北京市城镇污水处理厂出水提标工艺研究

杨永义，姚 宁，康家伟，谢正威

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

1 概述

随着北京市的建设发展，市政府制定了一系列治污条例及治理要求，为控制污染，保护环境和人体健康，加强对北京市行政区域内城镇污水处理厂的排放控制和管理，制定《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)，北京市对城市生活污水处理的普及和污水的深度处理提出了更高要求。随着膜生物处理技术MBR及其组合工艺研究的不断深入［1-2］，结合目前成熟的脱氮除磷工艺［3-5］，根据水质排放标准，选择不同的工艺流程及设计参数。

2 工程概况

北京郊区污水处理厂一期工程建于2004年，处理能力为4万m3/d，采用氧化沟处理工艺:粗格栅—细格栅—氧化沟—二沉池—消毒池－排放，出水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B排放标准;二期再生水厂工程建于2008年，处理能力为4万 m3/d，采用MBR工艺:粗格栅—细格栅—MBR组合池—消毒池－排放，出水达到再生水利用标准(河道－观赏性景观环境用水);污水处理厂进、出水水质见图1～图5。但是随着生活污水浓度的上升和污染物排放标准的提高，污水处理厂的排水已明显达不到污染物控制的要求，水质提标前后主要水质对比见表1。要实现出水满足现有标准必须进行相应的改造或新建污水处理厂，针对现状，结合水厂多年的运行水质指标数据，提出适合新标准的污水处理工艺，并为污水处理厂的升级改造提供参考。

3 运行状况分析及总结

3.1 CODcr分析

3.1.1 污水厂原水CODcr浓度分析

在约两年的监测数据中，原水 CODcr浓度变化，由图1分析可知:3.8%的水质浓度在168～300mg/L;14.3%的水质浓度在300～400mg/L;22.6%的水质浓度在400～500mg/L;18.3%的水质浓度在500～600mg/L;16.1%的水质浓度在600～700mg/L;16.1%的水质浓度在700～900mg/L;8.8%的水质浓度在900mg/L以上。

通过以上分析，原水水质与典型生活污水水质(CODcr:高浓度1000mg/L;中浓度400mg/L;低浓度250mg/L)比较可知:81.9%的水质属于中高浓度范畴，仅仅18.1%属于中低浓度。总之，原水CODcr浓度总体偏高，水质波动较大。

3.1.2 污水厂出水CODcr浓度分析

(1)氧化沟工艺出水CODcr浓度分析。由图3分析，出水26.3%的水质浓度不大于30.0mg/L;85.2%的水质浓度不大于60mg/L;99.7%的水质浓度不大于100mg/L;针对标准DB11/890-2012的表1B标准仅有26.3%的水质达标。

(2)MBR工艺出水CODcr浓度分析。由图3分析，出水52.3%的水质浓度不大于30mg/L，其中80%原水浓度在600mg/l以下;90.0%出水的水质浓度不大于60mg/L;100%的水质浓度不大于100mg/L;针对新标准DB11/890-2012的表1B标准有52.3%的水质达标。

图1 进水CODcr浓度的变化

图2 进水NH3-N、TN、TP浓度的变化

3.1.3 CODcr指标小结

(1)氧化沟工艺特点

污水处理厂进水浓度约60%的水质浓度大于500mg/L;进水CODcr浓度偏高;

氧化沟工艺出水水质总体稳定，波动很小，进水水质波动对出水影响较小;

氧化沟工艺已不能够彻底满足目前进水浓度偏高和水质提标的处理要求。

(2)MBR工艺特点

出水水质波动受进水水质影响，出水水质浓度波动较大:1月、3月、4月、11月;其它月份水质相对稳定。

图3 氧化沟和MBR工艺出水CODcr浓度的变化

图4 氧化沟和MBR工艺出水NH3-浓度的变化

图5 氧化沟和MBR工艺出水TP浓度的变化

出水水质有52.3%达到新标准DB11/890-2012的表1中B级标准，如原水CODcr在400mg/L以下，MBR工艺完全满足新标要求;因此，此工艺适合水质保障要求。

(3)氧化沟工艺与MBR工艺比较

MBR法工艺77%的出水优于氧化沟工艺出水水质，MBR法工艺有58.6%的出水比氧化沟工艺出水提高在20%以上;

氧化沟工艺稳定，但出水不能满足提标后的水质要求;

MBR工艺耐冲击能力偏弱，但出水水质有保障。

3.2 NH3－N分析

3.2.1 污水厂原水NH3-N浓度分析

由图2分析NH3－N浓度可知:6.0%的水质浓度在9.88～20mg/L;23.0%的水质浓度在20～30mg/L;38.1%的水质浓度在30～40mg/L;23.0%的水质浓度在40～50mg/L;6.6%的水质浓度在50～60mg/L;3.3%的水质浓度在60mg/L以上;综合分析83%的进水浓度在20～50mg/L。

通过以上分析，67.1%的原水水质属于典型生活污水水质(NH3－N:高浓度85mg/L;中浓度40mg/L;低浓度20mg/L)中低浓度，进水浓度总体稳定。

3.2.2 污水厂出水NH3－N浓度分析

(1)氧化沟工艺

出水浓度范围分析。由图4分析，18.2%的水质浓度不大于1.50mg/L;28.2%的水质浓度不大于5.0mg/L;45.6%的水质浓度不大于8.0mg/L;48.3%的水质浓度不大于10.0mg/L;57.1%的水质浓度不大于20.0mg/L;66.9%的水质浓度不大于25.0mg/L;33.1%的水质浓度大于25.0mg/L;最高值达到51.8mg/L;平均值15.4mg/L。针对新标准DB11/890-2012的表1中B级标准仅有18.2%的水质达标。

出水水质波动分析。1、2、3月份水质稳定;4月中旬到6月中旬水质波动较大;6月中旬至12月份出水水质稳定。

(2)MBR工艺

出水浓度范围分析。由图4分析，90.2%的水质浓度不大于1.50mg/L;平均值0.54mg/L。

水质波动分析。除9月至10月中旬出水不稳定外，总体出水水质稳定。

出水水质基本达到新标准(《城镇污水处理厂水污染物排放标准》DB11/890-2012)的表1B标准。

3.2.3 NH3-N指标小结

(1)氧化沟工艺特点

出水水质波动较大，出水NH3-N达不到目前提标水质要求;NH3-N出水浓度受CODcr去除率影响较大。

(2)MBR工艺特点

出水水质总体稳定，出水NH3-N能达到目前提标水质要求;NH3-N出水浓度受CODcr去除率影响较大。

(3)氧化沟工艺与MBR工艺比较

MBR工艺出水NH3-N远比氧化沟工艺好;MBR工艺出水能达到DB11/890-2012的表1中B级标准。

3.3 TP分析

3.3.1 污水厂原水TP浓度分析

由图2进水浓度分析，29.3%的水质浓度在5.0mg/L以下;42.3%的水质浓度在5.0～8.0mg/L;10.7%的水质浓度在8.0～10.0mg/L;16.5%的水质浓度在10.0～20.0mg/L;1.2%的水质浓度在20mg/L以上;综合分析可知58.0%的原水水质属于典型生活污水水质(NH3-N:高浓度15mg/L;中浓度8mg/L;低浓度4mg/L)中低浓度;进水水质变化频率高。

3.3.2 污水厂出水TP浓度分析

(1)氧化沟工艺

出水浓度分析。由图5分析，53.2%的水质浓度不大于0.2mg/L;75.0%的水质浓度不大于0.3mg/L;87.3%的水质浓度不大于0.5mg/L;98.1%的水质浓度不大于1.0mg/L;仅有1.9%的水质浓度大于1.0mg/L。75.0%的出水水质能达到DB11/890-2012的表1中B级标准。

去除率分析。TP去除率比较稳定，94.4%的水质去除率在90%以上;74.8%的水质去除率在95%以上;仅5.6%的水质去除率在90%以下。

(2)MBR工艺

出水浓度分析。由图5分析，38.0%的水质浓度不大于0.2mg/L;48.6%的水质浓度不大于0.3mg/L;74.3%的水质浓度不大于0.5mg/L;88.1%的水质浓度不大于1.0mg/L;11.9%的水质浓度大于1.0mg/L。仅38.0%的出水水质能达到DB11/890-2012的表1中B级标准。

去除率分析。TP去除率不稳定，70.9%的水质去除率在90%以上;50.0%的水质去除率在95%以上;29.1%的水质去除率在90%以下。

3.3.3 TP指标小结

(1)氧化沟工艺特点

出水水质稳定，出水TP基本达到目前提标水质要求;原水浓度波动对出水影 )响不大。

(2)MBR工艺特点

出水水质不稳定，波动幅度较大，出水TP达不到目前提标水质要求;MBR工艺对于指标TP的去除不易控制，不利于污染物的去除;

(3)氧化沟工艺与MBR工艺比较

氧化沟工艺出水TP远比MBR工艺好;氧化沟工艺出水TP基本能达到新标准DB11/890-2012的表1中B级标准。

3.4 污水厂运行总结

(1)目前生活水平的提高，污水中各水质指标偏高:CODcr指标有60%的水质浓度在500mg/l以上;NH3－N指标有10%的水质浓度在60mg/l以上;TP指标有18%的进水浓度在10.0mg/l以上。

(2)MBR膜工艺比常规氧化沟工艺:CODcr去除效率提高约20%;NH3－N去除率提高约50%;TP去除率降低50%。

(3)常规氧化沟工艺耐冲击，CODcr、TP指标出水稳定，尤其出水TP基本能达到新标准DB11/890-2012的表1中B级标准。

(4)MBR膜工艺COD、NH3－N出水指标好，但出水浓度受原水浓度波动影响较大;因此MBR工艺在稳定进水条件下，适合作为保障出水的核心工艺。

4 综合分析

针对表1内容，结合以上分析，目前满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002排放标准的成熟工艺［6］-［7］很多。但水质提标后，需要重点考虑的是NH3－N和TP的去除，而且两水质指标实现的工艺条件相斥。在传统脱氮和除磷工艺中，反硝化菌和聚磷菌就脱氮和除磷两个过程扮演着两个独立的角色，即都利用有机碳源进行独立的反硝化和吸、放磷，因此在同一系统中，当进水C/N比值较低时，碳源成了两者的限制性因素。针对污水处理厂出水水质的提标，结合以上分析，必须是一级处理实现初次脱氮除磷，因此要求一级处理具有初次脱氮除磷的粗旷生物环境和生物种类;二级处理采用深度处理工艺以保障出水水质(CODcr、NH3－N、TP);一、二级中间设生物隔离器，实现一、二级两个独立、不同、稳定的生物环境以确保出水水质，实现污水处理厂出水水质达到《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)标准。

5 结论与建议

(1)针对北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》DB11/890-2012，新建污水厂建议采用改进型两级生物处理工艺:一级处理(A2O、CASS、氧化沟、生物接触氧化等)+生物隔离器(沉淀、过滤、气浮、磁分离、消毒等)+二级处理(氧化塘、湿地、BAF、MBR等)。

(2)需提标改造的污水处理厂:一级常规脱氮除磷工艺的出水(泥水分离消毒后的上清液)，作为二级工艺(能够控制具有大量比一级工艺较高等的微生物群落)的进水，在控制两级完全不同的生物环境、生物种类等的条件下，提高了出水水质，实现污水处理厂出水水质达到《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB11/890-2012)标准。结合原工艺，增设或改造相关泵站、工艺流程等，实现新工艺一、二级的工况要求。

(3)污水处理厂应有与时俱进管理理念，不断的调整(改造、组合)工艺细节，提高污水处理厂的处理能力。

(4)加强污水处理厂的运营管理，提高运营管理人员的水平。

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［7］沈维勇.MBR工艺在北小河污水处理厂改扩建工程中的应用［J］.环境保护工程，2010，28(02).