為改善天津市水環(huán)境質(zhì)量，滿足水資源保護(hù)以及污染物持續(xù)減排需要，天津市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/599—2015）于2015年10月正式實(shí)施。天津市津沽污水處理廠作為我國(guó)第一座大型市政污水處理廠紀(jì)莊子污水處理廠的遷建工程，于2014年投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)模55萬m³/d，遠(yuǎn)期規(guī)劃100萬m³/d，除部分出水（7萬m³/d）作為津沽污水處理廠再生水廠水源之外，出水主要經(jīng)大沽排水河后匯入渤海。按照《天津市水污染防治工作方案》要求，津沽污水處理廠出水要求由滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升至《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 12/599-2015）A類標(biāo)準(zhǔn)（以下簡(jiǎn)稱天津地標(biāo)A）。為改善出水水質(zhì)滿足新地標(biāo)下對(duì)有機(jī)物、氮磷及色度等高排放標(biāo)準(zhǔn)要求，津沽污水處理廠于2017年進(jìn)行了工程提標(biāo)改造。

1 提標(biāo)改造前污水處理廠概況

津沽污水處理廠總服務(wù)面積283 km²，實(shí)際進(jìn)水量2017年在47萬～62萬m³/d，已接近滿負(fù)荷運(yùn)行且季節(jié)性變化不明顯。提標(biāo)改造前處理工藝為改進(jìn)型多級(jí)AAO—高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝，主要構(gòu)筑物包括曝氣沉砂池1座（HRT為7 min），初沉池3座（HRT為1 h，超越運(yùn)行），生物池及污泥泵房3座（生物池平均流量下HRT為21.9 h），二沉池12座［平均表面負(fù)荷1.05 m³/（m²·h）］，中間提升泵房及高效沉淀池各1座（沉淀池表面負(fù)荷20 m/h），深床濾池2座（平均濾速8 m/h），紫外消毒渠及出水泵站各1座。

2 工藝流程改造

2.1 新地標(biāo)達(dá)標(biāo)水質(zhì)難點(diǎn)

提標(biāo)改造前的2016年津沽污水處理廠出水水質(zhì)如表1所示。

從表1可以看出，改造前各污染物出水平均值可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，但上限均高于天津地標(biāo)A。在有機(jī)物、氮磷及懸浮物濃度這幾項(xiàng)基本控制項(xiàng)目中，新地標(biāo)達(dá)標(biāo)技術(shù)難點(diǎn)主要為TN和COD。生物池好氧段HRT平均流量下為12 h，在曝氣量足夠情況下，冬季低溫期出水NH3—N可穩(wěn)定低于1.5 mg/L；除生物除磷外，采用了在高效沉淀段化學(xué)輔助除磷工藝，可保證出水TP低于0.3 mg/L；濾池設(shè)計(jì)強(qiáng)制濾速為8 m/h，采用降低負(fù)荷方式可有效降低出水SS。全年進(jìn)水C/N平均僅為5.8，低于同期全國(guó)典型城市污水處理廠進(jìn)水C/N平均水平，需在低C/N下實(shí)現(xiàn)TN高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)；盡管大部分時(shí)段出水COD可滿足≤30 mg/L，但變化幅度較大，需提高出水COD新地標(biāo)達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性。

2.2 工藝流程及改造重點(diǎn)

根據(jù)上述分析，新地標(biāo)達(dá)標(biāo)難點(diǎn)主要為TN和COD，其他指標(biāo)可以通過工藝優(yōu)化得到保證的水質(zhì)特征，確定該廠提標(biāo)改造后的工藝流程為多點(diǎn)進(jìn)水多點(diǎn)回流改進(jìn)型多級(jí)AAO—高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝，主工藝段流程如圖1所示。

P為優(yōu)化生物脫氮效果，本次改造中生物段在保留原有生物系統(tǒng)多點(diǎn)進(jìn)水合理分配進(jìn)水碳源的基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)回流點(diǎn)和最大回流量，提高了生物池混合液懸浮固體濃度，將第一好氧池末端優(yōu)化為漸減曝氣方式以消除溶解氧對(duì)第二缺氧池反硝化的不利影響；此外將深床濾池改造為反硝化深床濾池，降低了強(qiáng)制濾速并增加了濾層厚度，去除SS之外作為高標(biāo)準(zhǔn)下出水TN達(dá)標(biāo)的二級(jí)生物處理的保障性措施；為提高出水COD的穩(wěn)定性并降低出水色度，在深床濾池后增加了臭氧接觸池，在去除溶解性難生物降解有機(jī)物及新興微量污染物的同時(shí)無化學(xué)污泥產(chǎn)生，并可根據(jù)其投加量的大小與紫外消毒工藝聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行，保證出水COD、色度和大腸菌群的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.3 改造前后設(shè)計(jì)參數(shù)

改造前后二級(jí)生物處理與深度處理工藝段的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

3 改造效果分析

2018年11月津沽污水處理廠出水開始執(zhí)行天津地標(biāo)，本文以該廠原有系統(tǒng)為例，對(duì)2018年11月～2019年5月含有低溫期與常溫期的進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了研究，以探討提標(biāo)改造后的處理效果，并分析了沿程主工藝段對(duì)有機(jī)物和氮磷去除的貢獻(xiàn)。

3.1 外加化學(xué)藥劑

提標(biāo)改造后，在第二缺氧池投加了乙酸鈉（CH₃COONa）作為外加碳源以強(qiáng)化脫氮效果，在二沉池出水TN基本低于10 mg/L的情況下，反硝化深床濾池暫時(shí)按照深床濾池運(yùn)行。在本文研究期間，乙酸鈉有效成分月平均投加量在45～60 mg/L；高效沉淀池的混凝劑為聚氯化鋁（PAC），助凝劑為聚丙烯酰胺（PAM），折合有效成分后月平均投加量分別為3.3～4.5 mg/L和0.5～0.7 mg/L；臭氧以液氧為氣源，投加濃度為10%，2019年3月份開始調(diào)試運(yùn)行，設(shè)計(jì)平均投加量為325 kg/h。

3.2 改造后進(jìn)出水水質(zhì)

3.2.1 有機(jī)物

改造后進(jìn)水、二沉池出水及深度段總出水COD的變化如圖2所示。

由圖2可見，提標(biāo)改造后進(jìn)水COD為246～447 mg/L，平均352 mg/L，總出水COD在10.3～27 mg/L，平均16.3 mg/L，出水COD可穩(wěn)定達(dá)到天津地標(biāo)A標(biāo)；由COD變化可以看出，COD主要在生物處理段得到去除，平均該段去除的COD占總?cè)コ�率�?8.3%，深度處理段主要起到輔助達(dá)標(biāo)的保障作用。提標(biāo)改造后，二級(jí)出水COD主要以溶解性有機(jī)物SCOD為主，SCOD/COD在45.9%～99.3%，平均為77.2%。對(duì)于二級(jí)出水的有機(jī)物深度去除，高效沉淀/過濾以及臭氧氧化對(duì)COD的去除效果如表3所示，其中高效沉淀/深床濾池占深度處理段去除率的82.5%，臭氧氧化為17.5%；高效沉淀/深床過濾對(duì)顆粒態(tài)有機(jī)物的去除占到深度段作用的主體，目前階段臭氧氧化進(jìn)水COD濃度已較低，在臭氧低投加量下對(duì)COD的降解作用不明顯。

3.2.2 氨氮和總氮

提高氮的去除能力是城市污水處理廠提標(biāo)改造的重點(diǎn)，氨氮和總氮主要依靠硝化和反硝化生物作用去除，低溫條件下保障生物脫氨效果為城市污水處理廠運(yùn)行的難點(diǎn)之一。津沽污水處理廠提標(biāo)改造完成短期后即進(jìn)入了冬季低溫期，改造后進(jìn)出水NH3-N和TN的變化如圖3和圖4所示。

良好硝化是低溫條件下污水處理廠保障脫氮效果的前提，由圖3可見，提標(biāo)改造后進(jìn)水NH3—N在20.9～44.7 mg/L，出水NH3—N最高為0.8 mg/L，冬季低溫期最低水溫為15 ℃的情況下系統(tǒng)硝化性能依舊良好，且冬季出水NH3—N平均值（0.2 mg/L）稍低于升級(jí)改造前（0.34 mg/L）。在原有系統(tǒng)硝化穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，改造后提高生物池污泥濃度有利于進(jìn)一步提升系統(tǒng)的硝化能力，此外將第一好氧池末端調(diào)整為漸減爆氣減少的溶解氧供量沒有對(duì)系統(tǒng)的硝化能力產(chǎn)生不利影響。

分析改造后的進(jìn)出水TN濃度，進(jìn)水在27.4～60.5 mg/L，平均為46.6 mg/L，出水在5.03～9.98 mg/L，平均為8.25 mg/L，可穩(wěn)定滿足天津地標(biāo)A標(biāo)準(zhǔn)；與提標(biāo)改造前同期相比，TN的平均去除率有所增加，提標(biāo)改造前后分別為72.2%和81.4%。隨著污染源治理力度不斷加強(qiáng)，廠進(jìn)水TN濃度有所下降，C/N有所增加，改造前后TN和C/N平均值分別為52.5 mg/L、46.6 mg/L和6.3 mg/L、7.6 mg/L，為生物系統(tǒng)脫氮有利因素；此外，廠自提標(biāo)改造完成后將碳源投加方式調(diào)整為全年投加，設(shè)計(jì)中優(yōu)化了內(nèi)回流方式和好氧池末端爆氣方式，提高了內(nèi)外碳源的利用效率，3種因素協(xié)同作用保證了出水TN天津地標(biāo)達(dá)標(biāo)。

與對(duì)有機(jī)物的去除變化規(guī)律相同，氮的去除主要依靠二級(jí)生物處理段，具體結(jié)果如表4所示，該段占到了系統(tǒng)整體對(duì)NH3—N和TN去除的99.3%和96.9%；由于目前深床濾池并未投加碳源，濾池僅起到對(duì)部分顆粒態(tài)氮的截留作用，因此深度段對(duì)總氮的去除貢獻(xiàn)作用不明顯，深床濾池投加碳源后脫氮效果還有待于后續(xù)跟蹤研究。

3.2.3 總磷

改造后進(jìn)水、二沉池出水及深度段總出水TP的變化如圖5所示。

由圖5可以看出，在進(jìn)水TP為3.18～6.71 mg/L條件下，出水TP可穩(wěn)定低于0.3 mg/L，平均值僅為0.19 mg/L，平均去除率達(dá)到了96.1%。生物和化學(xué)兩方面的作用保證了高效的除磷效率，廠進(jìn)水TP中以PO3-4-P為主平均占到了54.3%，溶解性有機(jī)磷比例平均僅為17.0%，二沉池回流污泥中NO-3-N濃度基本在6.5 mg/L以下，有利于聚磷菌在厭氧條件下磷的釋放，為好氧階段磷的吸收創(chuàng)造了條件，結(jié)合生物同化作用對(duì)磷的去除，二沉池出水TP可達(dá)到0.17～1.15 mg/L（平均為0.44 mg/L）；此外，深度段高效沉淀工藝中投加了除磷化學(xué)藥劑PAC，進(jìn)一步降低了出水TP濃度，該段貢獻(xiàn)了平均0.25 mg/L的TP去除量，保障了TP達(dá)標(biāo)。

3.2.4懸浮物和色度

懸浮物濃度對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游動(dòng)物均具有重要影響，降低懸浮物濃度可有效限制出水中病毒、細(xì)菌和其他有害物質(zhì)，降低色度對(duì)于廠出水補(bǔ)給河流及用于景觀再生利用具有重要意義。提標(biāo)改造后進(jìn)出水SS的變化如圖6所示，二沉池和深度段出水色度分別為20~25倍、≤10倍。二沉池出水SS在8 mg/L以下，經(jīng)過深度段處理后SS已檢測(cè)不出，色度深度段出水基本為10倍及其以下。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)新地標(biāo)達(dá)標(biāo)的水質(zhì)難點(diǎn)主要為 TN和COD，將原有的改進(jìn)型多級(jí)AAO—高效沉淀—深床過濾—紫外消毒工藝改造為多點(diǎn)進(jìn)水多點(diǎn)回流改進(jìn)型多級(jí)—高效沉淀—反硝化深床濾池—臭氧氧化—紫外消毒工藝；為提高生物脫氮效果優(yōu)化了內(nèi)回流點(diǎn)、回流量及好氧池曝氣方式，并設(shè)置了反硝化深床濾池；增加了臭氧氧化提高出水COD的穩(wěn)定性并可與紫外消毒聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行，去除生物難降解有機(jī)物的同時(shí)面向未來新興微量污染物去除需求。

（2）提標(biāo)改造后，廠出水TN、COD、NH3—N、TP、SS和色度均可穩(wěn)定滿足DB 12/599-2015要求；在進(jìn)水低C/N（平均7.6）及高排放標(biāo)準(zhǔn)下，改造后冬季及常溫期需外加碳源保證出水TN≤10 mg/L。

（3）生物二級(jí)處理為有機(jī)物、氮和磷去除的主體，所占貢獻(xiàn)比例（平均值）COD、TN、NH3—N、TP和SS分別為98.3%、99.3%、96.9%、94.6%和95.3%，深度段起到了水質(zhì)提升作用，該段對(duì)COD、TN、NH3-N、TP和SS的去除提升分別為（平均值）5.5 mg/L、0.2 mg/L、1.2 mg/L、0.25 mg/L和5 mg/L，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)起到了保障作用。