高比例難降解工業廢水處理廠生化系統升級改造研究

　　山東某污水處理廠進水含高比例難降解工業廢水，可生化性差。通過分析現有工藝存在的問題，對該廠的生化系統進行改造，改造后該處理工藝為“預處理+水解酸化池+接觸氧化池+氧化溝+深度物化處理”。實際運行結果表明，改造后的工藝處理效果好、運行穩定，出水水質指標均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A排放標準。

　　1工程概況

　　1.1工程背景

　　山東某污水處理廠負責該區境內經企業自身預處理后的生產廢水、區內居民的生活廢水及區內居民的生活廢水。其生產廢水包括印染廢水、制革廢水、制藥廢水及其他工業廢水，其中以印染廢水為主，占總污水量的70%～80%。其水質組分復雜，難生物降解物質多，水量水質波動大，色度深，可生化性極差，且含有毒物質，給后續的生物處理帶來了很大困難。原處理工藝難實現出水水質達標，需對污水處理廠進行升級改造。

　　1.2設計規模

　　設計處理規模5萬m³/d，其中一期工程2萬m³/d，以滿足近期污水處理需要。該污水處理廠建成于2007年7月，至今已運行將近8年有余，目前處理廢水平均約1.6萬m³/d。

　　1.3廢水水質

　　隨著當地各工業企業的快速發展，污水處理廠進水中工業廢水比例逐漸增大，主要為印染廢水、制革廢水、制藥廢水等，其中排放的印染廢水比例高達70%～80%，導致實際進水水質和原設計進水水質相差很大，可生化性差，處理難度大。經改造后的出水水質指標可達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準。該污水處理廠實際進水情況及設計出水水質見表1。

　　2污水處理廠工藝改造升級方案

　　2.1污水處理廠原處理工藝及現存問題

　　該污水處理廠原處理為預處理+水解酸化池+氧化溝+深度處理工藝。污水處理廠運行時存在問題：水解酸化池的處理效率低下，運行時池中污泥濃度低、活性差，無法發揮其提高廢水可生化性的作用；氧化溝中污泥的馴化程度不夠，營養物質的缺乏，導致微生物的活性較差，不耐沖擊負荷。原處理工藝的出水水質只能達到GB18918—2002一級B排放標準。

　　2.2污水處理廠工藝系統的改造方案

　　在基本保留工藝基礎上進行改造，改造后處理工藝為預處理+水解酸化池+接觸氧化池+氧化溝+深度物化處理，具體工藝流程見圖1。

　　(1)水解酸化池改造：1#和2#水解酸化池有效容積均為3500m³，水力停留時間共10.5h，其尺寸為L×B×H=27m×20m×7m，每個水解酸化池均分為3個反應池。

　　改造主要包括：①增設污泥回流泵，回流30%的二沉池污泥至水解酸化池進水端，可快速提升其污泥濃度，利于其快速啟動[3]；②安裝并合理開啟水下推進器，在水解酸化池中合適位置布置水下推進器，可控制池內DO濃度在兼氧范圍為0.01～0.2mg/L，且能促進泥水充分混合；③安裝填料，在每個反應池中均安裝彈性填料，每個反應池需要填料約3360條彈性填料，安裝時距池壁3m，上端距水面0.5m，用固定螺栓安裝填料框架，框架長21m，寬6.4m。

　　(2)接觸氧化池改造：將3#水解酸化池改造為接觸氧化池。有效容積約為6000m³，其尺寸L×B×H=35m×32m×6m，停留時間約為9h，其曝氣量為111.11m³/min，氣水比控制在10∶1，共分為4個反應池。

　　改造主要包括：①曝氣管布設，曝氣管從鼓風機房引出到3#水解酸化池廊道間隔處，曝氣器采用自主研制的曝氣器，材料采用PVC管，斜45°開直徑約為3mm小孔，每間隔5cm交錯開一個小孔；

　?、谖勰嗷亓鞴懿荚O，從原污泥回流管線處再接一根污泥回流管至3#水解酸化池前端進水處；

　?、郯惭b好氧生物填料，在每個反應池內均安裝3m長彈性填料，填料距兩端池壁為3m，距設計水面0.5m，每池需約5545條彈性填料，用固定螺栓將填料框架固定于池壁，框架長26m，寬8.5m。生物接觸氧化法中污泥濃度高，對于系統沖擊負荷耐受性較好，既能夠增加好氧停留時間，有利于穩定后續氧化溝工藝。

　　(3)氧化溝改造：氧化溝有效容積約7300m³，水力停留時間為11h。氧化溝前設厭氧段，氧化溝中設缺氧段和好氧段，但該污水處理廠進水中總氮負荷不高，且深度物化處理對于前段生物處理剩余的總氮和總磷有良好的處理效果，因此可考慮將其曝氣方式改為全池曝氣。而且氧化溝中曝氣管老化、堵塞現象嚴重，可更換并重新排布曝氣管。

　　故氧化溝具體改造為：①更換原好氧段曝氣管，在厭、缺氧段加裝曝氣管，曝氣管采用微孔管式曝氣管，固定于支架上，曝氣裝置整體采用可提升式曝氣器，便于日后安裝維修，共安裝23組曝氣器。運行期間，其曝氣量為150m³/min，氣水比為13.5∶1，前端溶解氧控制在3～5mg/L，出水端附近控制在1～2mg/L；

　?、谥匦屡囵B氧化溝活性污泥，由于改造前氧化溝長期處于難降解廢水環境中，活性污泥活性差，故需對其重新進行培養，并控制二沉池的污泥回流比，使將氧化溝污泥濃度控制在4000～4500mg/L；

　?、巯蜓趸瘻现醒a充營養物質，考慮到其進水營養物質結構失衡，易生物吸收有機物少，可定期向氧化溝中投加碳氮源等營養物質。在氧化溝調試時期，投加藥物種類為葡萄糖和磷酸二氫鉀，根據實際進水水質投藥量按比例混合，調試期間控制好氧區廢水BOD5∶N∶P=100∶5∶1。待調試結束后運行期間，考慮投加的葡萄糖和磷酸二氫鉀的成本，在投加營養物質葡萄糖、磷酸二氫鉀營養物質的同時，加入一部分畜禽糞便作為補充營養物質，可有效降低藥劑成本。

　　3改造后系統運行效果

　　該污水處理廠所有生化改造及調試工作基本于2015年3月1日之前完成，在改造和調試工作完成后，對其運行情況進行了將近5個月的持續監測，記錄其運行數據，并對其運行效果進行分析。

　　(1)水解酸化池平均COD去除率為11.02%，水解酸化池對于COD的去除有一定的效果，且對沖擊負荷有一定的耐受性。出水氨氮濃度升高，在水解酸化池中，有機氮在厭氧氨化作用下分解、轉化為氨態氮。

　　水解酸化池進水B/C為0.08～0.13，屬于難生化廢水，經過水解酸化池作用后，B/C平均值為0.27，B/C值得到了較大提高，可認為水解酸化池基本發揮了其提高廢水可生化性的作用。

　　(2)接觸氧化池平均COD去除率為28.22%，接觸氧化池對于COD和氨氮有一定的去除效果，且出水COD較穩定。氨氮平均去除率45%，且對變化波動大的進水氨氮濃度表現出較強的適應性，出水氨氮濃度波動幅度小，說明改造后的接觸氧化池的抗沖擊負荷能力強。這些都利于后續氧化溝工藝處理。

　　(3)氧化溝進水COD穩定，波動較小，且平均COD去除率為70.13%，說明改造后的氧化溝對COD是去除效果較好。氧化溝處理氨氮效果較穩定，利用好氧硝化菌的氧化作用實現氨氮的去除。氧化溝投加相應比例葡萄糖、磷酸二氫鉀和部分畜禽糞等營養物質后，控制池內BOD5∶N∶P=100∶5∶1，通過外加碳源和其他營養物質，一定程度上有效改善了進水的營養物結構和配比，利于提高池內污泥的活性。

　　在改造完成后，進水水質基本與改造前持平，出水水質指標經后續深度物化處理后均滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)的一級A排放標準。

　　4結論

　　(1)城市污水處理廠處理高比例工業廢水時，可采用預處理+水解酸化池+接觸氧化池+氧化溝+深度物化處理工藝。該工藝處理效果穩定，出水水質可達《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A排放標準。

　　(2)水解酸化池改造：回流部分二沉池污泥至水解酸化池以提高水解酸化池污泥濃度和活性；安裝填料，保證微生物成長和污泥濃度的提高。

　　(3)接觸氧化池改造：改造3#水解酸化池為接觸氧化池。安裝填料以提高活性污泥濃度；提高好氧部分水力停留時間，為后續工藝承受部分沖擊。

　　(4)氧化溝改造：更換曝氣管，改為更合理的供氧方式，重新布置曝氣系統并確定營養物質投加種類和投加量。