引言我国高度重视生态文明建设，先后出台了一系列环保政策，生态文明建设取得了重大进展和积极成效，各地区逐步加强污水处理厂排污口监督管理工作。某工业园区污水处理厂现有工艺运行条件，由于进水量过少，污水处理厂面临进水水质不稳定、C/N不合理，造成总氮、总磷出水不稳定，有超标排放的风险。为解决这些问题，对污水处理厂工艺及运行方式进行优化，取得了较好的效果。1项目概况某工业园区污水处理厂，工程设计远期规模35 000 t/d，近期设计规模为15 000 t/d，工业废水水量为10 000 t/d，近期生活污水量为5 000 t/d。当前建成规模为15 000 t/d，由于园区招商问题，短期只有周边生活污水1 000 t/d～1 500 t/d。由于进水量偏少，调节池最大储水量只够运行35 min左右，造成污水处理系统频繁启动，鼓风机曝气量远大于需求等，诸多问题导致吨水电耗过高。1.1工艺流程工业园污水处理采用粗格栅＋细格栅＋沉砂＋水解酸化＋A2/O＋高效曝气生物滤池（HBAF）＋高效澄清池＋滤布滤池，污泥处理采用箱式高压隔膜式压滤机脱水后60%至外运。设计进出水水质见表1，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A标准。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.T001表1设计进出水水质项目化学需氧量（CODcr）五日生化需氧量（BOD5）悬浮物（SS）总氮（TN）氨氮（NH3－N）总磷（TP）进水≤420≤240≤317≤44≤32≤3.0出水≤50≤10≤10≤10≤5≤0.5mg/L1.2运行数据该项目于2019年9月完成竣工验收。以2019年9月~2019年12月生产运行数据为例，按照原设计工艺流程运行，进水水量900 m3/d ~1 500 m3/d，吨水用电量1.32 kWh ~1.55 kWh。进出水水质如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.T002表 2实际运行进出水水质项目CODCrBOD5NH3-NTNTP进水90~16040~8515~2321~281~3.26出水5~111~30.1~0.211.3~17.430.22~0.83mg/L2当前运行存在的问题2.1系统频繁启停调节池12 m×10 m×2.5 m，有效容积300 m3，储水量过小，提升泵Q＝480 m³/h，H＝16 m，N＝30 kW，两用一备。在现有进水量条件下，开1台提升泵只能维持35 min即到最低液位，每天提升泵至少启动3次～5次。由于系统频繁启停，运行波动较大，容易出现出水异常情况。2.2能耗过高因工艺要求，HBAF工艺单元需要在好氧环境运行，且其供气系统是与好氧池共用鼓风机及管路，故而只能全天采用最低工作频率（变频器32 Hz）开启鼓风机，保障好氧状态。持续曝气，间断进水是造成吨水能耗过高最大原因[1-2]。由于进水的有机物浓度不高，系统运行0.5 h后好氧池的溶解氧迅速上升至6.3 mg/L。生化系统污泥浓度下降很快，且污泥浓度低于900 mg/L的凝聚效果降低。污泥菌胶团容易被氧化和打散，影响出水水质。回流的硝化液到缺氧池携带过多的溶解氧也干扰反硝化过程。2.3出水总氮、总磷指标不稳定以2019年9月~2019年12月生产运行数据为例，对比设计、运行的进出水水质数据分析，实际进水BOD5浓度与设计值（240 mg/L）相差较大，且BOD5/TN值为2.6~3.6，部分时间段碳源供给不足，对脱氮有一定的影响。同时二沉池、高效澄清池排泥不足，在停机过程中存在一部分总磷释放问题。从出水数据可以看出总氮、总磷有部分数据不稳定。2.4人工成本过高污水处理厂由于原计划是按照15 000 t/d规模设计，按照该规模配置人员如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.T003表3原设计班组人员配置部门岗位人员配置/人每班人数备注经营管理厂长11白班财务管理会计11白班综合管理人事行政（兼出纳）11白班门卫/保安11运行管理运营主管/工程师11白班机电维修212班倒化验员212班倒操作工623班倒脱泥工212班倒总计17按平均6万元/(人·a)，全年人工开支102万元；目前进水水量900 m3/d ~1 500 m3/d，以最高1 500 m3/d计算，按照全年生产360 d，全年处理水量达54万 t/a，人员费用支出为1.89 元/吨水，远远超过正常水平。3优化方案3.1间歇运行生化池调整图如图1所示。将下方B组生化池改为匀质池（有效容积4 116 m3，足够储存2天以上进水量），起到调节水量，均匀水质的作用。暂时存放由调节池送过来的污水。使用硝化液回流泵，通过管路及阀门控制，从匀质池供水进入上方A组生化池。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.F001图1生化池调整示意图原硝化液回流泵：Q＝800 m3/h，H＝1.5 m，N＝15 kW，两用两备，通过变频器控制，流量400 m3/h。每天控制定时启动系统运行3 h左右，保证稳定进水量，缺氧池、厌氧池搅拌器的在正常设计流量下工作，使得吨水电耗接近设计值。3.2控制曝气量（1）通过现场调查及人工对好氧池后续工艺段检测溶解氧值（如表4所示），发现由于当前进水有机物浓度低，且在HBAF池前停留反应时间较长。在采用定时开启方式后，第二天开机前检测HBAF池的溶解氧含量仍然高达6.8 mg/L，工艺要求大于2.0 mg/L。可以不再连续曝气，随系统进水启停。鼓风机避免了全天开启，只需每天随系统定时开启3 h，大大降低能耗。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.T004表4关键工艺池体溶解氧浓度检测地点检测结果开机前停机后好氧池7.88.8二沉池6.87.1HBAF6.88.6高效澄清池6.67.7mg/L（2）在进水的3 h内，每次启动鼓风机15 min，停止运行45 min，换另一台鼓风机启动15 min，再停止运行45 min，依次运行，控制好氧池溶解氧低于3 mg/L[3]。3.3出水水质控制3.3.1倒置A2/O工艺由图1可知，硝化液回流泵用作生化池进水泵，采用倒置A2/O工艺（A组），可以取消硝化液回流泵，从污泥池回流污泥至当前图1的A区缺氧池，与进水混合，反硝化菌利用进水的BOD5进行反硝化反应[4-5]。倒置A2/O工艺由于将原设计A2/O工艺（B组）厌氧池与好氧池位置交换，充分利用进水的BOD5，回流的硝态氮被完全反硝化去除，厌氧环境不受回流硝化液携带的溶解氧的影响，所以此工艺除磷效果比较好[6]。3.3.2回流比及污泥浓度控制由于二沉池是按照15 000 t/d设计，充分利用二沉池的水力停留时间，控制污泥、硝化液同时回流，回流比为100%~200%。前期试运行阶段控制污泥浓度为3 000 mg/L，污泥老化情况明显，污泥浓度根据食微比（反应池5日生化需氧量污泥负荷）估算以及运行经验应控制在1 500 mg/L。食微比(F/M)实际应用中以BOD5污泥负荷率(Ns,kgBOD5/kgMLSS·d)表示：Ns＝(Q×La)/(X×V)(1)式(1)中：Q—污水流量，m3/d；V—曝气容积，m3；X—混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/L；La—进水有机物（BOD5）浓度，mg/L。其中：Q=1 500 m3/d，V=2 200 m3，La=85 mg/L，Ns=0.05 kgBOD5/kgMLSS·d，计算得到X=1 159 mg/L。由于浓度过低对硝化反应不利，根据经验适当提高污泥浓度，控制在MLSS=1 500 mg/L。3.3.3控制曝气量和适当排泥通过现场调查总磷超标情况，主要表现在HBAF池曝气量过大，很多污泥碎片漂浮进入高效澄清池，这种情况通过控制曝气量后得以解决。前期为保证生化池的污泥浓度为3 000 mg/L，二沉池、高效澄清池排泥不足，在停机过程中存在一部分总磷释放问题，主要体现在间歇开机后的一段时间出现总磷超标。通过适当排泥后，通过二沉池、HBAF池、高效澄清池取样测得总磷数据，准确计算投加的聚合氯化铝(PAC)量，PAC、聚丙烯酰胺(PAM)用量降低了20%，出水总磷稳定达标。3.3.4合理补充碳源从该污水处理厂的运行情况来看，只有在大雨天气进水碳氮比严重失衡使出水总氮超标。且持续时间不是很长时，外加碳源可以作为保证出水TN浓度达标的临时辅助措施，该措施使用时间短、碳源投加量小。鉴于处于一定的风险，考虑充分利用现有的碳源投加装置，改动碳源投加位置。原先在图1B组原设计生化池缺氧池前端投加，由于将生化段优化为倒置A2/O工艺，碳源投加位置改为A组污泥回流口位置，投加的碳源与回流的硝化液、污泥均匀混合，实现稳定脱氮。目前脱氮使用的外部碳源主要有甲醇、乙酸钠和葡萄糖等。在选择碳源时必须综合考虑经济、安全、便利程度等因素。上述3种碳源中，甲醇最经济，但属于易燃、易爆的危险化学药品，故不考虑采用甲醇；同重量乙酸钠和葡萄糖的COD值相差较大，通过性价比分析，葡萄糖更经济，暂定投加葡萄糖更适合于该污水厂。3.4人工成本控制污水处理厂由于当前日常进水量最多1 500 t/d，配置人员按照上述间歇运行方案，只需要按照1个白班配置人员，具体如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.04.015.T005表5优化后班组人员配备部门岗位原计划人员配置/人当前人员配置/人经营管理厂长11财务管理会计10综合管理人事行政（兼出纳）11门卫/保安10运行管理运营主管/工程师10机电维修21化验员21操作工62脱泥工20总计176按照平均6 万元/(人·a)，6人配置，全年人工开支36万元。目前进水水量900 m3/d ~1 500 m3/d，以最高1 500 m3/d，按全年生产360 d计算，处理水量达54 万t/a，人工成本为0.67 元/吨水，还是超出正常水平。人员配置支出无法减少，只能等后续水量提升后方能继续降低。3.5运行方式的优化总结（1）HBAF不设置专门曝气操作，随生化池曝气需求同时给予曝气。系统开机进水后，从原设计的全天连续曝气，改为采用间断性脉冲式低功耗曝气。控制好氧池、缺氧池的溶解氧值在合理区间。（2）调整优化生化段工艺为倒置式A2/O工艺，优先为反硝化过程提供碳源，提高总氮脱除率，关闭硝化液回流泵，减少相应能耗。（3）控制硝化液回流比，通过食微比估算，控制排泥量，进而控制合理的污泥浓度，避免污泥老化。（4）通过控制曝气量和适当排泥，精确计算PAC投加量，控制出水总磷稳定达标，节约加药成本。（5）合理补偿碳源，选择葡萄糖作为碳源，修改加药点，实现稳定脱氮。（6）考虑到夜班管理不便，温度较低不适合生化反应，调整为每天运行3 h左右，使用11：00～13：00平段电价，调整原设置的3班倒改为1个白班，调整人员配置，控制合理人工费用摊销。4结语上述优化运行方案，解决了工业园区污水处理厂水处理系统频繁启动、能耗过高、出水水质不稳定等问题。2020年3月实施优化后的运行方案，截至2020年12月，水电耗从1.4 kWh/t左右降至0.4 kWh/t ~0.7 kWh/t，包含全厂日常办公用电，节能降耗效果明显。通过定时开启系统，优化人员配置，将人工成本控制在吨水0.67 元；通过工艺调整及优化投加药剂，控制出水稳定达标。该工业园区污水处理厂进水量较少，采用此优化方案可短期内解决能耗过高问题。但污水厂运行稳定和盈利的角度看，工业园区需从根本上解决进水量少的问题。