天津环塘污水处理厂调试运行及强化脱氮除磷的研究

天津环塘污水处理厂调试运行及强化脱氮除磷的研究StudyonCommissioningOperationandEnhancedDenitrificationandDephosphorizationofTianjinHuantangSewageTreatmentPlant工程领域：环境工程作者姓名：肖晶指导教师：顾平教授企业导师：赵益华高工天津大学环境与工程学院二零一七年五月万方数据 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据 摘要天津环塘污水处理厂服务范围为北塘地区，该项目进水主要为工业废水、生活污水，比例大约为4:6，该污水处理厂采用了倒置A2/O工艺。本文中结合天津市当前经济发展状况、污水排放量、污水排放水质，重点研究了环塘污水处理厂强化脱氮除磷的措施，通过分析该项目启动运行情况、对比分析脱氮处理效果，总结出确保项目正常运行、提高脱氮除磷效果的措施，以期对天津环塘污水处理厂正常运行提供必要的数据支持。研究结果表明：（1）调试运行阶段：污水厂调试运行数据显示，进水COD平均值为255mg/L，浓度明显低于设计值，出水浓度平均值为37.1mg/L；氨氮的进水浓度平均值为23.4mg/L，出水浓度平均值为1.83mg/L；SS进水进水浓度平均值为204mg/L，出水浓度平均值为6.55mg/L，以上三个水质指标均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准限值的要求。TN进水平均值34.5mg/L，出水浓度平均值为17.1mg/L；TP的进水浓度平均值为3.08mg/L，出水浓度平均值为0.72mg/L，TN、TP排放浓度不能满足上述标准的要求，这与调试运行期间进水水量、水质波动以及碳源不足，运行工艺不完善有一定的关系。（2）强化脱氮除磷：在污水厂采取添加聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）为强化除磷药剂、补充醋酸钠为碳源以及调控工艺等方式来强化脱氮。实施强化脱氮除磷措施之后，TN出水的平均浓度由17.1mg/L降低为11.2mg/L，最低值仅为7.55mg/L；TP出水的平均浓度由0.72mg/L降低为0.43mg/L，出水浓度最低值仅为0.29mg/L，这表明，强化脱氮除磷以后，天津环塘污水处理厂的TN、TP去除率改善明显，排放浓度均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A排放限值要求。（3）温度对A2/O工艺脱氮除磷效果具有明显的影响。不同菌种的微生物所需要的生长温度不同，绝大多数的微生物都比较喜好中温、高温条件，而在低温条件下活性较差。可以采取延长污泥泥龄、增加水中溶解氧浓度、提高系统中污泥浓度达到降低污泥有机污染物负荷的目的，以达到在低温条件下强化脱氮除磷的效果，确保天津环塘污水处理厂出水中各主要污染物浓度满足一级A标准要求。关键词：污水处理，优化运行，脱氮除磷，A2/O，碳源，化学除磷I万方数据 ABSTRACTTheserviceareaofTianjinHuantangWastewaterTreatmentPlantistheBeitangarea,theinfluentofthisprojectincludesindustrialwastewateranddomesticsewagewitharatioofabout4:6.AninvertedA2/Oprocesswasusedinthiswastewatertreatmentplant.Consideringcurrenteconomicdevelopment,sewagequantityandqualityofdischargedwastewaterinthisarea,theeffectofinvertedA2/Oprocessonnitrogenandphosphorusremovalwasstudiedintensively.Byanalyzingtheoperationsituationsincethisprojectinitiatedandthroughcomparativeanalysisofeffectonnitrogenremoval,weconcludedthattheeffectonnitrogenandphosphorusremovalcanbeimprovediftheprojectcanbeoperatednormally,hopingtoprovidenecessarydatasupportforTianjinHuantangWastewaterTreatmentPlanttoimproveprocess.Theresultsshowthat:(1)Commissioningphase:ThecommissioningdataintheplantshowedthattheaverageCODvalueoftheinfluentwas255mg/L,andsignificantlylowerthanthedesignvalue.TheaverageconcentrationofCODintheeffluentwas37.1mg/L;averageconcentrationofammonianitrogenintheinfluentwas23.4mg/L,andtheaverageconcentrationintheeffluentwas1.83mg/L;TheaverageconcentrationofSSintheinfluentwas204mg/L,andaverageconcentrationintheeffluentwas6.55mg/L.TheconcentrationsofthreeparametershavemettherequirementsoffirstgradeAstandardinPollutantsDischargeStandardsfromMunicipalWastewaterTreatmentPlants(GB18918-2002).AveragevalueofTNintheinfluentwas34.5mg/L,andaverageconcentrationintheeffluentwas17.1mg/L;AverageconcentrationofTPintheinfluentwas3.08mg/L,andaverageconcentrationvalueintheeffluentwas0.72mg/L.ConcentrationofTN,TPcouldnotmeettherequirementsoffirstgradeAstandard.Thismaybecausedbyinsufficientinfluentcarbonsourceandimperfectoperationduringcommissioningphase.(2)Strengtheningremovalofnitrogenandphosphorus:thiswastewatertreatmentplanthasstrengthenednitrogenandphosphorusremovalbyaddingpolymericferricsulfate(PFS),polymericaluminumchloride(PAC),andsodiumacetateascarbonsourceandtoimprovetheprocess.Afterthisimplementation,theaverageconcentrationofTNintheeffluentwasreducedfrom17.1mg/Lto11.2mg/L.And,theminimumconcentrationwasonly7.55mg/L;TheaverageconcentrationinTPintheeffluenthasdecreasedfrom0.72mg/Lto0.43mg/L,andtheminimumvaluewasonly0.29mg/L.ThisshowsthattheremovalrateofTNandTPwasobviouslyII万方数据 improvedinTianjinHuantangWastewaterTreatmentPlantafterstrengtheningnitrogenandphosphorusremoval,andpollutantsconcentrationcanmeettherequirementsoffirstgradeAstandardinPollutantsDischargeStandardsfromMunicipalWastewaterTreatmentPlants(GB18918-2002).(3)TemperaturehasobviousinfluenceonnitrogenandphosphorusremovalinA2/Oprocess.Differentmicroorganismsneeddifferentgrowthtemperature,andmostmicroorganismsprefermoderateandhightemperature.Theyarelessactiveatlowtemperature.Inthelowtemperatureperiod,somemeasures,includingincreaseofsludgeage,dissolvedoxygenconcentrationinthebiologicaltankandMLSSconcentrationinthesystem,weretaken.BydoingsowecanstrengthentheeffectofnitrogenandphosphorusremovalatlowtemperatureandensurethattheconcentrationofmainpollutantsinTianjinHuantangWastewaterTreatmentPlantcanmeettherequirementsoffirstgradeAstandard.KEYWORDS：wasterwatertreatment,operationandmanagemont,nitrogenandphosphorusremoval,A2/O,carbonsource,chemicalphosphorusremovalIII万方数据 目录第一章绪论..................................................................................................................11.1课题研究背景及意义......................................................................................11.1.1课题研究背景........................................................................................11.1.2课题研究意义........................................................................................21.2污水生物脱氮除磷技术概述..........................................................................21.2.1脱氮除磷理论........................................................................................21.2.2脱氮除磷工艺........................................................................................41.3A2/O脱氮除磷工艺的研究与应用..................................................................41.3.1传统的A2/O脱氮除磷工艺..................................................................41.3.2改良的A2/O脱氮除磷工艺..................................................................51.4研究目的与内容..............................................................................................61.4.1研究目的................................................................................................61.4.2研究内容................................................................................................6第二章天津环塘污水处理厂概况..............................................................................72.1污水处理厂介绍..............................................................................................72.2污水处理厂的设计规模、进水水质和设计出水水质...................................72.2.1设计规模................................................................................................72.2.2进水水质................................................................................................72.2.3设计出水水质........................................................................................82.3天津环塘污水处理厂处理工艺及主要设计参数..........................................82.3.1污水处理工艺流程................................................................................82.3.2各处理单元的主要设计参数..............................................................10第三章污水处理厂启动运行情况分析....................................................................133.1生物系统的调试运行....................................................................................133.1.1活性污泥的驯化..................................................................................133.1.2生物相的分析......................................................................................163.2启动阶段的运行效果分析............................................................................163.2.1工艺运行概况......................................................................................163.2.2化学需氧量与氨氮的去除效果..........................................................173.2.3悬浮物的去除效果..............................................................................193.2.4总氮与总磷的去除效果......................................................................213.3调试运行期间存在的主要问题....................................................................23IV万方数据 3.3.1系统运行稳定性相对较差..................................................................233.3.2污泥上浮现象比较严重......................................................................233.3.3脱氮除磷效果欠佳..............................................................................233.3.4泡沫问题比较突出..............................................................................243.3.5系统运行成本相对较高......................................................................25第四章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析................................................274.1强化脱氮除磷措施........................................................................................274.1.1辅助化学除磷......................................................................................274.1.2碳源的补充..........................................................................................294.1.3调控工艺..............................................................................................304.2强化脱氮除磷效果分析................................................................................334.2.1化学需氧量与生化需氧量的去除效果..............................................334.2.2悬浮物去除效果..................................................................................344.2.3氨氮去除效果......................................................................................354.2.4总氮与总磷去除效果..........................................................................354.2.5能耗与物耗情况..................................................................................37第五章温度对A2/O工艺脱氮除磷效果的影响分析..............................................395.1冬季脱氮除磷效果分析................................................................................395.1.1常规运行...............................................................................................395.1.2投加药剂运行.......................................................................................395.2夏季脱氮除磷效果分析................................................................................405.2.1常规运行...............................................................................................405.2.2投加药剂运行.......................................................................................415.3低温条件下强化脱氮除磷措施与风险控制................................................425.3.1强化脱氮除磷的措施..........................................................................425.3.2强化脱氮除磷的风险控制..................................................................43第6章研究结论与展望............................................................................................456.1主要结论........................................................................................................456.2研究展望........................................................................................................46参考文献......................................................................................................................47致谢..............................................................................................................................51V万方数据 第1章绪论第1章绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1课题研究背景近年来，天津市经济发展迅速，城乡居民生活水平大幅提升，天津市正在以崭新的姿态迈入现代化大都市的行列。天津市属于水资源比较匮乏的城市，节约用水、减少水资源污染已经成为天津市生态保护、和谐社会建设的重中之重。天津市宏观经济的快速发展，与该市工业较为发达有着直接的关系，但是，工业的发展带来的直接问题就是污水排放量的大幅增加，如何实现对全市工业废水、生活污水的集中处理并做到达标、稳定排放，已经成为天津市基础设施建设的重要内容之一。调查结果显示，天津市现有集中式污水处理厂处理规模尚不能满足全市污水集中处理的需求，污水集中处理面临着巨大的压力。针对地表及地下水体日益严重的污染情况，国家对污水排放标准也提出了更加严格的要求，其中氮磷的达标排放成为现有污水处理厂提标改造的技术核心[1]。本文中，以天津环塘污水处理厂作为研究对象，天津环塘污水处理厂项目建设、运行，有利于提高城市总体环境质量，改善城市地表水体质量，促进地区旅游业的发展；有利于改善城市投资环境，促进城市对外招商引资、促进地区的发展，有利于保持经济持续稳定的增长；可减少污染物排处理排放量，改善城市水环境，减轻市区河道的污染程度，使人民生活环境质量逐步提高。天津环塘污水处理厂是由天津滨海环保产业发展有限公司承建，项目位于天津市塘沽区，具体位于北环铁路以北、杨北公路以南，新河东干渠以东，塘汉路以西，服务范围为北塘地区。该项目进水主要为工业废水、生活污水，根据《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）要求，COD≤500mg/L、BOD≤300mg/L、SS≤400mg/L、NH4-N≤35mg/L、TP≤3.0mg/L；生活污水主要参考《室外排水设计规范》（GB50014-2011）以及天津市地方标准、居民生活污水水质排放情况进行确定的，BOD≤309mg/L、SS≤432mg/L、TN≤66mg/L、TP≤8.65mg/L。本课题，结合天津市当前经济发展状况、污水排放量、污水排放水质，重点探讨环塘污水处理厂调试运行、强化脱氮除磷效果问题，旨在通过分析该项目启动运行情况、对比分析脱氮处理效果，总结得出确保项目正常运行、提升脱氮除磷效果的结论，以期对天津环塘污水处理厂工程技术的应用提供必要的技术支持。同时，这对于保障该项目的正常运行、促进城市污水的达标稳定排放也具有一定的借鉴价值。1万方数据 第1章绪论1.1.2课题研究意义本课题的研究意义主要体现在以下两个方面：（1）调试运行方面：实现工艺设计进的目标，即出水的各项指标能否达到国家规定的一级A标准；确定项目运行后对厂区进出水的水量和水质进行日常检测，在出水水质达到改进表标准的前提下，尽可能的降低运行成本；发现并解决运行中设备、设施、控制，工艺等方面出现的问题；发现现阶段存在的问题，并逐一分析解决，为今后使用工艺的污水处理厂的改进工作积累经验数据。（2）脱氮除磷方面：当前，针对日益严重的水体污染情况，国家提出了更为严格的污水氮磷排放标准，这就要求各大污水处理厂必须要对现有的运行工艺进行升级改造，以确保氮磷达标稳定排放。本课题通过分析天津环塘污水处理厂倒置A2/O污水处理系统的调试运行、脱氮除磷效果，对比分析不同季节、温度对系统脱氮除磷效果所产生的影响，重点研究低温下A2/O脱氮除磷系统的强化技术，以期对冬季污水处理脱氮除磷工艺有所参考。1.2污水生物脱氮除磷技术概述1.2.1脱氮除磷理论1.2.1.1生物脱氮传统理论（1）氨化作用污水中的微生物通过其胞外酶的作用将有机态氮转化为氨的生物反应，称为微生物的氨化作用[2]。生物死亡后，机体破坏，细胞壁、蛋白质、核酸、脲酸等含氮有机物被分解而释放氨。（2）硝化作用污水生物处理过程中的硝化作用主要发生在好氧工艺段，包括亚硝化反应和硝化反应两个相互关联的生物学过程[3]。即氮素转化完成氨氧化后，首先发生的+→NO-是亚硝化作用，即由亚硝酸细菌将氨氮氧化为亚硝态氮（NH42），然后由-→NO-硝酸细菌以亚硝态氮为底物，将其进一步氧化为硝态氮（NO23）。（3）反硝化作用反硝化菌利用有机物作为碳源及电子供体，在利用其提供能量的同时使其得到氧化，利用硝酸盐或亚硝酸盐的氮离子作为能量代谢中的电子受体，O2作为氢受体生成H-2O和OH。1.2.1.2生物脱氮新理论2万方数据 第1章绪论随着研究的深入，一些新的微生物代谢机制被发现，如某些异养菌也可进行硝化作用，某些细菌可在好氧条件下完成反硝化作用等，由此推动了生物脱氮理论有了许多新发展和突破[4]。（1）厌氧氨氧化与传统理论认为氨氧化作用是发生在好氧条件下的观点不同，某些氨氧化菌可以在厌氧条件下以NH+[5]---4为底物，夺取其电子交给NO2及NO3，其中NO2是主要的电子受体，生成产物N2离开体系。根据相关研究资料显示，在厌氧反应器中会发生如下化学反应：5NH+-+4+3NO3→4N2+9H2O+2H（1-1）NH+-4+NO2→N2+2H2O（1-2）（2）同步硝化——反硝化同步硝化——反硝化是在同一时间和空间实现硝化和反硝化的经济节约的脱氮工艺。目前有三种理论可以解释这种同步现象的发生：一是微生物学理论，该理论认为异养型硝化菌和好氧反硝化菌可同时存在好氧条件下[5]，从而导致同步硝化—反硝化现象的发生，另外，同步好氧硝化—反硝化细菌的分离纯化进一步证明了好氧反硝化作用的发生。二是宏观环境理论，即在宏观大环境好氧曝气条件下，反应系统内部某些区域可能出现缺氧环境，导致同步硝化—反硝化现象的发生；三是微环境理论，是在系统内相对较小的范围内发生的溶解氧浓度梯度变化，导致好氧微生物如硝化细菌主要存的其表面[6]，严格厌氧微生物存在其内部，而兼性微生物则位于过渡区，导致同步硝化—反硝化现象在微环境下发生。1.2.1.3生物除磷理论污水生物处理系统的生物除磷工艺一般包括厌氧释磷、好氧（缺氧）聚磷和富磷污泥的排放等阶段。（1）污泥的厌氧释磷在污水生物处理的厌氧工艺段，污水中大分子有机物经微生物的分解后释放出挥发性脂肪酸，此时，聚磷菌为了吸收挥发性脂肪酸，需要将胞内贮存的糖原和多聚磷酸盐分解以提供能量，然后以聚-β-羟基烷酸形式将挥发性脂肪酸储存。多聚磷酸盐的分解首先引起聚磷菌胞内磷酸盐浓度升高，随着磷酸盐释放到胞外，继而导致污水中TP浓度迅速升高。（2）聚磷经过厌氧释磷的活性污泥，进入好氧和缺氧环境后，在有机物较多的情况下，活性污泥微生物因迅速增殖的需要而大量从环境中吸磷，以进行核酸的合成。污水中的磷酸盐被聚磷菌超量吸收，形成聚磷颗粒贮存在胞内，这种行为导致聚磷菌吸收的磷达到其细胞干重的6%，甚至是8%左右[7]。3万方数据 第1章绪论（3）富磷污泥的排放经过过量吸磷的活性污泥，通过剩余污泥而排放，使污水中的磷得以从系统中去除。目前普遍认为PAOs的优势菌主要有不动杆菌、气单胞菌和假单胞菌[8]。不动杆菌和假单胞菌能积累聚磷酸盐和聚-β羟基丁酸盐(PHB)；气单胞菌能过量摄取废水中的磷形成聚磷，但其主要作用是在厌氧条件下降解有机物发酵产酸，并能进行反硝化；假单胞菌能够累积聚磷酸盐[9]。1.2.2脱氮除磷工艺污水脱氮除磷工艺主要包括Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phostrip工艺、SBR工艺、CAST工艺、生物膜——活性污泥工艺以及生物固定化工艺等等，这些工艺在国内外不同的条件下都有所应用，在污水脱氮除磷方面发挥了重要的作用。1.3A2/O脱氮除磷工艺的研究与应用1.3.1传统的A2/O脱氮除磷工艺传统的A2/O脱氮除磷工艺的核心是“厌氧——缺氧——好氧”，工艺流程比较简单，水力停留时间较短、不易出现污泥膨胀现象以及污泥含磷浓度较高等优势，能够实现同步脱氮除磷的目的，在很长一段时间内得到了较为广泛的应用。如图所示：进回流污泥出水水厌氧池缺氧池好氧池二沉池污泥回流剩余污泥图1-1传统的A2/O脱氮除磷工艺流程简图但是，传统的A2/O脱氮除磷工艺容易出现诸如聚磷菌所需泥龄与硝化菌所4万方数据 第1章绪论需泥龄不一样、反硝化菌与释磷菌碳源竞争激烈等问题，这对污水脱氮除磷效果产生了不利影响。具体情况如下：（1）碳源竞争方面。传统的A2/O脱氮除磷工艺，厌氧条件下，聚磷菌将胞内的聚磷颗粒进行水解，并吸收小分子VFAs，同时合成PHB，PHB合成的情况直接决定着后续好氧段的吸磷能力，水中VFAs与除磷效果之间存在着正相关关系。然而，聚磷菌与反硝化菌共存于A2/O工艺系统中缺氧段同一碳源环境下，且反硝化细菌对VFAs的竞争比聚磷菌更胜一筹。因此，当污水中VFAs含量不足时，聚磷菌合成PHB的效能必然会受到影响，导致聚磷菌的释磷量降低，进而影响聚磷菌在好氧工艺段的吸磷作用，导致系统除磷能力下降[10]。可见，适当的碳源含量非常重要，碳源低会影响系统中磷的去除。另外，由于有机质浓度过高会促使好氧段的异养菌生长速度加快，从而对自养的硝化细菌产生抑制[11]，进而影响系统的硝化作用。所以，碳源过量对系统脱氮效果也会产生不利影响。（2）硝酸盐对释磷的抑制。反硝化细菌比聚磷菌更容易优先利用易降解碳源，这样导致聚磷菌比较难以获得充足的有机碳源，使得反硝化速率大于释磷速率。因此，在碳源不足的条件下，如果厌氧段有硝酸盐存在，聚磷菌会因为受到碳源不足的影响[12]，无法充分释磷，这样导致聚磷菌到达好氧段后的吸磷效能也会大幅下降。但是，在生物脱氮除磷工艺中，硝酸盐的存在是系统反硝化脱氮的先决条件，为了提高系统脱氮效果，污水中有机氮化合物必须充分硝化，然后通过内回流将部分硝酸盐回流至厌氧池。不过回流的硝酸盐含量过高，会严重地影响聚磷细菌的释磷效率。1.3.2改良的A2/O脱氮除磷工艺针对传统A2/O脱氮除磷工艺方面存在的缺陷，国内外专家学者提出了改良的A2/O脱氮除磷工艺。不同的专家、学者改良的结果、方式不尽相同，但是，核心部分并没有本质的区别[13]。改良的A2/O脱氮除磷工艺主要包括以下几种：UCT工艺、无混合液回流A2/O工艺、倒置A2/O脱氮除磷工艺、A+A2/O脱氮除磷工艺等等，这些改良的A2/O脱氮除磷工艺主要是基于聚磷功能菌群和脱氮功能菌群分离的基础上而实施的，这样就解决了污泥相系统中两大菌群的竞争，确保两大菌群都能够正常的发挥作用，从而最大限度地保障了A2/O脱氮除磷系统的稳定运行。本文中，主要是通过分析倒置A2/O脱氮除磷系统的研究，探讨天津环塘污水处理厂调试运行以及强化脱氮除磷效果的问题。5万方数据 第1章绪论1.4研究目的与内容1.4.1研究目的本课题以天津环塘污水处理厂作为研究对象，在简单介绍该厂污水处理工艺的基础上，重点对环塘污水处理厂的启动运行、脱氮除磷效果进行了系统的研究、分析，目的是总结得出强化环塘污水处理厂脱氮除磷效果的对策、建议，以满足污水出水水质标准要求。1.4.2研究内容论文主要研究内容如下：1、污水处理厂启动运行情况分析：从生物相、进出水COD、氨氮、总磷、总氮的去除率分析调试运行的情况，发现不足然后找出原因。2、污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析部分：首先从辅助化学除磷、调控工艺、碳源补充等方面论述了强化脱氮除磷的具体措施，然后，重点从COD、BOD、SS等主要污染物去除情况分析了强化脱氮除磷的效果。3、温度对A2/O工艺脱氮除磷效果的影响分析部分：主要从冬季、夏季以及低温条件下探讨了温度对脱氮除磷效果的影响。4、综合2013年调试运行和2014年正式运行的数据，总结出环塘污水处理厂强化脱氮除磷的效果分析，为污水厂以后的正常运行提供一定帮助。6万方数据 第2章天津环塘污水厂概况第2章天津环塘污水处理厂概况2.1污水处理厂介绍天津市位于华北平原的东北部，海河流域的下游，太平洋西岸渤海湾边，是我国四大直辖市之一，华北地区的交通枢纽，国内外贸易集散地。天津市作为首都北京的门户，北方重要的经济中心，地理位置十分重要。天津环塘污水处理厂是由天津滨海环保产业发展有限公司承建，项目位于天津市塘沽区，具体位于北环铁路以北、杨北公路以南，新河东干渠以东，塘汉路以西，服务范围为北塘地区。项目总投资为3.82亿元，其中，80%为企业自主贷款，20%为企业自筹及其它；项目污水处理近远期规模分别为15×104m3/d、30×104m3/d；处理工艺为“倒置A2/O+深床滤池工艺”。天津环塘污水处理厂项目建设、运行，有利于提高城市总体环境质量，改善城市地表水体质量，促进地区旅游业的发展；有利于改善城市投资环境，促进城市对外招商引资、促进地区的发展，有利于保持经济持续稳定的增长；可减少污染物排放量，改善城市水环境，减轻市区河道的污染程度，使人民生活环境质量逐步提高。2.2污水处理厂的设计规模、进水水质和设计出水水质2.2.1设计规模参考天津市经济发展状况，综合考虑工业企业用水、服务行业用水以及居民生活用水等，环塘污水处理厂一期设计规模为15.0×104m3/d；一、二期总处理规模为30.0×104m3/d，其中，一期主要是基于对2015年相关数据预测基础上而确定、设计的，一、二期主要是基于对2020年远期污水排放、处理情况进行预测的基础上确定、设计的。2.2.2进水水质天津市环塘污水处理厂主要服务范围为经济技术开发区、塘沽区（部分区域）。目前，经济技术开发区、塘沽区已经投入运行的集中式污水处理厂主要包括经济技术开发区第一污水厂、新河污水厂等两个项目，本项目进水水质的确定主要是参考现有两个污水处理厂而实施的，是环塘污水处理厂进水水质确定的主要依据。该项目进水主要为工业废水、生活污水，根据《污水综合排放标准》7万方数据 第2章天津环塘污水厂概况（GB8978-1996）、《污水综合排放标准》（DB12/356-2008）要求，COD≤500mg/L、BOD≤300mg/L、SS≤400mg/L、NH3-N≤35mg/L、TP≤3.0mg/L；生活污水主要参考《室外排水设计规范》（GB50014-2011）以及天津市地方标准、居民生活污水水质排放情况进行确定的，BOD≤309mg/L、SS≤432mg/L、TN≤66mg/L、TP≤8.65mg/L（注：生活用水各个污染指标的确定是首先计算出最大值、最小值，然后取中间值而确定的）。采用不同区域污水水质、不同性质污水水质等两种方法分别计算环塘污水处理厂进水水质，最终确定该项目进水水质指标如表2-1所示。表2-1设计进水水质单位：mg/L指标BODCODSSTNNH3-NTP限值225505415554072.2.3设计出水水质天津市环塘污水处理厂出水水质主要是根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）、天津市地方标准《污水综合排放标准》（（DB12/356-2008）两个标准进行设计的，项目设计出水水质如表2-2所示。表2-2设计出水水质单位：mg/L指标BODCODSSTNNH3-NTP限值105010155（8）0.5注：括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。2.3天津环塘污水处理厂处理工艺及主要设计参数2.3.1污水处理工艺流程综合考虑经济技术开发区和塘沽区（部分区域）的水质情况、各种处理工艺的经济性、工程项目建设以及出水水质指标的要求，确定“倒置A2/O工艺+深床滤池工艺”作为天津市环塘污水处理厂的污水处理工艺方案。基本流程如图2-1所示。8万方数据 第2章天津环塘污水厂概况鼓风机加房药间空气粗细聚格格初A二深紫二中合机栅栅次A沉次间铝械床外进水及及沉O池沉提排放混进曝淀生集淀升滤消合水气池物配池泵初池池毒泵沉池水房房砂沉井渠污活池泥性碳污源泥投回加流污间污泥污泥污浓污泥泥缩泥均处脱泵质剩余污泥置水房池机房图2-1天津环塘污水处理厂污水处理工艺流程图9万方数据 第2章天津环塘污水厂概况2.3.2各处理单元的主要设计参数和现场图天津市环塘污水处理厂各个处理单元主要设计参数如下：（1）格栅处理单元该单元主要包括粗格栅站和细格栅站两个部分。粗格栅部分：设计粗格栅一座，设计流量为2.34m3/s，格栅尺寸为12m×5.2m×7.9m；格栅宽度为1300mm，间隙为15mm细格栅部分：设计流量为2.34m3/s，格栅尺寸为10m×7.8m×3.0m；格栅宽度为1300mm，间隙为6mm，另安装螺旋输送机与污水泵。（2）曝气沉砂池单元该单元主要负责去除污水中比重大于2.65、粒径大于0.2mm的无机砂砾，设计为一组两池，单座尺寸为30m×16m×5.0m主要设备为吸砂泵（4台）、刮砂桥（2套）、砂水分离机（2套）、罗茨鼓风机（3台）。（3）初次沉淀池该单元主要去除部分悬浮物，共设计2座（单座8格），每座尺寸为90m×17.5m×4.6m，设计表面负荷为3.10m3/m2.h。主要设备为链条刮泥机（12套）、初沉池污泥泵（共8台）。（4）生物池该单元主要采用分段串联的厌氧段、缺氧段以及好氧段组合设计，设计2池。单池设计流量为88125m3/d，单座尺寸为130m×90m×7m污泥负荷为0.057kgBOD5/kgMLSS·d；混合液悬浮固体浓度为3500mg/L；泥龄为19.34d；产泥率为0.91kgDS/kgBOD5主要设备为潜水推进器（厌氧段16台、缺氧段80台）、盘式微孔曝气器（2200010万方数据 第2章天津环塘污水厂概况个）、混合液内回流泵（10台）。（5）二次沉淀池该单元主要将生化处理后混合液实施固液分离。二沉池共设计8座，单座直径为32m，表面负荷为1.31m3/m2·h主要设备为单管式刮吸泥机（8套），桥长为32m。（6）二沉池配水井及污泥泵站该单元共设计圆形泵站2座。单台泵回流污泥1.74m3/s，回流比100%，剩余污泥18782kg/d，污泥含水率设计为99%主要设备为可提升不堵塞离心潜水泵，其中，回流污泥泵为8台，单泵设计流量为290l/s，泵的扬程设计为6m，剩余污泥泵4台，单泵流量为20l/s，扬程设计为10m。（7）深床滤池单元该单元设计1座12格的半地下式钢筋混凝土矩形水池。单格过滤面积为109m2，强制滤速为5m/h，气洗强度为55~91m3/m2·h，水洗为12~14m3/m2.h，单个尺寸为30.5m×3.56m×6.26m主要设备为布气布水系统1套。（8）紫外线消毒池该单元设计地下式钢筋混凝土矩形水池1座，消毒池尺寸为19m×14m×2.6m11万方数据 第2章天津环塘污水厂概况主要设备为2套紫外线消毒设施：紫外线灯，寿命10000~15000h，平均寿命10000h（80%原强度），15000h（70%原强度）；254nm紫外线剂量>35mJ/cm2以上，254nm紫外线剂量是系统在灯源服务寿命完结前，强度只有原来的70%，在峰值流量（3125m3/h）时的剂量，此剂量可保证水中粪大肠杆菌低于1000个/L。（9）污泥处理单元该单元主要包括污泥匀质池、污泥浓缩脱水机房两个部分。污泥匀质池设计2座半地下式钢筋混凝土矩形水池，单座尺寸为10m×4.5m，潜水搅拌器4套污泥浓缩脱水机房设计参数为：干污泥量46.25tSS/d，进泥含水率为98.8%，脱水后含水率为80%，出泥量为231m3/d主要设备包括脱水机（5台）、污泥切割机（5台）、污泥给料泵（5台）、絮凝剂制备装置（1套）以及污泥输送泵（2套）。12万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析第3章污水处理厂启动运行情况分析3.1生物系统的调试运行一般情况下，集中式污水处理厂生物系统的调试运行主要涉及到的是活性污泥的驯化、生物相的分析等内容[14]。某种程度上来说，生物系统的调试运行的效果如何，将会对污水处理厂的运行造成显著的影响。3.1.1活性污泥的驯化活性污泥接种、驯化是天津环塘污水处理厂的重要环节，事关整个污水处理厂生物系统功能作用发挥的成败。集中式污水处理厂实施污泥接种，通过将生化剩余污泥（生长良好的污泥）接种到生物氧化池内，培养出能够适应新的环境（比如，水质、水温、外界温度等）的微生物，达到降解污水中有机污染物的目的[13]。生物系统污泥驯化直接使用污水处理厂中的污水进行调试，污水池的COD浓度大约在1400~1600mg/L；向其中投放4000m3接种污泥之后，闷曝气两天时间，供气量宜控制在设计上限值的50%以内，必须要严格控制好污水中溶解氧的含量，避免溶解氧出现极值（浓度过低或者过高）；按照固定间隔定时间测定生物氧化池过滤液中COD的浓度变化情况[14]。两天闷曝以后，在第三天开始进水，进水量要由少到多，逐渐增加，控制在进水量在1万m3/d左右。然后，根据生化池内滤液中的COD浓度的变化情况来合理调节进水量。关于天津环塘污水处理厂生物池活性污泥驯化参数变化情况如表3-1所示。13万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析表3-1关于天津环塘污水处理厂生物池活性污泥驯化参数变化情况系统运行处理水量污泥浓度COD浓度时间（d）（m3/d）（mg/L）mg/L1—18215192—33811563—465817498555816225100496265016187769124257200531203408826752139939992909716523871032112199338211435612280377125017925633701362988300136314735833125359158152733113481689000349633517984803502332181009973618329191132863855327201391013921321注：COD为滤纸过滤后测定如表3-1所示，从生物系统20天的污泥驯化统计结果来看，从驯化前期闷曝到后期进水，再到最后五天暂停接种污泥，过滤液中的COD浓度呈现出了逐渐下降的发展变化趋势，这与持续投放接种污泥、持续增加进水量有着直接的关系。由表统计结果可知，随着生物池内水量的逐步增加、污泥量的增加，生物池内污泥浓度呈现出了逐渐上升的变化趋势。关于生物池内处理水量（m3/d）与污泥浓度变化关系图如图3-1、3-2所示。14万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析）/d3m410（处理水量运行时间（d）图3-1处理水量日变化趋势）Lm3g/10（生物池运行时间（d）内污泥图3-2污泥浓度日变化值浓度变化如图3-1、3-2所示，随着接种污泥时间的增加、污水处理数量持续增大，生物池内污泥浓度呈现出了显著的上升的变化发展趋势，在第16d停止接种污泥之后，污泥浓度变化趋势有所变化（增幅逐渐变小），在第20d达到了3921mg/L，而MLVSS/MLSS的值约为0.73左右。由统计分析结果可知，污泥驯化前期，生物池中的污泥浓度并不高，实验期间，分别于1-8d用量筒取水观察污泥沉降变化情况，发现量筒上清液中出现了大量的污泥分散絮凝体，这意味着污泥符合必然会比较大。从1-20d的取样观察结果来看，初期镜检基本上是以游离态的细菌为主，并且能够观察到少量的钟虫、草履虫，驯化12d开始，开始出现了大量的累枝虫、钟虫，同时游离态的细菌量大幅减少，这表明，污泥驯化工作已经基本完成，能够进行正常的启动、调试运行阶段。15万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析3.1.2生物相的分析从天津环塘污水处理厂启动调试情况来看，反应器处于不同的反应运行阶段，污泥、污水中的微生物组成会有所不同，而微生物的类型、数量又是污水处理效果的指示性指标。各类菌种是污水微生物处理环节的重要物质[15]。一般情况下，活性污泥的成熟度、沉降性能以及吸附性能对微生物降解污染物的效果能够产生直接的影响，比如，如果活性污泥絮凝体紧密、边缘清晰、絮凝体体积较大，这就表明活性污泥成熟度较高，而且具有良好的沉降性能、吸附性能，反之亦然[16]。从天津环塘污水处理厂生物系统启动调试阶段的运行结果来看，调试初期，系统中活性污泥絮凝体体积不大，微生物的数量相对较少，而且絮凝体菌胶团的颜色比较深，边缘不够清晰，外部形状也不够规则，只有极少数的漫游虫、钟虫出现。培养一段时间之后，生物池中活性污泥絮凝体体积逐渐变大，但是絮凝体仍然比较松散、不够紧密，老化污泥比例增加，漫游虫、累枝虫、钟虫等原生微生物数量逐渐增加。调试运行中期，活性污泥生物相逐渐优化，楯纤虫、钟虫、累枝虫等微生物的数量大幅增加，活性污泥菌胶团颜色逐渐趋于正常，沉降性能、吸附性能良好，絮凝体边缘逐渐清晰，上清液开始变得清澈透亮。调试后期，由于进水量逐渐增加，生物池中微生物的种类、数量也发生了明显的变化，除了楯纤虫、钟虫、累枝虫等微生物之外，出现了少量的轮虫、根足虫、鞭毛虫，其中楯纤虫为主要的指示性微生物。从后期的运行及观察结果来看，生物系统中活性污泥的性能良好、成熟度较高，菌胶体稳定而且颜色较浅，各种主要的微生物基本上都是正常出现，微生物代谢变得十分活跃，上清液清澈透亮。3.2启动阶段的运行效果分析3.2.1工艺运行概况天津环塘污水处理厂A2/O处理工艺主要是从理论基础上而进行设计的，比如，各个工艺参数的选择、确定，进水水质的变化，进水水质主要污染物及其含量等等，都是假设正常工况条件下而进行设计的。但是，从调试结果来看，实际进水水质与设计所假设的进水水质有着较为明显的差异。通过持续的运行调试，选择最佳的工艺运行条件、状态（即工况），这样既保证了污水处理厂的出水水质的稳定性，做到达标、稳定排放，又能够达到降低污水处理成本的目的。天津环塘污水处理厂污水处理工艺流程图如前文图2-1所示。关于天津环塘污水处理厂启动阶段运行效果分析，本文主要采用试验法进行验证、分析，各主要污染物16万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析去除效果见下文详细分析。3.2.2化学需氧量与氨氮的去除效果COD去除率、氨氮去除率是能够体现天津环塘污水处理厂污水处理效果的最为重要的指标。“十二五”期间，环保部污染减排主要考核的就是COD、氨氮两项指标，2016年1月起，总氮、总磷才成为考核各个污水处理厂运行效果的约束性考核指标。污水处理过程中，当污水进入反应池之后，就会与活性污泥发生扩散、吸附、水解等作用，经过这些作用之后，污水中的胶态、悬浮态、溶解态有机污染物都会进入到活性污泥絮体中，其中，一部分有机污染物会被分解为二氧化碳、水、磷酸盐、硝酸盐等物质；另一部分有机污染物则转化为细胞体的内部储存能量、物质。本项目所采取的导致A2/O生物脱氮除磷系统方式，活性污泥中主要包括聚磷菌、硝化菌两大类菌群。“十二五”期间，国家水污染减排工作考核的约束性指标主要是COD、氨氮两个指标，这两种污染物的去除情况直接反映了系统的污染物去除效果。（1）化学需氧量去除效果关于2013全年COD进出口浓度与去除效果如表3-2所示。表3-22013年全年环塘污水处理厂COD进出口浓度及去除率月份123456COD进水299313307253267245(mg/L)出水42.141.235.743.143.738.2去除率（%）85.986.888.482.983.684.4月份789101112COD进水256283227294265301(mg/L)出水31.633.236.432.835.231.6去除率（%）87.788.383.988.886.789.5如表3-2所示，该污水处理厂运行初期进水COD浓度明显低于设计值，平均月变化范围在200-310mg/L、之间，而从日报表统计结果来看，最高浓度值为573mg/L，最低浓度仅为93mg/L，这表明，环塘污水处理厂进水COD浓度相对比较稳定，而且偏低，这与项目运行初期污水管网覆盖范围有限，从而导致污水来源量相对较少、较为单一。统计结果显示，2013年1-12月份，该项目污水负17万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析荷率仅仅为50%左右，因此，虽然COD去除率并不算太高（仅为85%左右），但是，由于进水浓度偏低，并且项目运行初期DO的含量也偏高，从而对COD去效果比较好。）m（g/LCOD出水运行时间（月）图3-32013年全年COD出水浓度变化趋势图）%去除率C（OD运行时间（月）图3-42013年全年COD去除率变化趋势（2）氨氮去除效果氨氮是污染减排控制的主要水污染指标之一，关于天津环塘污水处理厂调试阶段氨氮去除效果如表3-3所示。18万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析表3-32013年全年氨氮去除效果统计分析月份123456氨氮进水19.821.224.125.322.728.4（mg/L）出水1.912.021.721.831.671.99去除率（%）90.490.592.992.892.692.9月份789101112氨氮进水27.617.82424.522.923（mg/L）出水2.001.511.731.951.871.79去除率（%）92.891.592.892.091.892.2如表3-3所示，天津环塘污水处理厂调试运行阶段，氨氮的进水浓度平均值为23.4mg/L，出水浓度平均值为1.83mg/L，污染物去除效率为92.11%，氨氮出口浓度满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准限值要求。之所以在去除效率并不算高的条件下，该项目能够满足一级A出水水质要求，这与污水处理厂运行初期溶解氧的值相对较高有着直接的关系，较为充足的DO含量，使得污水处理系统在曝气环节，硝化菌、好氧菌就会占据优势，从而达到迅速降解、硝化氨氮污染物的目的。3.2.3悬浮物的去除效果悬浮物去除效果是衡量集中式污水处理厂处理效率的重要的约束性指标。污水处理过程中，SS由出水后进入污水处理厂后，经过格栅、初沉池等进入曝气池，在曝气池的作用下SS由大颗粒逐渐变成小颗粒，并在水的水解作用下变为溶解态的小分子，最终进入微生物细菌体内被分解、硝化[17-19]。调试运行阶段SS去除效果如图3-5所示。19万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析）mg/L进水S浓S度（运行时间（月））Lmg/出水S浓S度（运行时间（月）图3-52013年全年悬浮物进出水浓度变化趋势图如图3-5所示，2013年1-12月份，天津环塘污水处理厂SS进水浓度月均值最高的时段出现在1、2月份，进水SS浓度大约设计值（设计值为不大于415mg/L），3-12月份进水SS浓度满足设计值要求。从全年运行的日报表数据来看，SS最高值为981mg/L，最小值仅为73mg/L；出水方面来看，SS出水浓度在6-10之间变化（月均值），能够满足污水处理厂一级A标准限值要求。）%去除S率S（运行时间（月）图3-62013年全年月份悬浮物去除率变化趋势图20万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析如图3-6所示，环塘污水处理厂2013年1-12月份SS去除率变化并不大，基本上在95%-99%之间变化，其中最低去除率（5月份）为95.90%，最高去除率（7月份）98.28%，这表明，该项目对SS的去除相对比较稳定，能够满足一级A出水标准要求。但是，SS去除效率还存在提升的空间。3.2.4总氮与总磷的去除效果（1）总氮去除效果脱氮除磷效果如何，这是衡量集中式污水处理厂运行状况优劣的重要指标。一般情况下，绝大多数采用A2/O处理工艺的集中式污水处理厂的硝化阶段反应并不会存在太大的问题，但反硝化环节容易出现问题，并最终影响系统的脱氮效果[20]。关于天津环塘污水处理厂调试运行阶段总氮去除效果如图3-7所示。）mg/L浓度T（N运行时间（月）图3-72013年全年TN处理效果分析图如图3-7所示，天津环塘污水处理厂2013年1-12月份TN去除效果，全年TN进水平均值34.5mg/L，出水浓度平均值为17.07ml/L，这表明，全年来看，该项目出口TN浓度并不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）关于总氮排放限值一级A标准的要求，全年12个月中，只有5月份（14.1mg/L）、8月份（12.7mg/L）、10月份（13.9mg/L）的月均值未超标，其它9个月TN出水浓度均超标。分析原因可知，一方面，TN去除效率确实偏低（见图3-8）；另一方面，TN去除效果与碳源是否充足有着直接关系，A2/O处理工艺流程下，初沉池去除了一部分碳源，从而导致进入生化系统中的碳源的量显著减少，再加上脱氮、除磷之间存在着一定的碳源竞争关系，剩余碳源难以满足系统脱氮需求，TN去除效果不够理想。21万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析）%去除T率N（运行时间（月）图3-82013年全年月份TN去除效率分析图如图3-8所示，天津环塘污水处理厂TN去除效率多为40%-55%范围之内，去除效果不够理想，这样在进水水质变化较大的情况下，TN去除效率又不高，TN出水浓度超标也就成为必然的结果。（2）总磷去除效果废水中磷的存在形式比较复杂，比如，聚磷酸盐、磷酸盐（包括正磷酸盐、偏磷酸盐等）以及有机磷等等，这无疑增加了TP去除的难度。污水处理过程中，污水中的80%左右的有机磷、聚磷酸盐在矿化、水解等的作用下，转化成磷酸根[21]，另外20%左右的有机磷、聚磷酸盐在生物处理环节也会转化成磷酸根，然后被聚磷菌所捕获而去除。就针对A2/O处理工艺来说，厌氧环境下，聚磷菌吸收废水中的甲酸、乙酸、乙醇等比较容易生物降解的物质，并将这些物质储存为营养源，同时释放体内磷酸根；好氧环境下，聚磷菌就会氧化厌氧条件下所储存的有机物质以产生能量，同时吸收废水中的磷酸根[22]。天津环塘污水处理厂2013年度1-12月份TP去除效果统计分析结果如图3-9所示。）mg/L浓度T（P运行时间（月）图3-92013年全年进出水统计分析图22万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析如图3-9所示，该项目TP出水浓度不理想，在全年12个月份中，绝大多数的月份都属于超标排放，其中，TP日均值最高出水浓度达到了2.3mg/L，TP超标排放比较严重。2013年1-12月，进水TP浓度平均值为5.08mg/L，出水TP浓度平均值为0.72mg/L，TP排放浓度不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A排放限值要求（TP≤0.5mg/L）。总之，在参考相关文献研究结果与分析环塘污水处理厂A2O处理工艺，有机物负荷相对较低、进水碳源严重不足以及污泥泥龄时间比较长等问题，从而导致反硝化菌、硝化菌以及聚磷菌几大菌群之间存在明显的竞争关系，从而导致总氮、总磷去除效果并不理想，导致出水水质不够稳定。3.3调试运行期间存在的主要问题从天津环塘污水处理厂调试运行的效果来看，主要存在以下几个方面的问题：3.3.1系统运行稳定性相对较差天津市环塘污水处理厂主要服务范围为经济技术开发区和塘沽区的部分区域，生活污水占比相对较高，但是，由于工业废水来源比较复杂，涉及到印染、纺织、电镀、皮革制品等多个行业，从而导致工业废水水质比较复杂，而且受到企业季节性生产变化因素的影响，污水处理厂调节池调节方面也很难做到尽善尽美，从而给后续的生物处理系统造成了不利影响，一方面，这势必会影响到水处理的效果；另一方面，也必然会对系统的稳定运行造成明显的影响。3.3.2污泥上浮现象比较严重启动阶段运行结果显示，二沉池中出现了较为明显的活性污泥上浮现象。硝化池内的污泥泥龄比较长，并且含有较多的硝酸盐（NO-3），经过反硝化反应，硝酸盐中的硝态氮被还原为氮气，氮气附着于污泥上，从而导致污泥比重明显降低，最终就出现了大块污泥上浮现象。3.3.3脱氮除磷效果欠佳传统A2/O处理工艺流程下，不同的菌群对污泥泥龄的要求会有明显的区别，比如，硝化菌群需要污泥泥龄较长，而生物除磷环节则需要较短的泥龄[23]，这表明，在传统的A2/O处理工艺流程中，单从污泥泥龄的长短需求来看，脱氮、除23万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析磷存在一定的矛盾，尤其是在低温条件下更加难以调和，从而很难实现脱氮除磷俱佳的效果。采用倒置A2/O处理工艺，充分发挥接触氧化工艺的优势，将聚磷菌、反硝化细菌、硝化细菌分别控制在不同的反应器中，单个反应器中只有某个菌群能够成为优势菌种，从而达到分步提升脱氮除磷效果的目的。倒置A2/O处理工艺核心工艺流程如图3-10所示。混合液回流缺厌缺好二紫氧氧氧氧沉外池池池池池消毒渠初沉池出水回流污泥剩余污泥图3-10脱氮除磷工艺结构简图如图3-10所示，要解决传统A2/O处理工艺脱氮与除磷的污泥泥龄冲突问题，构建AR+PR+NR的处理工艺流程，这样能够实现对反硝化菌、硝化菌、聚磷菌的分别培养，从而解决低温条件下反硝化菌、硝化菌以及聚磷菌所需泥龄不同的问题。3.3.4泡沫问题比较突出从调试运行阶段的效果来看，天津环塘污水处理厂的泡沫问题相对比较严重，这也是绝大多数集中式污水处理厂前期调试阶段经常遇到的问题。就该项目反应池的泡沫类型来看，主要分为生物泡沫和化学泡沫两种类型，其中，生物泡沫主要是由于在污泥培养额初期，系统中微生物的数量还非常少[24]，而且根没有能够形成絮凝体体积较大、较为成熟稳定的活性污泥，从而导致活性污泥的对有机污染物的降解能力、吸附能力较弱，导致反应池中出现了大量的生物泡沫[25]；化学泡沫主要是由于环塘污水处理厂水质来源中包括印染废水等，这些工业废水中含有大量的染色剂、洗涤剂，在曝气搅拌的作用下这些物质逐渐聚集形成化学泡沫。调试运行后期，随着水中活性污泥量的增加、成熟度的提升以及微生物数24万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析量的增加，化学泡沫、生物泡沫逐渐减少。3.3.5系统运行成本相对较高从系统调试运行期间的化学药品、能耗情况来看，整个系统的能耗、化学药品偏高，这势必会增加天津环塘污水处理厂的污水处理系统运营成本，从而企业的生产运行造成不利的影响。以单位污水处理所消耗的电量来看，调试运行期间，天津环塘污水处理厂水处理电量消耗量如表3-4所示。表3-4环塘污水处理厂调试期间吨水电量消耗情况统计分析表运行时间（周）1234567电耗（kWh/m3）0.560.510.480.450.520.450.58注：电耗为周均值。如表3-4所示，天津环塘污水处理厂第1周至第7周每吨废水耗电量均值偏高，平均值为0.51kWh/m3废水，远远高于集中污水处理厂低于0.3kWh/m3废水的参考标准值。电耗能源消耗是污水处理厂主要的成本支出之一，较高的能耗意味着天津环塘污水处理厂需要支付更高的生产运营成本，这必然会加大企业的负担。其中可能的原因主要有两个：一是调试运行初期污水厂进水量较少，设备负荷较低，从而导致单吨废水处理电耗较高；二是温度对脱氮除磷工艺造成明显的影响，间接导致废水处理能耗增加。25万方数据 第3章污水处理厂启动运行情况分析26万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析实践证明，由于传统的A2/O污水处理系统存在有机物负荷相对较低、进水碳源严重不足以及污泥泥龄时间比较长等问题，从而导致反硝化菌、硝化菌以及聚磷菌几大菌群之间存在明显的争食关系[26]，从而导致整个系统脱氮除磷效果欠佳。就天津环塘污水处理厂的实际情况来看，要解决脱氮除磷效果不佳的问题，应该重点从以下几个方面采取相应的措施：4.1强化脱氮除磷措施4.1.1辅助化学除磷从国内外相关的文献研究成果以及其它大型的集中式污水处理厂的运行情况来看，要解决天津环塘污水处理厂的除磷效果不够理想的问题，可以采取辅助化学除磷方法来实现。污水处理实践中，TP的去除可选择化学法、生物法两种方式，其中，生物处理法成本较低，也更为环保，具有较高的应用价值[27]。然而，生物除磷受到碳源的影响较大，尤其是在雨水较多或者是工业污水处理量剧增的情况下，TP处理效果难以满足环塘污水处理厂出水水质要求，此时，采取辅助化学除磷方法能够提升TP去除效果，确保污水处理厂出水水质中的TP浓度符合要求。综合考虑环塘污水处理厂的工艺流程以及目前的TP去除效果，可以采取向生物池中投加絮凝剂的方式来补充单独投放碳源不足的缺点，提升处理效果[28]。调试及后期试验过程中，对污水处理厂的絮凝剂进行了反复的试验、选择，采取添加聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）药剂的方式能够强化除磷效果。（1）向生物池中投加PFS强化污染物去除效果采取向生物池中投加PFS的方式，试验结果统计分析如表4-1所示。表4-1生物池中投加PFS与TP去除率统计分析表Fe/TP（质量比）2.13.64.04.65.76.9TP进水2.602.602.502.452.382.27（mg/L）出水0.750.680.660.480.440.32去除率（%）71.273.973.675.981.585.927万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析如表4-1统计结果显示，向环塘污水处理厂生物池中投放聚合硫酸铁（PFS）药品，随着投加PFS与污水中TP的比值的不断提升（Fe/TP），出水水质的TP浓度呈现出了明显的降低发展趋势，同时，TP去除率改善明显。如图4-1所示。）%去除T率P（Fe/TP质量比图4-1TP去除率与Fe/TP比值变化关系图由图4-1可知，当Fe/TP比值分别为2.1、3.6、4.0、4.6、5.7、6.9时，出水中TP的浓度（mg/L）分别为0.75、0.68、0.66、0.59、0.44、0.32，这表明，随着Fe/TP比值的逐渐加大，污水出水中TP浓度呈现出了明显的下降趋势，当Fe/TP比值达到4.6时，出水水质TP浓度为0.48mg/L，低于目前集中式污水处理厂关于TP≤0.5mg/L的要求（一级A标准）。由此可见，采用向生物系统末端污水中投加PFS药剂的方式，对TP去除率具有显著的去除效果。（2）向生物池中投加PAC强化污染物去除效果从相关文献的研究成果来看，向A2/O处理工艺中的生物池中投加聚合氯化铝（PAC）是一种比较常用的药剂辅助污染物去除方法，随着PAC药剂投加量的相对增加，出水水质中TP浓度呈现出了明显的下降变化趋势，TP去除率逐渐在越过临界点之后逐渐提升。试验结果如表4-2所示。表4-2生物池中投加PAC与TP去除率统计分析表PAC/TP（质量比）2.32.63.64.25.77.1TP进水3.412.823.131.961.721.66（mg/L）出水0.890.780.960.480.350.22去除率（%）73.972.369.375.579.786.728万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析如表4-2所示，向试验装置中投加PAC药剂，当PAC/TP的质量比值在2.3-3.6之间变化时，TP去除率为70%左右，虽然出水水质中TP浓度最高为0.96mg/L，但是，效果还不够理想，并不能满足污水处理中一级A出水水质标准要求。继续取水样，向试验装置中投加PAC，改变PAC/TP的比值，当PAC/TP比值达到4.2时，出口水质中TP浓度为0.48mg/L，当比值逐渐加大，分别达到5.7、7.1时，TP出口浓度仅分别为0.35mg/L、0.22mg/L，能够满足一级A标准要求。关于PAC/TP与TP出口浓度、TP去除率变化关系如图4-2所示。）m（g/L出水T浓P度）%去除T率P（PAC/TP质量比图4-2关于PAC/TP与TP出口浓度、TP去除率变化关系图由试验结果可知，在PAC/TP小于3.6的区间范围内，TP浓度变化并不明显，而且TP去除率还有所下降，这与试验期间降水有着一定的关系；从持续试验结果来看，随着投加PAC/TP的质量比的逐渐加大，试验装置中所残留的溶解性磷的浓度达到了临界点，导致出现了氢氧化物沉淀物质，试验流程进入了过渡反应阶段，然后，随着投加PAC/TP的比值增加，TP出水浓度、TP去除率都改善十分的明显。从试验过程数据变化以及试验结果来看，之所以会出现临界点的问题，这与氢氧化物沉淀的生成、溶解性磷的变化有着直接关系。29万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析4.1.2碳源的补充文献综述结果显示，向污水中投加碳源对强化脱氮除磷效果具有明显的作用。为提升天津环塘污水处理厂TN、TP去除效果，满足污水一级A出水水质标准要求。补充小分子的碳源有助于降解微生物，在污水处理厂中具有较为广泛的应用价值[29]。本试验采取添加醋酸钠作为补充碳源的方式以验证碳源补充对脱氮除磷效果的影响。（1）TN去除效果试验试验过程中，采用向试验装置添加醋酸钠的方式来分析补充碳源对TN的去除效果，试验过程中，向污水中投加以BOD5计浓度的醋酸钠50mg/L。添加醋酸钠以后，TP进出水水质以及去除率随BOD5/TN比值变化情况如表4-3所示。表4-3投加碳源对TP出水浓度与去除效率的影响统计分析表运行时间（d）12345TN进水38.241.341.749.836.7（mg/L）出水17.819.018.214.312.4去除率（%）53.454.056.471.366.2运行时间（d）678910TN进水38.933.641.043.749.2（mg/L）出水9.811.511.911.712.7去除率（%）74.865.870.973.274.2污水处理厂一级A标准规定TN出水浓度≤15mg/L，由试验结果可知，随着BOD5/TN比值的变化，出水TN浓度逐渐由超标变为达标，其中，BOD5/TN比值小于3时，出水TN浓度均大约15mg/L，属于超标排放；而当时BOD5/TN比值达到4以后，出水TN的浓度为14.3mg/L，之后，随着BOD5/TN比值的不断变大，出水TN浓度均≤15mg/L，这表明当BOD5/TN的比值达到一定的临界点之后，出水TN达标，能够满足一级A排放标准。由此可见，采取外加碳源的形式有助于提升污水处理厂TN去除效果，确保出水水质达标稳定排放。30万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析mg/L)浓度T（NBOD5/TN图4-3投加醋酸钠TN排放浓度变化趋势图另外，从TN去除率方面来看，随着BOD5/TN比值的变化，TN去除率变化的相对比较平稳，平均值为66.02%。（2）TP去除效果试验表4-4投加碳源对TP出水浓度与去除效率的影响统计分析表时间（d）12345TP进水4.34.55.06.25.3（mg/L）出水0.810.931.021.000.82去除率（%）81.279.379.683.984.5时间（d）678910TP进水4.74.94.43.13.6（mg/L）出水0.880.720.750.830.91去除率（%）81.385.382.973.274.7如表4-4所示，投加碳源对TP去除效果的情况来看，随着投加碳源的变化，TP去除率也相对比较平缓，平均去除率虽然高达80.60%，但是，出水TP浓度却均在0.5mg/L以上，平均值为0.86mg/L。结合相关的研究成果来看，虽然向污水中投加的醋酸钠的浓度是固定的，但是由于进水水质TP的变化相对比较明显，导致水中的碳源发生了明显的变化，再加上碳源会优先满足TN去除需求，从而导致据聚磷菌很难获得充足的碳源，这就影响了TP的去除效果，TP出水浓度超标也就必不可免。采取外加碳源的方式能够显著提升该项目TN去除效果，确保TN出水浓度31万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析满足一级A标准的要求。试验结果表明，碳源对污水处理厂脱氮具有显著的影响，这是因为加入外部碳源时，污水的硝化速率会明显小于反硝化速率，这必然会导致系统中NO3-N的浓度明显降低，然后反应池中的反硝化速率、硝化速率都会呈现出逐渐降低的发展趋势[30，31]。如果不另外加入碳源，就会出现硝态氮积累的情形，导致污水中硝酸盐的浓度偏高，最终必然出现TN浓度超标的情形；而通过采取外加碳源的方式，硝酸盐的含量会明显降低，达到提升TN处理效果的目的。反硝化菌在利用不同的碳源时，通过不同的呼吸途径，不仅产生的能量不同，而且细胞的产率也大不相同，即有机物质并非全部发生氧化，还要部分转化成为细胞物质[32]。反硝化菌的细胞产率与所使用的碳源有非常大的关系，在反硝化过程中应采用例如醋酸钠这类低生长量(即细胞产率低)的有机物质作为碳源。实际运行过程中，也可采取向污水中加入有机废水、天然有机固体底物或者是初沉污泥水解产物的形式来添加碳源，这样既可以处理一部分有机废水又可以节省资源。4.1.3调控工艺从前文试验结果来看，单纯的采取添加化学药剂或者补充碳源的方式，很难取得比较理想的效果，这就需要重新调控污水处理工艺，以期取得比较理想的处理效果，确保出水水质中TN、TP达标、稳定排放。从启动调试的实际效果来看，虽然天津环塘污水处理厂进行了全面的可行性研究、设计，重点考虑了进水水质的特点等，但是，脱氮除磷效果并不够理想，这就需要对现有的处理工艺进行适当地调控，调控工艺过程中，应该要重点把握好以下几个方面：补充碳源必须要能够满足TN、TP处理需求，否则就会出现优先满足TN去除的需求，从而导致TP处理效果不佳；污泥泥龄控制必须要明显大于聚磷菌、硝化菌所需要的泥龄最小值。这样才能够保证聚磷菌、硝化菌发挥出应有的微生物消解作用；各个污水处理单元必须要满足正常污泥浓度下反应时间的需求。综合考虑内外部各个因素的影响、该项目主要污染物去除率的实际情况，应重点围绕以下几个方面来调整污水处理运行工艺：（1）适当延长反硝化的时间调查结果显示，环塘污水处理厂实际进水水质要小于污水处理厂设计进水水质，系统硝化能力相对比较强，反硝化能力相对较弱，导致TN出水浓度时常出现超标现象，这就需要采取适当延长倒置A2/O的方式来强化系统的脱氮效果[33]。调整工艺流程中好氧区的污水停留时间，设计为“好氧+缺氧”区域，同时还要控制好曝气量，以确保曝气强度能够使系统中的污泥处于悬浮状态，避免出现污泥老化或者堵塞曝气孔的现象，比如，溶解氧浓度维持在0.5mg/L左右，就能够32万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析避免出现以上问题[34]。如果保持溶解氧浓度处于0.5mg/L的水平上，污水中氨氮的浓度不能满足一级A出水标准要求，就需要增加硝化池的容积，从而“好氧+缺氧”过度段就发生硝化反应，反之，如果污水中氨氮的浓度比较低，则就需要增加反硝化池的容积，此时，“好氧+缺氧”过度段就会发生反硝化反应。（2）适当提高生物池中污泥浓度生物池中污泥浓度的大小、污泥的成熟度以及污泥的活性等对系统的脱氮除磷效果能够产生重要的影响[35]。针对当前系统中脱氮除磷效果欠佳的现实，可以采取适当提高生物中污泥浓度的方法来进一步提升A2/O污水处理系统的脱氮、除磷的效果，确保出水水质中TN、TP满足一级A污水排放需求[36]。较高的污泥浓度对生物系统的硝化与反硝化反应能够产生两个方面的影响：①硝化反应方面，提高生物系统中污泥浓度意味着硝化细菌的浓度就会变大，有利于加速好氧硝化反应的速率；提高生物系统中的污泥浓度会导致厌氧阶段会有大量的BOD被消耗，进入系统好氧阶段的BOD/TN就会明显降低，从而导致好氧环节有机质的浓度过高，异养菌繁衍速度就会显著提升，并且与自养菌争夺DO，最终会降低生物系统的硝化速率，要解决这一问题，污泥泥龄宜控制在10-16d，在确保污泥不会老化的前提下适当提高污泥泥龄，这样既达到了提高生物处理环节污泥浓度的目的，又有助于实现硝化细菌与异养菌的平衡，避免出现生物系统硝化速率降低的问题。（3）严格控制生物池中溶解氧的含量反应池中DO的浓度高低对各个菌群的影响会明显不同，比如，好氧菌喜欢更多的DO，而厌氧菌只有在较少甚至于无DO的工况条件下才能够分解、硝化污染物[37]。因此，控制好反应池中DO的含量对提升脱氮除磷的效果具有重要的意义。实践中，反硝化过程宜控制1mg/L≤DO≤3mg/L，否则如果DO浓度过高，则反而会影响系统中硝化反应的速度，从而降低主要污染物的去除率，而如果DO浓度过低，就会降低好氧区内氨氮的去除效率，这最终必然会影响到TN的去除效率。实际运行过程中，在厌氧反应阶段，控制在DO≤0.5mg/L；在好氧反应阶段，需要控制DO≥1mg/L。（4）适当提高系统“回流比”本质上来看，A2/O处理工艺主要是依靠调整回流比来实现脱氮除磷目标的。一般情况下，较高的污泥回流比、混合液回流比能够保证反硝化作用更好地进行，从而达到提高TN去除率的目的。但是，提高系统的回流比必须要控制在适当的范围之内（100%-200%之间即可），否则，如果回流比过高，一方面，容易弱化缺氧环节所需的缺氧条件；另一方面，系统的运行成本、能源消耗量会上升[38]。因此，实践中，应该根据试验结果、综合考虑天津环塘污水处理厂调试运行情况33万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析来适当提高污泥、混合液的回流比，以达到脱氮的目的。4.2强化脱氮除磷效果分析调控工艺流程方案与实施添加药剂、补充碳源之后，天津环塘污水处理厂的污染物去除效果改善比较明显。各主要污染物质去除效果改善情况如下：4.2.1化学需氧量与生化需氧量的去除效果完成工艺调控之后，系统化学需氧量、生化需氧量去除率仍然处于较高的水平，虽然进水水质也有比较明显的变化，但，COD、BOD出口浓度月均值均达标、稳定排放，其中，COD均值≤40mg/L、BOD≤6.5mg/L，去除效率较高。COD、BOD进出口水质以及去除率情况如图4-5所示。）mg/L浓度COD运行时间（月）图4-42014全年COD进出水浓度值分析）%去除率C（OD运行时间（月）图4-52014年全年COD去除率分析如图4-5所示，2014年1-12月份COD去除率始终保持在90%以上，这要比工艺调整前的去除率更有，这表明，采取一系列的措施以后，COD去除效率不但没有下降，而且出现了去除效率提高的情形。因此，COD去除效果对外加碳34万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析源并无明显的反应。关于2013年、2014年BOD去除率对比分析情况如图4-6所示。）%去除率B（OD运行时间（月）图4-62013年与2014年BOD去除率对比分析图如图4-6所示，天津环塘污水处理厂2013年、2014年BOD去除率对比分析图可知，添加药剂、补充碳源以及调整工艺之后，BOD去除率并没有发生大的变化，基本上都维持在90%-99%之间，这表明，实施强化脱磷技术以后，天津环塘污水处理厂BOD去除效率并没有发生明显的变化。4.2.2悬浮物去除效果采取强化脱磷措施以后，天津环塘污水处理厂SS去除效率基本上都高达95%以上，而且从具体数据分析来看，采取工艺调控等强化脱氮除磷措施以后的去除效果要稍微由于调整之间的SS去除效果。SS去除效率前后对比情况分析如图4-7所示。）%去除S率S（运行时间（月）图4-7强化脱氮除磷措施实施前后SS去除效率对比分析图35万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析如图4-7所示，强化脱氮除磷措施实施以后，该项目SS去除效果要稍好于调试之前，去除效率平均在98%左右，这可能与添加的PFS、PAC等药剂具有较强的絮凝性能有关，从而捕获了更多的悬浮物，达到提升悬浮物去除效率的目的。4.2.3氨氮去除效果氨氮去除效果变化如图4-8所示。）%氨氮去除运行时间（月）率（图4-8强化脱氮除磷设施实施前后氨氮去除效率对比分析图如图4-8所示，实施调控措施以后，天津环塘污水处理厂的氨氮去除率明显便有，去除效果比较理想。虽然，从2014年全年的进水日均值来看，氨氮的进水浓度变化幅度仍然比较大，但是，出口浓度基本上都维持在1.7m/Ll以下，这表明，添加PFS、PAC以及采取外部补充碳源的方式，整个生物处理系统的氨氮去除能力并未受到不利影响，反而提升了生物系统的硝化能力，氨氮去除效果变得更好。4.2.4总氮与总磷去除效果（1）总氮去除效果分析实施强化脱氮除磷措施以后，天津环塘污水处理厂处理厂的脱氮效率上升较为明显，36万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析）%去除NT率（运行时间（月）图4-9强化脱氮除磷前后TN去除效率对比分析图如图4-9所示，实施强化脱氮除磷措施之后，系统的脱氮效果更佳，TN平均去除效率达到了57%，而从该厂日均统计值来看，TN去除率最高达到了68.3%，这表明，强化脱氮除磷以后，天津环塘污水处理厂的TN去除率改善明显，取得了较好的脱氮效果。这可能与以下几个原因有关：碳源更佳充足，避免了出现“争食”的现象；各个菌种能够在不同的反应器内成为优势菌种，从而可以分别加强硝化反应、反硝化反应等等[39]；工艺调整后，好氧段的DO值变大，从而确保生物系统好氧反应更佳彻底，而厌氧段的DO值则变小，从而反硝化脱氮反应提供了良好的内外部条件；活性污泥浓度大幅提升，比如，好氧段污泥浓度高达5000mg/L，溶解氧则达到了2.5mg/L，能够观察到在生物系统好氧区域硝化、反硝化反应共存。（2）总磷去除效果分析）%去除T率P（运行时间（月）图4-10强化脱氮除磷前后TP去除效果对比分析图如图4-10所示，实施工艺调整之后，TP去除效果改善较为明显，TP去除效率平均值达到了89%。这与辅助化学法除磷、外加碳源等有关，而且通过药剂的凝聚作用去除了更多的悬浮状态的TP，取得了比较理想的效果。另外，从201437万方数据 第4章污水处理厂强化脱氮除磷措施及效果分析年全年的运行结果来看，月均值TP出口浓度均为出现超标现象。4.2.5能耗与物耗情况2014年强化脱氮除磷后虽然物耗有所提高，但能耗有所改观，其中电耗改善最为明显，平均电耗为0.35kWh/m3废水，虽然仍然高于0.3kWh/m3废水的参考值，一方面，这可能与2014年度进水量大幅增加有关；另一方面，采取强化脱氮处理措施以后，各个工艺环节停留时间较短降低了电耗有关。另外，由于采取添加化学药剂、生物药剂的方式来强化脱氮除磷效果，物耗总量、单位消耗量有所增加。38万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析第5章温度对A2/O工艺脱氮除磷效果的影响分析为研究温度对天津环塘污水处理厂脱氮除磷效果的影响，对2013年和2014的夏季（6月、7月、8月）和冬季（11月、12月、1月）的进出水主要污染物去除率进行分析，选择不同季节来探讨温度对系统脱氮除磷效果的影响。5.1冬季脱氮除磷效果分析5.1.1常规运行温度条件对天津环塘污水处理厂的脱氮除磷具有明显的影响。不同菌种的微生物所需要的生长温度不同，绝大多数的微生物都比较喜好中温、高温条件，而在低温条件下活性较差[40]。虽然相关研究已经证明，部分嗜冷性微生物在冬季温度较低的环境下也具有比较高的污染物降解能力，但是，嗜冷性微生物的种类十分有限，而且含量很低，一旦流失污染物降解能力就会大幅下降。试验结果表明，80%以上的微生物都比较适宜在10℃以上的环境中生存，污染物分解能力也较高，低于10℃就很难代谢外源物质，从而导致城乡集中式污水处理厂在低温条件下的出水水质会变差，这与微生物菌群的活性降低、嗜冷性微生物种类与数量少、降解污染物能力降低、污染物去除效率降低等有着直接的关系[41]。2013年生物池冬季常规运行情况分析如下（以下数据均为平均值）：生物池水温为12℃，污泥浓度3500mg/L，污染物有机负荷为0.10kgBOD/(kg污泥·d），回流比200%，DO浓度为2.0mg/L，污泥泥龄为16d，水力停留时间为15h；各主要污染物平均进出水浓度如表5-1所示。表5-1主要污染物进水浓度及去除率统计分析污染物CODNH3-NTNTP进水（mg/L）21232.143.32.53出水（mg/L）41.46.9814.50.77污染物去除率（%）80.578.366.569.6如表5-1试验结果显示，冬季（11月、12月、1月）COD、NH3-N、TN、39万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析TP的进水浓度分别为212mg/L、32.1mg/L、43.3mg/L、2.53mg/L，出水浓度分别为41.4mg/L、4.98mg/L、14.5mg/L、0.77mg/L，其中，除TP外，其它三项污染物出水浓度能够满足一级A标准的要求，但是，NH3-N的出水浓度大幅增加、去除效率显著降低。根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A排放标准限值，在温度大于12℃时，NH3-N的标准浓度为5mg/L；而当温度≤12℃时，NH3-N的标准浓度为8mg/L，这也表明脱氮效果必然会受到温度的明显影响。对比分析天津环塘污水处理厂的历史数据资料，常温及较高温度条件下，出口NH3-N浓度日均值小于2mg/L，当温度低于12℃时，出口NH3-N浓度日均值大幅上升，最高值甚至超过了15mg/L。通过查阅相关的学术文献资2/O工艺脱氮除磷效果具有明显的影响（如前表所示，NH料，发现温度对A3-N出水浓度显著变大，TP出水浓度超标），这是因为当水温低于13℃的情况下，微生物的硝化功能明显变弱，最终导致系统冬季脱氮除磷效果变差。5.1.2投加药剂运行针对低温条件下的不利影响，可以采取在反应池中适当增加醋酸钠投加量的方式来进行处理，TN去除效率改善明显（见前文对比分析图中的11月、12月和1月三个月份）。污水处理厂由于受低温和进水C/N比偏低的双重影响，系统反硝化效果和生物除磷效果一直很差。有机碳源是反硝化细菌和聚磷菌生长所必须的，为保证低温条件下系统的反硝化效果和厌氧释磷效果，应根据进水水质适量调整醋酸钠投加量，确保脱氮过程的顺利进行。2014年生物池冬季运行情况分析如下（以下数据均为平均值）：生物池水温为13℃，污泥浓度4000mg/L，污染物有机负荷为0.08kgBOD/(kg污泥·d），回流比260%，DO浓度为2.4mg/L，污泥泥龄为22d，水力停留时间为19h；各主要污染物平均进出水浓度如表5-2所示。表5-2主要污染物进水浓度及去除率统计分析污染物CODNH3-NTNTP进水（mg/L）20834.241.72.48出水（mg/L）38.33.1212.20.42污染物去除率（%）81.690.970.783.140万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析5.2夏季脱氮除磷效果分析5.2.1常规运行夏季高温条件下，A2/O处理工艺流程下，主要污染物去除率都会有提高，这与低温条件下形成了鲜明的对比。2013年生物池夏季常规运行情况分析如下（以下数据均为平均值）：生物池水温为24℃，污泥浓度3900mg/L，污染物有机负荷为0.09kgBOD/(kg污泥·d），回流比180%，DO浓度为1.8mg/L，污泥泥龄为14d，水力停留时间为14h；各主要污染物平均进出水浓度如表5-3所示。表5-3主要污染物进水浓度及去除率统计分析污染物CODNH3-NTNTP进水（mg/L）23426.842.92.02出水（mg/L）32.51.5412.80.59污染物去除率（%）86.196.270.270.9试验结果显示，在没有投加药剂和调整工艺的情况下，夏季对比冬季COD、氨氮、TN、TP的去除率都有升高，但氨氮的去除率变化最为明显，而TP的变化最小，这表明温度对硝化细菌的影响最为明显，当硝化菌的反应效率提高时势必会影响到聚磷菌在好氧段对水体中磷酸盐的吸收，这就表现为夏季氨氮，总氮的去除率会比冬季的去除率提高许多，但总磷的去除率并没有太大的影响。5.2.2投加药剂运行污水生物处理效能下降与温度降低有关的根本原因可能有两方面：（1）温度下降降低了污水中微生物的生物酶活性，进而影响了活性污泥的处理效果；（2）温度下降，导致活性污泥微生物群落发生演替，如聚磷菌和硝化菌对温度的敏感度并不一样，所以在不同温度下繁衍的速率也会受到影响，这样会使系统的运行特征和处理效能随之发生变化。2014年生物池夏季运行情况分析如下（以下数据均为平均值）：生物池水温为23℃，污泥浓度4200mg/L，污染物有机负荷为0.08kgBOD/(kg污泥·d），回流比200%，DO浓度为2.5mg/L，污泥泥龄为18d，水力停留时间为16h；各主要41万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析污染物平均进出水浓度如表5-4所示。表5-4主要污染物进水浓度及去除率统计分析污染物CODNH3-NTNTP进水（mg/L）22526.942.62.33出水（mg/L）30.40.8410.50.34污染物去除率（%）86.596.732.185.4如表5-4所示，夏季在调整工艺的基础上投加碳源和化学除磷剂后主要污染物的去除率均有提高，全部符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A排放标准，5.3低温条件下强化脱氮除磷措施与风险控制5.3.1强化脱氮除磷的措施针对低温条件下污水处理厂脱氮除磷效果不够理想的特点，本文中提出了一些强化脱氮除磷的设施，比如，可以采取延长污泥泥龄的方法、增加水中溶解氧含量、提升系统中污泥浓度达到降低污泥有机污染物负荷的目的，以达到在低温条件下强化脱氮除磷的效果，确保天津环塘污水处理厂出水中各主要污染物浓度满足一级A标准要求。但是，当温度过低的情形下，这些措施也很难发挥有效的作用，这就需要综合考虑污水处理厂的实际情况，围绕以下几个方面采取相应的强化脱氮处理设施：（1）从试验过程及污水处理厂的运行实践情况来看，脱氮需要在好氧池内停留一段时间，环塘污水处理厂现有工艺的曝气池基本上能够反应需求，只需要新建（扩建）反应池即可，以便作为缺氧池或者是厌氧池来进行使用，达到降低BOD负荷的目的，从而为系统中的硝化反应创造有利的条件，提升污水处理系统的脱氮除磷要过。从天津环塘污水处理厂的项目建设、运行情况来看，可以采取以下两种方式来进行解决：一是可以保持好氧池的容积不变，使用新建的厌氧池来接回流污泥（剩余污泥），改良、优化A2/O工艺，达到提升脱氮的效果；二是仍然保持好氧池的容积不变，但是采取增大外回流量的方式，使用新建的缺氧池接收剩余污泥，这样就成为了倒置A2/O工艺。从本课题的试验以及其他同等处理规模、相似处理工艺的集中式污水处理厂的运行情况来看，无论是采用改良42万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析的A2/O工艺还是采用倒置A2/O工艺都能够取得较为理想的脱氮除磷效果。（2）改造初沉池。随着城市化发展进程的加快，城乡用地逐渐紧张，对于绝大多数的污水处理厂而言，很难再征用更多的土地来新建反应池。天津市环塘污水处理厂所处区域土地资源非常紧张，而且从项目本身的布局来看，厂区内可供一期利用的空地几乎没有，采取新建初沉池的可能性比较低。而采取改造初沉池更为科学、合理，这样，一方面，解决了厂区内空地不足无法新建反应池的问题，另一方面，通过改造初沉池，也解决了提升脱氮除磷效果所需反应池不足的问题。就天津环塘污水处理厂初沉池改造为反应池的工程项目的实施效果来看，能够起到多个方面的作用：将初沉池改造成为反应池，反应池的容积就会大幅增加，从而能够为脱氮除磷反应所需要的厌氧、缺氧以及好氧环境；将初沉池改造为反应池，反应池容积增加了，从而使得活性污泥、有机物总量、化学需氧量等的接触的机会，有机物降解的可能性提升，为反硝化反应、除磷过程创造了良好的内外部条件；改造后的反应池内的微生物适应新环境的能力显著增强，而系统内原核微生物的繁殖能力、生存能力也更加旺盛，从而为生物作用（主要是脱氮除磷）提供了充足的微生物量；反应池容积的增加，使得各类“微粒”之间碰触的机会增加，而且无机悬浮小颗粒的总数也明显增加，从而使得载体的表面积增加，这就为大量的微生物群体的繁殖、生存、成长提供了栖息之地[42]。但是，在将初沉池改造为反应池之间，首先必须要准确监测污水厂进水水质，而且还要对未来一段时期内污水处理厂进水水质的变化趋势进行预测，这样才能够比较准确地确定初沉池内污水停留的时间，在此基础上再进行初沉池改造，以避免出现盲目施工反而无法满足强化脱氮除磷效果的情况。（3）利用生物载体。从对相关文献的综述情况来看，科学选择生物载体能够显著提升污水处理过程中脱氮除磷的效果。实践中，天津环塘污水处理厂可以根据污水处理过程中水质的变化情况，科学选择生物载体，以达到强化脱氮除磷效果的目的。向污水处理系统中（生物池）中投加生物载体能够起到以下三个方面的积极作用：投加适量的生物载体能够有效地滞留脱氮工艺中所需要的硝化细菌群体，有助于实现细菌群体泥龄多样化的目的[43]，从而解决短泥龄对硝化反应产生不利影响的问题；向生物处理工艺系统中投加生物载体，还会间接增加污泥的浓度，这对于降低生物反应池中BOD的负荷具有重要的意义；合理利用生物载体（比如，增减生物载体的投加量、灵活选择投加的位置等等）能够为生物反应创造其所需要的缺氧环境、厌氧环境，从而达到系统中反硝化反应、硝化反应同步进行的目的，进而强化系统的脱氮除磷效果[44]。（4）调整活性污泥工艺。目前，国内大部分污水处理厂会通常采用最简单的工艺参数变化来调整活性污泥工艺，即通过控制好氧段的曝气量和改变内外回43万方数据 第5章温度对A2O工艺脱氮除磷效果的影响分析流比，这种改良工艺会一定程度上改善城市污水的脱氮除磷的效果，根据进出水具体的氮磷比来适当调整内回流的比值和剩余污泥量的排放，将好氧段的曝气方式从连续曝气变成间歇曝气，该工艺除了能保持较高的除磷脱氮率，还能使曝气量降低，节约能耗。活性污泥在污水处理厂脱氮除磷工艺中起着重要的作用，而从前文的试验结果以及天津环塘污水处理厂的调试运行效果来看，活性污泥工艺是否科学、合理，是否与环塘污水处理厂进水水质处理要求相符，这对污染物的去除效果（COD、BOD、TN、TP等等）都会产生重大的影响，因此，根据工程运行情况、进水水质变化灵活调整活性污泥工艺就显得尤为重要。5.3.2强化脱氮除磷的风险控制低温条件下，无论是采取额外添加药剂的方式，还是采取改变污泥泥龄、调整污水处理工艺的方式来达到强化脱氮除磷的目的，都有可能会增加天津环塘污水处理厂运行的风险。实践中，必须要冲以下几个方面做好风险控制：（1）成本风险控制，强化脱氮除磷意味着需要对工艺或者运行条件进行调整，这必然会涉及到成本控制问题，必须要建立科学的风险管理机制，从方案的制定、改进到最后的实施，确保脱氮除磷效果能够保持较好的投入产出比；（2）二次污染风险控制：添加化学药剂、生物药剂，如果处理不当有可能就会产生二次污染，尤其是污泥处置是目前我国污水处理厂中最为头疼的问题[45]，能够处理好二次污染问题，对污水处理厂的正常运行也会造成显著的影响。44万方数据 第6章研究结论与展望第6章研究结论与展望6.1主要结论水体污染的程度日趋严重，国家提出了更为严格的污水氮磷排放标准，这就要求各大污水处理厂必须要对现有的运行工艺进行提升改造，以确保氮磷达标稳定排放。本文以天津环塘污水处理厂作为研究对象，重点探讨了该污水处理厂调试运行及强化脱氮除磷效果问题，通过全文的研究主要得到了以下几个研究结论：（1）天津环塘污水处理厂启动运行阶段：TN进水平均值34.5mg/L，出水浓度平均值为17.07mg/L，这表明，全年来看，该项目出口TN浓度并不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》关于总氮排放限值一级A标准的要求。进水TP浓度平均值为5.08mg/L，出水TP浓度平均值为0.72mg/L，TP排放浓度不能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A排放限值要求（TP≤0.5mg/L）。其它污染物处理效果较为理想。（2）传统A2/O污水处理工艺脱氮除磷效果不理想。由于传统A2/O污水处理工艺流程下，不同的菌群均在统一系统内混合，而不同的菌种对温度、污泥泥龄的要求不同，这就出现了脱氮与除磷菌群相冲突的现象，从而对系统脱氮除磷效果造成不利影响。（3）改良的A2/O脱氮除磷工艺主要是基于聚磷功能菌群和脱氮功能菌群分离的基础上而实施的，这样就解决了污泥相系统中两大菌群的竞争，确保两大菌群都能够正常的发挥作用，从而最大限度地保障了A2/O脱氮除磷系统的稳定运行。实施强化脱氮除磷措施之后，系统的脱氮效果更佳，TN平均去除效率达到了57%，而从该厂日均统计值来看，TN去除率最高达到了68.3%，这表明，强化脱氮除磷以后，天津环塘污水处理厂的TN去除率改善明显，取得了较好的脱氮效果。实施工艺调整之后，TP去除效果改善较为明显，TP去除效率平均值达到了89%。这与辅助化学法除磷、外加碳源等有关，而且通过药剂的凝聚作用去除了更多的悬浮状态的TP，取得了比较理想的效果。（4）不同菌种的微生物所需要的生长温度不同，绝大多数的微生物都比较喜好中温、高温条件，而在低温条件下活性较差。可以采取延长污泥泥龄的方法、增加水中溶解氧含量、提升系统中污泥浓度达到降低污泥有机污染物负荷的目的，以达到在低温条件下强化脱氮除磷的效果，确保天津环塘污水处理厂出水中45万方数据 第6章研究结论与展望各主要污染物浓度满足一级A标准要求。6.2研究展望本课题中，以天津环塘污水处理厂作为研究对象，研究、分析了该污水处理厂调试运行、强化脱氮除磷问题，主要是基于已有研究成果基础上，结合天津环塘污水处理厂的进水水质、环境温度等探讨了脱氮除磷问题，这对于提升、优化该厂的脱氮除磷效果具有一定的现实意义。在以后的工作实践中，将会运用在校期间学习到的理论知识，及时学习、掌握污水处理厂生物处理工艺方面研究的新进展，在该领域展开更加深入的研究，以期在集中式污水厂脱氮除磷领域取得新的研究成果。46万方数据 参考文献参考文献[1]席北斗．我国城镇生活污水排放标准制定技术探讨[J]．给水排水，2016，7（18）：45-47．[2]潘春如．活性污泥工艺强化除磷脱氮分析[J]．科技与企业，2013，13（21）：31-35．[3]WenyingLi,CarlosLoyola-Licea,DavidE.etal.Performanceofatwo-phasebiotricklingfilterpackedwithbiocharchipsfortreatmentofwastewatercontaininghighnitrogenandphosphorusconcentrations[J].ProcessSafetyandEnvironmentalProtection,2016,25(8):44-46.[4]Y.V.Nancharaiah,S.VenkataMohan,P.N.L.Lens.Recentadvancesinnutrientremovalandrecoveryinbiologicalandbioelectrochemicalsystems[J].BioresourceTechnology,2013,30(7):29-32.[5]TengBao,TianhuChen,JuanTan,etal.Synthesisandperformanceofironoxide-basedporousceramsiteinabiologicalaeratedfilterforthesimultaneousremovalofnitrogenandphosphorusfromdomesticwastewater[J].SeparationandPurificationTechnology,2011,28(8):102-104.[6]丁玲，沈辉．浅谈常见的生物脱氮工艺[J]．城市建筑，2015，8（2）：22-25．[7]周小红，陈洪斌，何群彪．除磷微生物和新型除磷工艺[J]．四川环境，2006，12（4）：23-25．[8]王晓霞，王淑莹，彭永臻，等．EBPR的快速启动及其与同步硝化反硝化耦合实现污水的脱氮除磷[J]．东南大学学报(自然科学版)，2014，36（12）：1278-1284．[9]邵和东，王淑莹，张亮，等．常温下厌氧氨氧化组合工艺处理低C与N质量浓度比的城市污水的脱氮除磷性能[J]．中南大学学报(自然科学版)，2016，27（11）：344-349．[10]杨卫，李孟．一体化装置处理农村生活污水工程设计与调试运行[J]．中国给水排水，2015，20（5）：93-96+100．[11]SenWang,MengchunGao,Long-termeffectsofZnOnanoparticlesonnitrogenandphosphorusremoval,microbialactivityandmicrobialcommunityofasequencingbatchreactor[J].BioresourceTechnology,2008,33(7):19-21.[12]LinMa,FengHe,TaoHuang.Nitrogenandphosphorustransformationsandbalanceinapond-ditchcirculationsystemforruralpollutedwatertreatment[J].EcologicalEngineering,2012,19(9):67-69.[13]KekeXiao,LuZhou,BeipingHe.Nitrogenandphosphorusremovalusingfluidized-carriersinafull-scaleA2Obiofilmsystem[J].BiochemicalEngineeringJournal,2013,22(9):11-14.[14]崔萌，马瑞芬．污水处理厂冬季运行中生物脱氮除磷效果的分析[J]．中国47万方数据 参考文献给水排水，2016，17（4）：72-76．[15]王丽丽，赵林，谭欣，等．不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响[J]．环境保护科学，2004，1（6）：62-65．[16]黎强，秦玉洁，杨胤，等．高效脱氮除磷系统除磷效果优化分析[J]．水处理技术，2015，22（14）：76-79．[17]吴鹏，陆爽君，徐乐中，等．温度对ABR-MBR复合工艺处理生活污水的影响及其微生物群落分析[J]．环境科学，2014，36（9）：3466-3472．[18]祝君乔，蒋岚岚，程文，等．后置缺氧A~2O/A-MBR工艺脱氮除磷特性研究[J]．中国给水排水，2014，14（4）：10-13．[19]张光明，杜锋伟，朱易春，等．A2/O生物同步脱氮除磷及其改良工艺进展[J]．黑龙江大学自然科学学报，2010，26（6）：38-40．[20]Kyung-GuenSong,JinwooCho,Kyu-HongAhn.Effectsofinternalrecyclingtimemodeandhydraulicretentiontimeonbiologicalnitrogenandphosphorusremovalinasequencinganoxic/anaerobicmembranebioreactorprocess[J].BioprocessandBiosystemsEngineering,2009,126(4):32-36.[21]WuXiang,YangXiao-E,ZedRengel.Phytoremediationfacilitatesremovalofnitrogenandphosphorusfromeutrophicatedwaterandreleasefromsediment[J].EnvironmentalMonitoringandAssessment,2009,39(17):1571-1574.[23]金羽．温度对A2/O系统的影响特征及脱氮除磷强化技术研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013．[24]JinsooKim,ZhouyangLiu,Joo-YoupLee,etal.RemovalofnitrogenandphosphorusfrommunicipalwastewatereffluentusingChlorellavulgarisanditsgrowthkinetics[J].DesalinationandWaterTreatment,2013,118(51):40-42.[25]郭小马，赵焱，王开演，等．MBR与SMBR脱氮除磷特性及膜污染控制[J]．环境科学，2015，18（3）：1013-1020．[26]刘如玲，宋美芹．城市污水处理厂升级改造工程设计与运行效果[J]．海洋湖沼通报，2015，21（11）：134-140．[27]张仲玲．反硝化脱氮外加碳源的选择[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009．[28]张莺，周瑜，何一俊，等．城市生活污水厂处理高比例工业废水时的运行探索[J]．中国给水排水，2013，33（10）：95-100．[29]杨敏，孙永利，郑兴灿，等．基于精细化管理的污水处理厂优化运行控制策略[J]．中国给水排水，2013，23（5）：1-4．[30]AnaMargarita,Silva-Benavides,GiuseppeTorzillo.NitrogenandphosphorusremovalthroughlaboratorybatchculturesofmicroalgaChlorellavulgarisandcyanobacteriumPlanktothrixisothrixgrownasmonoalgalandasco-cultures[J].JournalofAppliedPhycology,2012,24(6):8-12.[31]HansaemLee,GeumHeeYun.The4-stageanoxicmembranebioreactorfor48万方数据 参考文献simultaneousnitrogenandphosphorusremoval,anditsstrengthsandweaknesses[J].DesalinationandWaterTreatment,2011,38(19):13-16.[32]励建全，黄瑾，白海龙，等．高效低耗强化脱氮除磷污水处理关键技术及示范工程[J]．建设科技，2014，30（22）：127-130．[33]张栋俊．泥膜共生多级A/O工艺特性及脱氮除磷效能研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015．[34]古凌艳，张宏．改良A2/O工艺在南方雨季的工艺运行控制[J]．中国给水排水，2016，22（16）：84-86．[35]李超，李宪莉，赵卫国．缺氧-好氧SBR对城市污水脱氮除磷的生产性试验研究[A]．中国环境科学学会．2013中国环境科学学会学术年会论文集（第五卷）[C]．中国环境科学学，2013：7．[36]黄小丹．瑞安市江北污水处理厂扩建工程AAO工艺的应用[A]．百川利康（北京）国际医学研究院．2015年建筑科技与经济学术论文集[C]．百川利康（北京）国际医学研究院，2015：3．[37]俞皓．重庆市沱口污水处理厂扩建工程设计[A]．上海市净水技术学会、城市水资源开发利用（南方）国家工程研究中心．2016中国环博会污泥论坛与膜法论坛论文集[C]．上海市净水技术学会、城市水资源开发利用（南方）国家工程研究中心，2016：5．[38]刘丽丽．天津钢管公司污水处理厂改扩建工程[A]．中国土木工程学会水工业分会排水委员会．全国排水委员会2015年年会论文集[C]．中国土木工程学会水工业分会排水委员会，2015：7．[39]陈湘静．脱氮除磷哪些不能忽视？[N]．中国环境报，2010-10-11006．[40]李志杰，孙井梅，刘宝山．人工湿地脱氮除磷机理及其研究进展[J]．工业水处理，2012，33（4）：1-5．[41]张冰，周雪飞，任南琪．新型城市污水脱氮除磷工艺的试验研究与优化设计[J]．环境科学，2008，25（6）：1518-1525．[42]汪昆平，邓荣森，李伟民，等．氧化沟脱氮除磷强化途径[J]．重庆建筑大学学报，2006，31（16）：79-83．[43]娄金生，谢水波，何少华，等．生物脱氮除磷原理与应用[M]．长沙：国防科技大学出版社，2002．[44]尤会春．改良A2/O工艺用于大连开发区污水二厂提标改造[J]．中国给水排水，2014，30（9）：76-80．[45]JinXW,LiEC,LuSG,etal.Cokingwastewatertreatmentforindustrialreusepurpose:Combiningbiologicalprocesseswithultrafiltration,nanofiltrationandreverseosmosis[J]．JournalofEnvironmentalScience,2013,25(8):1565-1574.49万方数据 参考文献50万方数据 致谢致谢时间飞逝，转眼间，几年的学习生涯即将结束。在校学习期间，我不仅学习到了丰富的理论知识，而且还将学到的理论应用到了具体的工作实践过程中去，在实践中取得了一定的工作成绩。在论文即将定稿之际，我向所有帮助过我的老师、朋友、同学表示诚挚的谢意！首先，感谢我得论文指导老师。在论文写作期间，我的导师给予了我专业、悉心的指导，没有老师的帮助，我难以顺利的完成论文的写作。同时，在论文写作期间，通过与导师的多次交流、沟通，我也学到了许多理论与实践知识，在此，向我的导师真诚的说一句：老师，您辛苦了！其次，感谢学校所有的老师、同学，忘不了所有老师的辛苦付出、同学们的互帮互助，祝你们好运。最后，感谢所有帮助过我的人、感谢论文评审专家老师，辛苦了!51万方数据