某工業園區污水處理廠，主要服務范圍為所在工業園內居民生活區、精細化工區、海洋裝備制造區、石油化工區，設計處理規模為5x104m3/d。進廠污水中，工業廢水占90%以上，且進水可生化性極差、水質復雜多變、部分指標超標嚴重，原處理工藝無法保障出水水質穩定達標。
隨著工業園區不斷發展以及對環境要求的逐步提高，該污水處理廠不僅亟需解決如此復雜的現狀問題，也面臨著提標改造的嚴峻任務。根據相關要求，該污水處理廠于2015年11月完成了提標改造。結合該污水廠實際進水水質和工業園區發展情況，確定了設計進水水質，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)—級A排放標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)二時段一級標準的較嚴值，具體進、出水水質見表1。
一、提標改造前概況
1.1 運行情況
該廠原采用A/O微孔曝氣氧化溝工藝，工藝流程為“污水—粗格柵及提升泵房—細格柵及旋流沉砂池—A/O微孔曝氣氧化溝—沉淀池—紫外線消毒間—排放”。出水排放標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)二級排放標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)二時段二級標準的較嚴值。
1.2 存在問題
①各水質指標均無法穩定達到提標后的水質標準，尤其是COD和氮的處理難度較大：原處理工藝中，進水難生物降解或不可生物降解COD比例較高，出水COD不穩定;進水氨氮波動較大，出水氨氮、TN不穩定。
②進水不利于生化處理：水質波動較大，成分復雜，可能存在有毒有害物質，有機物和氨氮沖擊負荷大;可生化性極差，碳源不足，進水B0D5普遍低于30mg/L，B/C值小于0.3，極端B/C值低于0.1;管網存在海水倒灌的問題，氯離子濃度偏高(271~4191mg/L)，對活性污泥生長繁殖抑制較大。
③氧化溝活性污泥濃度偏低、活性極差：因進水水質原因，氧化溝活性污泥MLVSS濃度約為1000mg/L，SVI約為30mL/g，污泥活性極差。
④氧化溝存在死水區，有效池容利用不足：氧化溝轉角導流墻設計和推流器布置不合理，導致轉角區域存在死水區。
二、提標改造方案
2.1 工藝流程
本提標改造工程關注的重點應為COD和TN的去除，改造總體思路如下：
①強化降解COD：在優化氧化溝生物處理的基礎上，通過增加混凝沉淀、膜過濾、臭氧催化氧化及活性炭吸附等工藝去除難降解COD。
②強化生物脫氮：生物脫氮是目前最為經濟可行的工藝路線。為此必須保證生物系統一定的污泥量，因此在氧化溝增加MBBR工藝(流動床生物膜反應器)維持合理的污泥濃度、增強硝化效果，并增設污泥內回流泵增強反硝化。為保障良好的反硝化效果，增加碳源投加設施。
③控制進水水質：工業園區內企業廢水排放需逐步嚴格執行相關排放標準。
根據上述改造思路，確定改造后的生產工藝為“MBBR氧化溝+混凝沉淀+超濾+臭氧催化氧化(輔以活性炭吸附)”，工藝流程如圖1所示。
2.2 方案及參數
①氧化溝(改造)
原氧化溝為A/O工藝，總停留時間為15.1h，池容滿足生物脫氮除磷要求，但由于進水有機物濃度偏低、可生化性較差，為此在氧化溝中增加MBBR工藝，在氧化溝內投加懸浮填料：好氧段停留時間為9.8h，將其分為兩部分，其中一部分投加懸浮填料3400m3，填料投加比為35%。
原氧化溝內采用回流門控制內回流，回流效果不理想，增加混合液內回流栗強化反硝化效果，每組池子分別設置2臺穿墻泵，單泵(Q=213I7s，混合液內回流比可達150%。為改善氧化溝水力條件，在原轉角處進行導流墻改造，拆除導流墻共24處，新建12處導流墻。同時，增加8臺推流器，單機功率為3.1kW。
②集配水井及污泥回流泵房(改造)
原集配水井土建規模為10x104m3/d，設備規模為5x104m3/d，配備2臺回流污泥泵(1用1備)，單泵流量為1100m3/h，回流比為53%，偏小。本工程增設2臺污泥回流滎，單滎流量為1100m3/h，加上已有2臺回流栗，2用2備，均回流至氧化溝內，提高污泥回流比最大至100%，以提高氧化溝的抗沖擊負荷能力。
③二次提升泵房(新建)
沉淀池出水經二次提升泵房提升后接人高效沉淀池。二級提升采用潛水離心泵。設計規模：5x104m3/d，總變化系數fc=1.38。配備4臺潛水離心泵(3用1備)，單泵(Q=1100m3/h，P=28kW。
④高效沉淀池(新建)
沉淀池出水經二次提升泵房提升后接人高效沉淀池，進一步去除懸浮物、BOD5、COD、重金屬、乳化油等其他工業廢水污染物和化學除磷。設計規模為5x104m3/d，總變化系數心=1.38，并考慮膜過濾車間20%(膜反洗排水和溢流水)的回流量。高峰時表面負荷為12.4m3/(m2•h)，平均時表面負荷為9.4m3/(m2•h)，有效水深為6.25m。混凝劑PAC投加量為40mg/L，絮凝劑PAM投加量為0•1mg/L。并輔以粉末活性炭投加，水質異常時去除生物無法降解的溶解性有機物和痕量重金屬，投加量為125kg/h，最大粉末活性炭投加量為60mg/L。
⑤膜過濾車間(新建)
該單元是本次提標改造的核心處理單元。超濾膜系統采用浸沒式聚偏氟乙烯(PVDF)簾式中空纖維膜，設計產水能力為5x104m3/d，總變化系數h=1.38，膜平均孔徑為0.02〜0.04，名義通量為31.017(m2.h)，跨膜壓差(TMP)：0~35kPa。分為8個膜單元、每個膜單元4個膜組器，共計32個膜組器，總膜面積為67200m2
⑥臭氧催化氧化接觸池(新建)
該單元用于降解剩余的難降解有機污染物，具備消毒、氧化、脫色等多種功能。設計規模：5x104m3/d，總變化系數心=1.38，6座反應池，單池水力停留時間為1h，單池催化劑接觸時間為0.5h，正常濾速為5.13m/h，強制濾速為6.16m/h。采用周期性氣水沖洗方式，沖洗周期為1次/15d，沖洗程序：氣沖—氣水沖—水沖，沖洗強度：氣沖15L/(m2.s)，水沖12L/(m2.s)。
三、運行效果及分析
提標改造投產前、后七年多來處理系統對各水質指標的處理情況和運行效果見表2。
3.1 對COD的去除效果
由表2可見，改造前進水COD平均值為143mg/L，出水COD平均值為47.3mg/L，平均去除率為66.1%;改造后進水COD平均值為145mg/L，出水COD平均值為26.0mg/L，平均去除率為80.4%，出水COD穩定達標。
改造前，由于進水水質復雜、可生化性差，系統微生物活性較差，且無法去除難生物降解的有機物，對COD的處理無法穩定達標，且出水水質波動較大;改造后，通過投加碳源(乙酸)提高了水質可生化性，改造導流墻改善了水力條件，氧化溝的污泥濃度由1500mg/L提高到了3500mg/L;通過MBBR工藝形成了復合式生化系統，在懸浮活性污泥與懸浮填料表面的生物膜的共同作用下，大大提高了系統的抗沖擊負荷能力;后續又經過高效沉淀池的混凝沉淀(輔以活性炭吸附)、超濾膜系統的過濾、臭氧催化氧化池的臭氧和羥基自由基(*OH)的強氧化能力將水中殘留的難降解有機物進一步氧化分解，使得出水COD穩定達標。
3.2 對NH3-N的去除效果
由表2可見，改造前進水NH3-N平均值為10_3mg/L，出水NH3-N平均值為2.29mg/L，平均去除率為83.8%;改造后進水NH3-N平均值為3.5mg/L，出水NH3-N平均值為0.41mg/L，平均去除率為86.7%，出水NH3-N穩定達標。
改造前，系統對氨氮的去除效果并不穩定，當發生進水氨氮沖擊時，出水氨氮濃度會隨之提高，系統抗沖擊能力較差。改造后，進水氨氮較改造前降低了6.8mg/L，水質波動也大幅減小，但去除率卻比改造前提高了。除了通過加大碳源投加量改善活性污泥生物活性外，還通過在好氧池投加懸浮填料，保證污泥齡較長的硝化細菌可以較好地保留在填料上，進而強化了硝化性能，使得系統的抗沖擊能力提升，處理效果提升。
3.3 對TN的去除效果
由表2可見，改造前進水TN平均值為16.8mg/L，出水TN平均值為9.2mg/L，平均去除率為43.8%;改造后進水TN平均值為11.8mg/L，出水TN平均值為3.8mg/L，平均去除率為68.0%，出水TN穩定達標。
改造前，由于進水可生化性較差，進水B0D5/TN平均值僅為2.67，碳源不足是脫氮效率偏低的重要原因;另外，原氧化溝內采用缺氧區到好氧區的回流門控制內回流，回流效果不理想，導致好氧區的硝酸鹽氮無法回流到缺氧區進行反硝化。改造后，通過投加80mg/L的乙酸，為反硝化提供了充足的碳源;在氧化溝缺氧區到好氧區增加了混合液內回流栗，將好氧區的硝酸鹽氮回流到缺氧區進行反硝化;另外，MBBR工藝提升硝化效率也促進了反硝化效果，強化了脫氮效果。
3.4 對TP的去除效果
由表2可見，改造前進水TP平均值為3.24mg/L，出水TP平均值為1.12mg/L，平均去除率為61.2%;改造后進水TP平均值為2.42mg/L，出水TP平均值為0.19mg/L，平均去除率為90.8%，出水TP穩定達標。
改造前，主要依賴生物除磷，進水bod5/tp平均值僅為13.8，碳源依然偏低；活性污泥有機成分偏低，容易沉降，同時原氧化溝部分導流墻設計不合理，存在水力死角，導致大量活性污泥沉降到氧化溝池底，污泥脫水量嚴重偏低，因此生物聚磷后吸附在污泥中無法及時排出系統，除磷效率很不理想。改造后，一方面通過投加乙酸為生物除磷提供了足夠的碳源，改善了污泥活性，另一方面對原氧化溝轉角處導流墻進行了改造、增加了8臺推流器，水力條件大幅改善，活性污泥流動均勻，污泥沉降問題得到了解決;同時，由于懸浮填料可以富集并固定泥齡較長的硝化細菌，通過MBBR的泥齡分置功能保證了系統以短泥齡運行，通過強化排泥保證除磷效果;除了強化生物除磷，考慮到進水TP波動較大，利用高效沉淀池投加硫酸鋁和PAM對生物除磷無法去除的磷酸鹽進行化學除磷，充分保障了出水TP穩定達標。
3.5 對SS的去除效果
由表2可見，改造前進水SS平均值為96mg/L，出水SS平均值為11mg/L，平均去除率為88.1%;改造后進水SS平均值為93mg/L，出水SS平均值為2rng/L，平均去除率為97.5%，出水55穩定達標。
改造前，由于系統進水可生化性差，污泥活性偏低，絮凝沉淀效果較差，雖然投加了PAC/PAM輔助混凝，出水SS仍然偏髙。改造后，通過上述改造措施，強化了生化系統;新建了高效沉淀池，進一步強化了混凝沉淀;新建了超濾膜池，膜平均孔徑為0.02〜0.04pm，可攔截生物處理和混凝沉淀未能沉降的顆粒、膠體、大分子有機物等物質，充分地保障了出水SS的穩定達標。
四、經濟效益分析
該廠提標改造工程總投資為1.33億元。提標改造前單位電耗為0.20kW•h/m3，提標改造后單位電耗為0.35kW•h/m3;提標改造前藥費為0.02元/m3，提標改造后藥費為0.67元/m3。
五、結論
該提標改造工程針對工業園區進廠水可生化性差、難生物降解有機物含量高、水質波動大等特點，在原有二級處理工藝基礎上進行改造，采用了“MBBR氧化溝+混凝沉淀+超濾+臭氧催化氧化(輔以活性炭吸附)”工藝。該工藝首先采用MBBR技術對氧化溝進行改造，強化生物降解有機物和脫氮除磷的能力，然后通過“混凝沉淀+超濾”單元進一步去除水中有機物和懸浮物，最后采用臭氧催化氧化工藝徹底去除難降解有機物。提標改造投產后三年多來，該工藝實現了穩定達標運行，效果理想，對類似工業園區污水處理廠的工藝選型具有借鑒意義。( >
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