某工业园区污水处理厂，主要服务范围为所在工业园内居民生活区、精细化工区、海洋装备制造区、石油化工区，设计处理规模为5x104m3/d。进厂污水中，工业废水占90%以上，且进水可生化性极差、水质复杂多变、部分指标超标严重，原处理工艺无法保障出水水质稳定达标。
随着工业园区不断发展以及对环境要求的逐步提高，该污水处理厂不仅亟需解决如此复杂的现状问题，也面临着提标改造的严峻任务。根据相关要求，该污水处理厂于2015年11月完成了提标改造。结合该污水厂实际进水水质和工业园区发展情况，确定了设计进水水质，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)—级A排放标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)二时段一级标准的较严值，具体进、出水水质见表1。
一、提标改造前概况
1.1 运行情况
该厂原采用A/O微孔曝气氧化沟工艺，工艺流程为“污水—粗格栅及提升泵房—细格栅及旋流沉砂池—A/O微孔曝气氧化沟—沉淀池—紫外线消毒间—排放”。出水排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)二级排放标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)二时段二级标准的较严值。
1.2 存在问题
①各水质指标均无法稳定达到提标后的水质标准，尤其是COD和氮的处理难度较大：原处理工艺中，进水难生物降解或不可生物降解COD比例较高，出水COD不稳定;进水氨氮波动较大，出水氨氮、TN不稳定。
②进水不利于生化处理：水质波动较大，成分复杂，可能存在有毒有害物质，有机物和氨氮冲击负荷大;可生化性极差，碳源不足，进水B0D5普遍低于30mg/L，B/C值小于0.3，极端B/C值低于0.1;管网存在海水倒灌的问题，氯离子浓度偏高(271~4191mg/L)，对活性污泥生长繁殖抑制较大。
③氧化沟活性污泥浓度偏低、活性极差：因进水水质原因，氧化沟活性污泥MLVSS浓度约为1000mg/L，SVI约为30mL/g，污泥活性极差。
④氧化沟存在死水区，有效池容利用不足：氧化沟转角导流墙设计和推流器布置不合理，导致转角区域存在死水区。
二、提标改造方案
2.1 工艺流程
本提标改造工程关注的重点应为COD和TN的去除，改造总体思路如下：
①强化降解COD：在优化氧化沟生物处理的基础上，通过增加混凝沉淀、膜过滤、臭氧催化氧化及活性炭吸附等工艺去除难降解COD。
②强化生物脱氮：生物脱氮是目前最为经济可行的工艺路线。为此必须保证生物系统一定的污泥量，因此在氧化沟增加MBBR工艺(流动床生物膜反应器)维持合理的污泥浓度、增强硝化效果，并增设污泥内回流泵增强反硝化。为保障良好的反硝化效果，增加碳源投加设施。
③控制进水水质：工业园区内企业废水排放需逐步严格执行相关排放标准。
根据上述改造思路，确定改造后的生产工艺为“MBBR氧化沟+混凝沉淀+超滤+臭氧催化氧化(辅以活性炭吸附)”，工艺流程如图1所示。
2.2 方案及参数
①氧化沟(改造)
原氧化沟为A/O工艺，总停留时间为15.1h，池容满足生物脱氮除磷要求，但由于进水有机物浓度偏低、可生化性较差，为此在氧化沟中增加MBBR工艺，在氧化沟内投加悬浮填料：好氧段停留时间为9.8h，将其分为两部分，其中一部分投加悬浮填料3400m3，填料投加比为35%。
原氧化沟内采用回流门控制内回流，回流效果不理想，增加混合液内回流栗强化反硝化效果，每组池子分别设置2台穿墙泵，单泵(Q=213I7s，混合液内回流比可达150%。为改善氧化沟水力条件，在原转角处进行导流墙改造，拆除导流墙共24处，新建12处导流墙。同时，增加8台推流器，单机功率为3.1kW。
②集配水井及污泥回流泵房(改造)
原集配水井土建规模为10x104m3/d，设备规模为5x104m3/d，配备2台回流污泥泵(1用1备)，单泵流量为1100m3/h，回流比为53%，偏小。本工程增设2台污泥回流荥，单荥流量为1100m3/h，加上已有2台回流栗，2用2备，均回流至氧化沟内，提高污泥回流比最大至100%，以提高氧化沟的抗冲击负荷能力。
③二次提升泵房(新建)
沉淀池出水经二次提升泵房提升后接人高效沉淀池。二级提升采用潜水离心泵。设计规模：5x104m3/d，总变化系数fc=1.38。配备4台潜水离心泵(3用1备)，单泵(Q=1100m3/h，P=28kW。
④高效沉淀池(新建)
沉淀池出水经二次提升泵房提升后接人高效沉淀池，进一步去除悬浮物、BOD5、COD、重金属、乳化油等其他工业废水污染物和化学除磷。设计规模为5x104m3/d，总变化系数心=1.38，并考虑膜过滤车间20%(膜反洗排水和溢流水)的回流量。高峰时表面负荷为12.4m3/(m2•h)，平均时表面负荷为9.4m3/(m2•h)，有效水深为6.25m。混凝剂PAC投加量为40mg/L，絮凝剂PAM投加量为0•1mg/L。并辅以粉末活性炭投加，水质异常时去除生物无法降解的溶解性有机物和痕量重金属，投加量为125kg/h，最大粉末活性炭投加量为60mg/L。
⑤膜过滤车间(新建)
该单元是本次提标改造的核心处理单元。超滤膜系统采用浸没式聚偏氟乙烯(PVDF)帘式中空纤维膜，设计产水能力为5x104m3/d，总变化系数h=1.38，膜平均孔径为0.02〜0.04，名义通量为31.017(m2.h)，跨膜压差(TMP)：0~35kPa。分为8个膜单元、每个膜单元4个膜组器，共计32个膜组器，总膜面积为67200m2
⑥臭氧催化氧化接触池(新建)
该单元用于降解剩余的难降解有机污染物，具备消毒、氧化、脱色等多种功能。设计规模：5x104m3/d，总变化系数心=1.38，6座反应池，单池水力停留时间为1h，单池催化剂接触时间为0.5h，正常滤速为5.13m/h，强制滤速为6.16m/h。采用周期性气水冲洗方式，冲洗周期为1次/15d，冲洗程序：气冲—气水冲—水冲，冲洗强度：气冲15L/(m2.s)，水冲12L/(m2.s)。
三、运行效果及分析
提标改造投产前、后七年多来处理系统对各水质指标的处理情况和运行效果见表2。
3.1 对COD的去除效果
由表2可见，改造前进水COD平均值为143mg/L，出水COD平均值为47.3mg/L，平均去除率为66.1%;改造后进水COD平均值为145mg/L，出水COD平均值为26.0mg/L，平均去除率为80.4%，出水COD稳定达标。
改造前，由于进水水质复杂、可生化性差，系统微生物活性较差，且无法去除难生物降解的有机物，对COD的处理无法稳定达标，且出水水质波动较大;改造后，通过投加碳源(乙酸)提高了水质可生化性，改造导流墙改善了水力条件，氧化沟的污泥浓度由1500mg/L提高到了3500mg/L;通过MBBR工艺形成了复合式生化系统，在悬浮活性污泥与悬浮填料表面的生物膜的共同作用下，大大提高了系统的抗冲击负荷能力;后续又经过高效沉淀池的混凝沉淀(辅以活性炭吸附)、超滤膜系统的过滤、臭氧催化氧化池的臭氧和羟基自由基(*OH)的强氧化能力将水中残留的难降解有机物进一步氧化分解，使得出水COD稳定达标。
3.2 对NH3-N的去除效果
由表2可见，改造前进水NH3-N平均值为10_3mg/L，出水NH3-N平均值为2.29mg/L，平均去除率为83.8%;改造后进水NH3-N平均值为3.5mg/L，出水NH3-N平均值为0.41mg/L，平均去除率为86.7%，出水NH3-N稳定达标。
改造前，系统对氨氮的去除效果并不稳定，当发生进水氨氮冲击时，出水氨氮浓度会随之提高，系统抗冲击能力较差。改造后，进水氨氮较改造前降低了6.8mg/L，水质波动也大幅减小，但去除率却比改造前提高了。除了通过加大碳源投加量改善活性污泥生物活性外，还通过在好氧池投加悬浮填料，保证污泥龄较长的硝化细菌可以较好地保留在填料上，进而强化了硝化性能，使得系统的抗冲击能力提升，处理效果提升。
3.3 对TN的去除效果
由表2可见，改造前进水TN平均值为16.8mg/L，出水TN平均值为9.2mg/L，平均去除率为43.8%;改造后进水TN平均值为11.8mg/L，出水TN平均值为3.8mg/L，平均去除率为68.0%，出水TN稳定达标。
改造前，由于进水可生化性较差，进水B0D5/TN平均值仅为2.67，碳源不足是脱氮效率偏低的重要原因;另外，原氧化沟内采用缺氧区到好氧区的回流门控制内回流，回流效果不理想，导致好氧区的硝酸盐氮无法回流到缺氧区进行反硝化。改造后，通过投加80mg/L的乙酸，为反硝化提供了充足的碳源;在氧化沟缺氧区到好氧区增加了混合液内回流栗，将好氧区的硝酸盐氮回流到缺氧区进行反硝化;另外，MBBR工艺提升硝化效率也促进了反硝化效果，强化了脱氮效果。
3.4 对TP的去除效果
由表2可见，改造前进水TP平均值为3.24mg/L，出水TP平均值为1.12mg/L，平均去除率为61.2%;改造后进水TP平均值为2.42mg/L，出水TP平均值为0.19mg/L，平均去除率为90.8%，出水TP稳定达标。
改造前，主要依赖生物除磷，进水bod5/tp平均值仅为13.8，碳源依然偏低；活性污泥有机成分偏低，容易沉降，同时原氧化沟部分导流墙设计不合理，存在水力死角，导致大量活性污泥沉降到氧化沟池底，污泥脱水量严重偏低，因此生物聚磷后吸附在污泥中无法及时排出系统，除磷效率很不理想。改造后，一方面通过投加乙酸为生物除磷提供了足够的碳源，改善了污泥活性，另一方面对原氧化沟转角处导流墙进行了改造、增加了8台推流器，水力条件大幅改善，活性污泥流动均匀，污泥沉降问题得到了解决;同时，由于悬浮填料可以富集并固定泥龄较长的硝化细菌，通过MBBR的泥龄分置功能保证了系统以短泥龄运行，通过强化排泥保证除磷效果;除了强化生物除磷，考虑到进水TP波动较大，利用高效沉淀池投加硫酸铝和PAM对生物除磷无法去除的磷酸盐进行化学除磷，充分保障了出水TP稳定达标。
3.5 对SS的去除效果
由表2可见，改造前进水SS平均值为96mg/L，出水SS平均值为11mg/L，平均去除率为88.1%;改造后进水SS平均值为93mg/L，出水SS平均值为2rng/L，平均去除率为97.5%，出水55稳定达标。
改造前，由于系统进水可生化性差，污泥活性偏低，絮凝沉淀效果较差，虽然投加了PAC/PAM辅助混凝，出水SS仍然偏髙。改造后，通过上述改造措施，强化了生化系统;新建了高效沉淀池，进一步强化了混凝沉淀;新建了超滤膜池，膜平均孔径为0.02〜0.04pm，可拦截生物处理和混凝沉淀未能沉降的颗粒、胶体、大分子有机物等物质，充分地保障了出水SS的稳定达标。
四、经济效益分析
该厂提标改造工程总投资为1.33亿元。提标改造前单位电耗为0.20kW•h/m3，提标改造后单位电耗为0.35kW•h/m3;提标改造前药费为0.02元/m3，提标改造后药费为0.67元/m3。
五、结论
该提标改造工程针对工业园区进厂水可生化性差、难生物降解有机物含量高、水质波动大等特点，在原有二级处理工艺基础上进行改造，采用了“MBBR氧化沟+混凝沉淀+超滤+臭氧催化氧化(辅以活性炭吸附)”工艺。该工艺首先采用MBBR技术对氧化沟进行改造，强化生物降解有机物和脱氮除磷的能力，然后通过“混凝沉淀+超滤”单元进一步去除水中有机物和悬浮物，最后采用臭氧催化氧化工艺彻底去除难降解有机物。提标改造投产后三年多来，该工艺实现了稳定达标运行，效果理想，对类似工业园区污水处理厂的工艺选型具有借鉴意义。(>
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