以北京高碑店再生水廠污水區(qū)升級(jí)改造為例，分析大型污水處理廠升級(jí)改造方案及運(yùn)行優(yōu)化效果。為強(qiáng)化二級(jí)處理生物脫氮除磷效果，控制二沉出水TN濃度在20 mg/L以下，該升級(jí)改造工程主要包括：改造部分初沉池為預(yù)缺氧池與厭氧池、增設(shè)生物池內(nèi)回流設(shè)施、轉(zhuǎn)換好氧池末端為消氧區(qū)、增設(shè)多點(diǎn)碳源投加等。此外，還探討分析了該升級(jí)改造工藝的運(yùn)行優(yōu)化措施，完善了升級(jí)改造工藝及其相關(guān)影響的系統(tǒng)性，最大程度發(fā)揮該升級(jí)改造工藝的潛力和效果，為其在大型污水處理廠升級(jí)改造中進(jìn)行推廣復(fù)制提供實(shí)際案例支撐。

1 水區(qū)升級(jí)改造概況

1.1 升級(jí)改造背景

高碑店再生水廠是北京處理規(guī)模最大的城市污水處理廠，一期和二期工程分別于1993年和1999年正式運(yùn)行，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為100萬m3/d，占地68 hm2，流域面積約100 km2。

2010年高碑店再生水廠的再生水利用工程開工建設(shè)，目前高碑店廠再生水深度處理過程主要采用反硝化生物濾池-超濾膜過濾-臭氧脫色-紫外線消毒工藝，并于2016年9月陸續(xù)投產(chǎn)運(yùn)行。在生產(chǎn)中水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，污水區(qū)二級(jí)出水TN仍較高，再生水處理單元的反硝化濾池脫氮壓力較大。2016年高碑店再生水廠二沉池出水水質(zhì)為：TN 26.11 mg/L、NH3-N 1.14 mg/L、TP 0.33 mg/L。

為保障再生水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，同時(shí)降低再生水處理單元反硝化濾池的碳源消耗量，使出水達(dá)到北京市地方排放標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/890-2012)B標(biāo)準(zhǔn)，有必要采取改進(jìn)措施降低二沉池出水TN。本項(xiàng)目通過對(duì)污水區(qū)二級(jí)處理單元功能提升改造，增強(qiáng)生物池的脫氮除磷效果，使二沉池出水TN控制在20 mg/L以下，從而提高再生水出水水質(zhì)保障度

1.2 升級(jí)改造內(nèi)容

1.2.1 升級(jí)改造概況

為強(qiáng)化生物池的脫氮除磷效果，根據(jù)《北京市高碑店再生水廠及再生水利用工程-再生水處理廠工程初步設(shè)計(jì)說明》設(shè)計(jì)，高碑店廠二級(jí)處理改造工藝原設(shè)計(jì)采用MBBR填料工藝，但該方案施工復(fù)雜、建設(shè)周期長(zhǎng)、投資大，且施工過程中需整個(gè)系列停運(yùn)。最終結(jié)合前期《高碑店污水處理廠改造及再生利用工程方案比選》結(jié)果，篩選出具有生物脫氮除磷功能的改良型AAO工藝作為最終方案。

高碑店再生水廠污水區(qū)升級(jí)改造為改良型AAO工藝，工藝流程如圖1所示。主體改造工程為：①改造2組初沉池，分別作為生物池的預(yù)缺氧池及厭氧池，增設(shè)旁通側(cè)流，其中10%原水經(jīng)旁通側(cè)流進(jìn)入預(yù)缺氧池，去除污泥回流液中的硝酸鹽氮，而另外90%原水則經(jīng)由初沉池進(jìn)入?yún)捬醭兀瑥?qiáng)化生物除磷;②改造生物池內(nèi)部構(gòu)造，新增內(nèi)回流設(shè)施，內(nèi)回流比在150%~300%范圍可調(diào);③改造好氧段末端5 m區(qū)域?yàn)橄鯀^(qū)，降低高DO內(nèi)回流液對(duì)缺氧段反硝化脫氮的影響;④修建配套的升級(jí)改造供配電、控制設(shè)施，將老舊設(shè)備設(shè)施更新?lián)Q代;⑤增設(shè)多點(diǎn)碳源投加：旁通側(cè)流(預(yù)缺氧池碳源)、乙酸鈉(外加碳源)及原初沉出水(缺氧池碳源)等。高碑店再生水廠污水區(qū)升級(jí)改造具體施工示意如圖2所示。

1.2.2 升級(jí)改造工藝參數(shù)

高碑店再生水廠污水區(qū)各構(gòu)筑物隨著升級(jí)改造完成，相關(guān)工藝參數(shù)有所改變，主要涉及水力停留時(shí)間、內(nèi)回流比、外加碳源投配率等。

(1)水力停留時(shí)間。本項(xiàng)目將污水區(qū)每系列2組初沉池改造為預(yù)缺氧池及厭氧池。初沉池HRT由3 h減至2 h;預(yù)缺氧池與厭氧池HRT增加1 h，即一期生物池HRT由10.5 h增至11.3 h，二期生物池HRT由8.9 h增至9.8 h，具體水力停留時(shí)間如表1所示。

(2)內(nèi)回流比。為增強(qiáng)反硝化脫氮效果，在各組曝氣池好氧區(qū)末端加裝內(nèi)回流泵，單臺(tái)能力為5 200 m3/h，從而增加混合液中硝酸鹽氮回流，強(qiáng)化脫氮，內(nèi)回流比介于100%~300%可調(diào)。

(3)外加碳源投配率。單系列均分別設(shè)置1套乙酸鈉外加碳源投加系統(tǒng)，全廠共4套，每套加藥設(shè)施均由2個(gè)50 m3的儲(chǔ)藥罐及2臺(tái)計(jì)量泵組成。加藥點(diǎn)分別位于各系列的回流污泥渠道的首端。外加碳源最大量按NO-3-N濃度從25 mg/L降至15 mg/L時(shí)，去除10 mg/L NO-3-N計(jì)算，實(shí)際運(yùn)行中乙酸鈉藥劑投配濃度大約在30~50 mg/L。

2 升級(jí)改造脫氮除磷效果分析

2.1 強(qiáng)化脫氮效果

高碑店再生水廠污水區(qū)從2017年6月開始施工改造，截至2018年6月底，污水區(qū)8組初沉池、24組曝氣池升級(jí)改造全部完成，配套內(nèi)回流及碳源加藥逐漸投入運(yùn)行。通過一段時(shí)間實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)分析了高碑店再生水廠升級(jí)改造后生物池沿程TN、NO-3-N、NH3-N變化趨勢(shì)如圖3所示。

污水區(qū)升級(jí)改造后，生物池增設(shè)預(yù)缺氧池，外回流污泥混合液TN可由15~20 mg/L降至2~3 mg/L;生物池缺氧段增設(shè)內(nèi)回流設(shè)施，生物池出水總氮可降至15 mg/L左右，生物脫氮能力大幅提高。

高碑店再生水廠污水區(qū)2016~2018年近3年二沉池出水TN變化如圖4所示。2018年污水區(qū)功能性改造完成后二沉出水總氮均值為14.48 mg/L，較改造前同期平均降低了10.65 mg/L，降幅42%左右，滿足升級(jí)改造后二沉池出水TN控制在20 mg/L以內(nèi)的設(shè)計(jì)需求，高碑店廠再生水出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

編輯：王媛媛