH3NTP和SS分別為98.3%99.3%96.9%94.6%和95.3%深度段起到水質提升作用，該段對CODTNNH3-NTP和SS去除提升分別為（平均值）5.5mg/L0.2mg/L1.2mg/L0.25mg/L和5mg/L對各項指標穩定達標起到保證作用。
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