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摘要:設計進、出水水質的分析對污水處理廠處理工藝流程的選擇與確定以及建設、運行費用具有重要意義。以西安市某污水處理廠提標改造工程設計為例，介紹了進、出水水質的分析與深度處理單元的工藝選擇，為工藝設計提供直接依據。
關鍵詞:水質分析;頻率曲線;工藝選擇
1概述
西安市某污水處理廠污水處理總規模為20．0×104m3/d，分兩期建設完成。一期工程于2013年7月正式投產運行，2013年12月通過竣工驗收;二期工程于2016年6月開始建設，目前正式運行已有5年多，出水執行GB18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中的一級A標準。根據《西安市城鎮污水處理廠再生水化提標改造和加蓋除臭工程三年行動方案(2018—2020年)》要求，至2020年全市城鎮污水處理廠出水水質由“一級A”標準［1］提高至地表“準Ⅳ類”排放標準［2］。由表1可知，本次提標的“準Ⅳ類”標準在主要的水質指標方面(除SS外)，均較“一級A”標準有明顯的提升，而設計進水水質指標濃度值過大則會造成浪費，過小則不能滿足處理要求，因此，合理分析及確定設計進、出水水質對于工藝的選擇具有直接的指導意義。表1原設計主要進出水水質及提標出水水質指標對比(除pH外)
2污水廠概況
該污水處理廠一期工程污水處理工藝采用預處理+初沉池+多模式A/A/O生物池+纖維轉盤濾池+次氯酸鈉消毒處理工藝。污水處理工藝除一期采用平流沉淀池，二期采用圓形幅流沉淀池不同外，其余一、二期水處理工藝均相同。
3水質分析
因該廠實際進水水量變化具有較強的季節性，且水量變化幅度較大，根據運行單位提供的運行報表，在2018年1月～3月份來水量明顯提升且相對穩定，約16．0萬m3/d～18．0萬m3/d，達到滿負荷85%～90%，因此將該時間段內的進出水水質作為有效的數據采用。將實際運行的有效數據經過適當變換，漸進地服從二次正態分布，繪制出累積頻率曲線［3］，按照一定的水質保證率預測進、出水水質。
3．1實際進水水質分析
采用正態分布累積頻率法對進水水質統計分析，繪制頻率曲線圖如圖1，圖2所示。根據上述分析方法，對實際進水水質主要污染指標分別繪制頻率曲線，取90%保證率進水指標如表2所示。
3．2實際出水水質分析
采用正態分布累積頻率法對出水水質統計分析，繪制頻率曲線圖如圖3，圖4所示。根據上述分析方法，對實際出水水質主要污染指標分別繪制頻率曲線，取90%保證率出水指標如表3所示。
4討論
4．1實際運行效果討論
根據上述分析結果，統計了實際進、出水水質及效果，如表4所示。現有處理設施及運行狀態下，出水水質完全滿足現行的“一級A”標準，但對應“準Ⅳ類”標準的TN，TP出水水質保證率分別為62%，46%，其余指標均接近或達到提標處理的標準。因此本次提標改造的主要污染物指標為TN，TP及SS，并盡可能在生化階段去除更多的TP，減少化學輔助除磷藥劑的使用量，同時兼顧提高BOD，COD及NH+4－N的去除率，保證出水水質穩定達標。由于缺乏客觀的實際進廠管網水質指標以及滿負荷運行數據的實際運行數據，根據現有的運行數據，分別對75%運行負荷率進出水水質整體情況、特定時間段(冬春季、夏秋季)典型進水水質及近滿負荷率(90%)運行進、出水質數據進行了分析，對現有設施處理能力進行評估，結合設計進出水指標、本次提標改造出水指標要求，并考慮冬春季也可穩定達標排放，在典型進水值的基礎上確定以下進出水指標(見表5)。
4．2現狀主要處理設施處理效果評價與影響因素分析
實際運行中，COD和BOD5出水達到原設計出水水質標準，尤其COD已經基本達到本次提標改造目標(≤30mg/L)，這與較低的進水有機物濃度有關;SS未達到設計出水指標，原因在于實際運行中的進水SS(470mg/L)明顯高于設計值(300mg/L)，且平時超越初沉池運行，增加了后續處理SS負荷;TN未達到原設計出水10mg/L的水平，主要原因是受到該廠進水中碳源不足的影響;NH+4－N基本達到設計出水標準，略有超標，可能的原因是實際運行中好氧區曝氣量低于設計氣水比;出水TP則受剩余污泥處置限制及化學除磷藥劑投加量的影響較大。總體來看，該污水處理廠在實際運行中，除TN和SS偶有超標外，其余各項出水指標均滿足原設計GB18918—2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中“一級A”標準。
4．3關于生化池挖潛的討論
生化池是各種污染物BOD5，COD及NH+4－N，TN，TP等的核心處理構筑物。為提高生化反應的效率，可通過挖掘生化池的潛力，盡可能在生化池去除更多的污染物。首先應核算生化池各反應段的容積、曝氣量、攪拌(推流器)的功率及安裝位置等是否滿足要求，并通過反應動力學分析，確定合理的污泥濃度、回流比等，常用的措施包括改為多段A/O，Bardenpho，投加填料或MBR等工藝提高生化反應效果，必要時輔以碳源投加等措施，碳源可采用外購碳源或初沉污泥發酵等方式獲取。
4．4關于深度處理工藝的選取
本次提標重點污染物指標為TN，TP及SS，因此后續處理單元應針對上述指標選取。常用的處理工藝為高效沉淀池、曝氣生物濾池(如反硝化深床濾池)、V型濾池、氣浮池等(單獨或聯用)，上述工藝對TP，SS均有很好的去除效果，特別是反硝化深床濾池對TN也有較好的去除效果，具體采用何種工藝，還應結合原有廠區布置以及盡量少拆除現有構筑物、建設運行成本等方面綜合考慮確定。
5提標改造工藝選擇
鑒于TN，TP為本次提標重點污染物指標，結合碳源不足的實際情況，考慮利用現有處理設施，選取了3種常用工藝組合:A2/O+反硝化生物濾池［4］、A2/O+MBR，A2/O+MBBR，現對上述方案進行技術經濟、運行管理等比較見表6。針對該污水廠提標改造主要目標污染物指標為TN，TP及SS的實際情況，其中方案一反硝化深床濾池雖然改造實施存在一些困難，運行控制要求較高，但具有占地小、污染物去除效果好等優點，本次提標改造推薦采用方案一。
6結語
1)經過分析，該污水廠提標改造的主要污染物指標為TN，TP及SS。應盡可能在生化階段去除更多的TP，減少化學輔助除磷藥劑的使用量，同時兼顧提高BOD，COD及NH+4－N的去除率，保證出水水質穩定達標。2)水質分析與確定是提標改造設計工藝選取的基礎與前提。本文通過對某污水處理廠進、出水水質分析，明確了提標改造主要污染物指標，為提標改造工藝選取提供了依據，保證了所選工藝的處理效果，同時對于降低工程投資及運行費用也有重要意義。3)針對該污水廠的運行特點，從技術經濟、運行管理等多個方面進行分析比較，推薦選用的提標改造方案為A2/O+反硝化生物濾池處理工藝，具有較強的針對性，集成度較高，處理效果有保證。
作者：劉小龍 劉新安 翟旭娜 張超 閆黃璽 單位：西安市政設計研究院有限公司