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某城市污水厂运行中出现的问题及解决办法探讨 * 刘彦菲陈滢卢凤华张燚刘敏 四川大学建筑与环境学院， 成都 610065 摘要 某城市污水处理厂采用改良氧化沟工艺处理生活污水， 在运行中存在脱氮除磷效果不佳的问题。通过对该厂的 工艺流程及进、 出水水质情况等分析， 结果表明 TN、 TP 去除率低的主要原因是进水有机物浓度与设计值相比偏低， 氧 化沟内很难形成设计时所设想的好氧 /缺氧交替运行的环境以满足氮、 磷的去除。因此， 尽快完善污水收集系统， 使城 市污水处理厂进水水质达到设计要求是提高氮、 磷去除效率的关键。在工艺中可适当减少曝气量来提高 TN 去除率， 降低出水中的硝态氮和溶解氧， 同时进一步提高 TP 去除率。 关键词 改良型氧化沟;总氮;总磷;生活污水 DISCUSSION ON PROBLEMS IN OPERATION AND SOLUTIONS OF A MUNICIPAL SEWAGE PLANT Liu YanfeiChen YingLu FenghuaZhang YiLiu Min College of Architecture and Environment，Sichuan University， Chengdu 610065， China AbstractThe efficiency of nutrient removal was poor in operation of modified Carrousel oxidation ditch used in a WWTP． By analyzing the process， the influent and effluent quality and operation parameters， the results showed that TN and TP removal rate was low mainly due to the influent lower concentration of organic matter compared to the design value and the oxidation ditch was difficult to a designed environment of the aerobic/anoxic alternating running to meet the needs of nitrogen and phosphorous removal． Therefore，enhanceing the sewerage system as soon as possible to make the urban sewage treatment plant influent water quality meet the design requirements was the key point to improve the nitrogen and phosphorus removal efficiency． The appropriate reduction of the amount of aeration in the process could improve the TN removal efficiency and reduce nitrate and dissolved oxygen，the TP removal efficiency could improve at the same time． Keywordsmodified Carrousel oxidation ditch;TN;TP;domestic sewage * 国际科技合作与交流专项 2009DFA92560 。 0引言 近年来， 为 满 足 田 园 城 市 建 设 对 环 境 的 高 要 求， 成都市全力推进全市水环境综合整治工作， 积 极开展以小流域为单位的综合治污工作， 在市、 区、 县城以及乡镇建立了很多小型污水处理厂。然而， 在这些污水厂的运行过程中逐渐暴露出一些南方 城市共有的问题， 其中最为严重的是进水有机物浓 度偏低， 实际运行水质远小于设计值 ［1- 3］， 相似情况 在我国其他地区同样存在。调查表明 ［4- 7］ 有很多 城市污水处理厂进水ρ COD 平均为 100 mg/L， 有 的地方污水进水ρ COD 甚至长期低于 100 mg/L， BOD5浓度仅约为设计值的一半， 污水不需处理便接 近二级排放标准。实际上， 进水浓度偏低非但不能 节约运行费用， 相反还会带来一系列问题， 如 降低 污水厂的投资效益， 增加运行负担 ［8］， 影响 TN、 TP 的去除率等。 本文就某污水处理厂的运行情况及运行过程中 遇到的问题进行探讨， 并针对存在的问题提出相应 对策。 1污水厂基本运行情况 1. 1污水处理厂概况及设计标准 该污水处理厂设计规模为 3 104m3/d， 污水处 理厂总占地23 644 m2， 采用改良型氧化沟工艺， 进水 为生活污水， 出水执行 GB 189182002城镇污水处 理厂污染物排放标准 一级 B 标。进出水水质设计 参数见表 1。 72 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 表 1进出水水质设计参数 mg/L 指标ρ BOD5ρ CODρ SS ρ NH3-N ρ TN ρ TP 进水15035025020302. 0 出水≤20≤60≤20 ≤8 ≤20 ≤1 1. 2工艺流程 根据进水水质情况和出水水质要求， 污水处理厂 选用改良型氧化沟工艺， 配套使用倒伞型表面曝气 机。改良型氧化沟工艺是在卡式氧化沟基础上优化 改良的一种工艺， 其减小氧化沟的流道断面， 增加流 道长度， 减少曝气机台数， 增大单机充氧能力， 另外在 进水端增设厌氧池， 出水端增设富氧区。 污水经过粗格栅后， 去除体积较大的悬浮物， 后 提升至集水井， 经细格栅流入涡流沉砂池， 砂水分离 后流入氧化沟进行生化处理， 污水及回流污泥分别由 管道输到各自进水井， 通过井上堰门调节流入氧化 沟。氧化沟流出的混合液流经终沉池泥水分离， 分离 出的上清液经紫外消毒排入受纳河流。终沉池底部 的污泥一部分通过污泥回流泵回流至氧化沟， 另一部 分作为剩余污泥进入污泥脱水间处理， 污泥处理采用 机械浓缩脱水。具体工艺流程见图 1。 图 1该城市污水处理厂工艺流程 1. 3主要构筑物及工艺参数 1. 3. 1沉砂池 沉砂池采用涡流沉砂池， 设两座， 直径4. 0 m， 深 2. 09 m， 并排布置。表面水力负荷为140 m3/ m2h ， 水力停留时间24 s， 进水渠最大流速 0. 70 m/s。 1. 3. 2改良型氧化沟 采用两组改良型氧化沟并联， 每组氧化沟为四条 沟并排， 沟宽7. 0 m， 水深3. 9 m。三个弯道分别安装 倒伞型表面曝气机， 曝气机下游为好氧区， 上游为缺 氧区， 形成 3 个 A/O 的串联， 不仅可以有效去除碳源 污染物， 还可以实现硝化和反硝化， 最后一组曝气机 在富氧区， 聚磷菌在此可以过量吸收水中的磷， 从而 实现除磷。 改良型氧化沟的单池容积为8 400 m3， 其中厌氧 池容积900 m3， 氧化沟容积7 500 m3; 水力停留时间 为 10h， 其中厌氧池停留时间1 h， 氧化沟停留时间 9 h; 混合液浓度为 3 500 ～ 5 000 mg/L; 氧化沟 BOD5 污泥负荷为 0. 09 kg/ kg d 。 1. 3. 3二沉池 采用周边进水、 周边出水及单管双翼吸刮泥机， 共 2 座。直径36 m， 池边水深4. 5 m， 平均流量时表面 负荷 为0. 82 m3/ m2h ， 最 大 流 量 时 为 1. 15 m3/ m2h ， 回流比为 80 。 2运行数据分析 2011 年 1 月份监测得到的平均进、 出水水质见表 2。 表 2 1 月份平均进、 出水水质 项目ρ CODρ BOD5 ρ NH3-Nρ TNρ TP 进水 / mgL － 1 46. 66 15 15. 16 316. 43 3 19. 26 11. 02 0. 1 出水 / mgL － 1 20. 12 8 2. 87 32. 14 214. 31 30. 96 0. 1 去除率 /56. 9 81. 187. 125. 75. 8 从表 2 可以看出 污水处理厂的主要考核指标均 达到 GB 189182002 中 的 一 级 B 标 准。低 温 下 NH3-N 去除率为 87. 1 ， 硝化效果较好。1 月份进水 各项指标均未达到设计进水值， 污水处理厂长期处于 低负 荷 运 行 状 态， 除 磷 率 仅 为 5. 8 ， 脱 氮 率 为 25. 7 ， 脱 氮 除 磷 效 果 较 差。 该 污 水 厂 1 月 份 ρ BOD5 /ρ COD 0. 325， ρ BOD5 /ρ TP 15， 基本 达 到 生 物 除 磷 的 要 求。ρ BOD5 /ρ TN 0. 79， 碳源严重不足。 2 月份的进、 出水水质情况与 1 月份相近， 出水 指标除 TP 外均达到一级 B 标准， 进水 COD、 BOD5远 低于设计值。 2011 年 2 月份的平均进、 出水水质见表 3。 表 3 2 月份平均进、 出水水质 项目ρ CODρ BOD5ρ NH3-Nρ TNρ TP 进水 / mgL － 1 42. 37 15 17. 23 317. 36 520. 37 41. 59 0. 2 出水 / mgL － 1 25. 30 12 5. 61 22. 54 416. 66 21. 23 0. 1 去除率 /40. 3 67. 485. 418. 222. 6 总体而言， 该污水处理厂的进水污染物浓度与设 计标准相比严重偏低， TN、 TP 去除率低， 目前出水 TN、 TP 达标是由于进水中该污染物浓度不高。 3存在的问题分析 3. 1脱氮情况分析 该污水处理厂采用改良型氧化沟进行硝化和反 82 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 硝化作用， 从而降低出水 TN 的含量。根据近期运行 数据和参数进行分析， 该污水处理厂 TN 去除率低的 原因可能有 1 氧化沟设计为厌氧区、 缺氧区、 好氧区， 但在 实际运行控制中发现， 从好氧段过渡到缺氧段时， 溶 解氧下降梯度不明显。运行过程中好氧区溶氧浓度 为 3 ～ 3. 5 mg/L， 由于进水有机物浓度偏低， 消耗的 氧较少， 导致缺氧区溶氧浓度较高＞ 0. 5 mg/L ， 抑 制了反硝化作用。王静等 ［9］发现， 好氧段 DO 控制太 高， 会影 响 缺 氧 段 DO， 当 氧 化 沟 的 好 氧 区 DO 在 0. 8 ～ 1. 1 mg/L时， 就能满足硝化脱氮的要求， 再提高 DO 对系统硝化效果的意义不大。从 1 月、 2 月的数 据可以看出 进水氨氮的转化率均在 85 以上， 表明 硝化效果良好， 因而 TN 去除率低很可能是由于反硝 化效果差导致的。 2 碳 源 严 重 不 足， 影 响 反 硝 化 效 果。高 景 峰 等 ［10］试验发现， 随着 COD/TN 的升高， 总氮去除率也 逐渐上升。试验中， 1 月份进水 ρ COD /ρ TN 2. 42， 低于进行反硝化所 需 的 ρ COD /ρ TN ≥ 7［10］， 因此 TN 去除率并不高。 3城市污水管网不配套， 造成污水处理厂的建 设规模和进水水质与投入运行后的实际值相差较大， 这是该厂存在的主要问题。在郑国辉 ［11］等的研究中 发现管网等配套设施建设滞后， 使污水收集能力不 足， 直接导致污水厂的进水水量较低; 排水管管材的 抗折强度较低， 地下水、 河涌水极易渗入或流入排水 管网内， 使得进水水质浓度偏低， ρ BOD5 /ρ COD 基本在 0. 3 左右， 与设计值有较大偏差， 这是造成污 水处理厂不能正常运行的最主要原因。 3. 2除磷情况分析 该污水厂采用生物除磷的方法， 根据近期运行的 数据分析， 该污水处理厂 TP 去除率低的原因有 1实际回流比为 200 ， 回流泥水中也含有一定 DO， 另 外 进 水 浓 度 低，氧 化 沟 厌 氧 区 的 DO 在 0. 5 mg/L以上， 影响了聚磷菌的释磷作用。刘艳臣 等 ［12］指出， 氧化沟内 DO 环境受进水水量、 水质波动 的影响十分显著， 在进水负荷低的时段， DO 偏高区 域过大， 氧化沟内不能够形成持续稳定的交替好氧缺 氧环境条件， 这将直接影响到聚磷菌在此段的生长状 况、 释磷能力及利用有机基质合成 PHB 的能力， 从而 使得生物除磷效果变差。 2 该污水厂 1 月份的平均进水的 ρ BOD5 和 ρ TP 分别为 15. 16 和1. 02 mg/L， 此时 ρ BOD5 / ρ TP 15。研究表明 若要使处理出水 ρ TP 控制 在1. 0 mg/L以下， 进水中的 ρ BOD5 /ρ TP 应控制 在 20 ～ 30［13］， 至少要大于 15， 才能保证聚磷菌足够 的基质需求而获得良好的除磷效果 ［14］。 3 进水中的 ρ COD /ρ TN 值对生物除磷也有 一定的影响， 一般要求 ρ COD /ρ TN＞ 14， 比值太 低会引起硝态氮回流至厌氧区， 而该污水厂的 1 月、 2 月的平均进水数据表明 ρ COD /ρ TN 2 ～ 2. 5， 远远低于 14 的要求值。 4生物除磷系统主要是通过排除剩余污泥来除 磷， 因而剩余污泥的排放量对除磷效果有着最直接的 影响。设计每天排出剩余污泥70 m3/d， 由于目前进 水有机物浓度低， 有机负荷长期偏低， 微生物处于内 源呼吸状态， 曝气过程中引起污泥过度自身氧化， 导 致污泥浓度较低 仅2000 mg/L， 低于合适的除磷浓 度要求 ［15］ ， 污泥产生量少， 因此污泥很少外排， 造成 TP 去除率低。 4建议 1 建议该地区抓紧完善污水收集系统， 对过去 已建成并投入运行的雨、 污水管网实施一次全面普 查、 纠错和畅通工程; 对于新建的排水管网在设计与 施工上应严格把关， 提高设计与施工质量， 使排水管 网的渗入与流入量降至最低， 尽快使城市污水处理厂 进水水质、 水量达到设计要求。 2 建议为倒伞型曝气机增加变频器， 对曝气强 度和 DO 浓 度 进 行 调 节，控 制 厌 氧 区 的 DO 在 0. 2 mg/L以下， 即可达到处理要求又可节能降耗， 同 时为防止污泥沉淀并使泥水充分混合接触， 可在厌氧 池内及其与氧化沟相接的入口处分别安装潜水搅拌 器和低速潜水推进器， 加大沟内流速。 5结论 1 城市污水收集与输送系统的建设和正常运行 是城市污水得到有效处理、 处置的必要前提， 排水管 网的建设与污水处理厂的建设应同步实施， 保证管网 的收集能力与污水厂的处理能力同步发展， 这样才能 充分发挥污水处理厂的效能。 2 进水有机物浓度过低的情况下， 可以减少曝 气量， 降低污泥自身过度氧化。厌氧区应严格控制厌 氧条件， 以保证生物脱氮除磷效果。 3 在氧化沟的反硝化区， 可投加有机物以提高 下转第 94 页 92 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 phase in the presence of hydrogen peroxide［J］． Environmental Toxicology and Pharmacology， 1998 6 1- 12． ［3］王磊． 工业城市污染土壤评估技术应用研究［J］． 污染防治技 术， 2008， 21 1 26- 28． ［4］田素军， 李志博． 重金属污染场地调查与健康风险评估 个案研 究［J］． 安全与环境工程， 2010， 17 3 32- 35． ［5］陈辉， 陈杨， 邵春岩， 等． 重金属污染场地管理模式治理及分级 方法研究［J］． 中国环保产业， 2008 1 49- 53． ［6］奚小环． 土壤污染地球化学标准及等级划分问题讨论［J］． 物 探与化探， 2006， 30 6 471- 474． ［7］赵沁娜， 徐启新， 杨凯． 潜在生态危害指数法在典型污染行业土 壤污染评价中的应用［J］． 华东师范大学学报． 自然科学版， 2005 1 111- 116． ［8］张应华， 刘志全， 李广贺， 等． 基于不确定性分析的健康环境风 险评价［J］． 环境科学， 2007， 28 7 1409- 1415． ［9］李如忠． 基于不确定信息的城市水源水环境健康风险评 价 ［J］． 水利学报， 2007， 38 8 895- 900． ［ 10］高军， 庞博， 梁媛， 等． 集对分析法在陕西省单站旱涝等级划分 中的应用［J］． 南水北调与水利科技， 2011， 9 6 74- 78． ［ 11］胥卫平， 曹子栋， 胡健． 城市水污染人权健康危险度评价系统分 析方法［J］． 西安石油大学学报． 社会科学版， 2004， 13 2 42- 48． ［ 12］赵沁娜． 城市土地置换过程中土壤污染风险评价与风险管理研 究［D］． 上海 华东师范大学， 2006． ［ 13］朱青， 周生路， 孙兆金， 等． 两种模糊数学模型在土壤重金属综合污 染评价中的应用与比较［ J］ ． 环境保护科学， 2006， 30 1 53- 57． ［ 14］Xiong L， Liang L， Wang G． research on selection and valuation of numeric scale in analytic hierarchy process［J］． Theory and Practice of Systems Engineering， 2005， 3 3 72- 79． ［ 15］王丹， 王宁． 基于模糊分 析 的 CDM 项目风险评估模拟研究 ［J］． 资源与产业， 2011， 13 4 50- 54． ［ 16］夏家淇， 骆永明． 关于土壤污染的概念和 3 类评价指标的探讨 ［J］． 生态与农村环境学报， 2006， 22 1 87- 90． ［ 17］马德毅， 王菊英． 中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评 价［J］． 中国环境科学， 2003， 23 5 521- 525． ［ 18］黄德寅， 薄亚莉， 管树利， 等． 化学物质职业暴露健康风险分级方法 的研究及应用［ J］ ． 中国工业医业杂志， 2009， 22 1 69- 72． ［ 19］胡二邦． 环境风险评价适用技术、 方法和案例［M］． 北京 中国 环境科学出版社， 2009 194- 195． ［ 20］张瑜． POPs 污染场地土壤健康风险评价与修复技术筛选研究 ［D］． 南京 南京农业大学， 2008． ［ 21］USEPA． Integrated risk ination system ［EB /OL］．http / / www． epa． gov/iris． ［ 22］GB 196151995 土壤环境质量标准［S］． ［ 23］唐书源， 李传义， 张鹏程， 等． 改进土壤综合污染指数计算公式 的设想［J］． 农业环境与发展， 2003， 4 1 41- 42． ［ 24］王晓红， 张新钰， 林健． 有机污染场地地下水风险评价指标体系 构建的探讨［J］． 地球与环境， 2012， 40 1 126- 132． ［ 25］赵克勤． 集对分析极其初步应用［M］． 杭州 浙江科技出版社， 2000． 作者通信处李进军266100山东省青岛市松岭路 238 号环境科 学与工程学院 E- mailwhuthg0602lijinjun 163． com 2012 － 04 － 10 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 29 页 进水的 COD 浓度， 使 ρ COD /ρ TN＞ 14， 保证反硝 化效果的同时减少硝态氮对聚磷菌的影响。 参考文献 ［1］陈中颖， 刘爱萍， 刘永， 等． 中国城镇污水处理厂运行状况调查 分析［J］． 环境污染与防治， 2009， 31 9 99- 102． ［2］侯红娟， 王洪洋， 周琪． 进水 COD 浓度及 C /N 值对脱氮效果的 影响［J］． 中国给水排水， 2005， 21 12 19- 23． ［3］董文福， 傅德黔． 我国城市污水处理厂现状、 存在问题及对策 研究［J］． 环境科学导刊， 2008， 27 3 40- 42． ［4］张永波， 刘奕玲， 李白红． 南方某城市污水处理厂工艺优化 ［J］． 给水排水， 2006， 32 S1110- 111． ［5］邵留， 徐祖信， 尹海龙． 污染水体脱氮工艺中外加碳源的研究 进展［J］． 工业水处理， 2007， 27 12 10- 14． ［6］邱鸿荣， 罗建中， 郑国辉． 城市污水处理厂进水浓度低原因及 其对策的研究［J］． 广东化工， 2010， 37 12 93- 94． ［7］熊鸿斌， 吴胜方， 赵娜娜． 城市污水厂 TN、 TP 达一级 A 标准的 设计运行要点［J］． 中国给水排水， 2011， 27 18 96- 99． ［8］梁杰， 康宇炜． 佛山市污水处理厂运行现状及对策浅析［J］． 中国环保产业， 2008 7 60- 62． ［9］王静， 刘建， 王凤伶． 底曝式氧化沟脱氮除磷的运行控制［J］． 山西建筑， 2011， 37 16 148- 149． ［ 10］高景峰， 彭永臻， 王淑莹． 有机碳源对低碳氮比生活污水好氧 脱氮的影响［J］． 安全与环境学报， 2005， 5 6 11- 15． ［ 11］郑国辉， 罗建中， 邱鸿荣． 城镇污水管网建设管理对 COD 减排 的影响研究［J］． 给水排水， 2010， 36 S1 28- 32． ［ 12］刘艳臣， 施汉昌， 王志强， 等． Carrousel 氧化沟内 DO 变化规律 及其优化控制条件［J］． 中 国 环 境 科 学， 2008， 28 9 843- 846． ［ 13］张自杰． 排水工程［M］． 4 版． 北京中国建筑工业出版社， 2000． ［ 14］荣宏伟， 张朝升， 张可方． AO 2-SBBR 反硝化除磷工艺处理 低碳城市污水［J］． 中国给水排水， 2006， 22 15 29- 32． ［ 15］郭航军， 陈平． Carrousel 2000 氧化沟工艺脱氮除磷的原理与实 践［J］． 北京水务， 2010 3 28- 30． 作者通信处刘敏610065成都市四川大学建筑与环境学院 E- mailliuminscu 163． com 2012 － 07 － 03 收稿 49 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期