BioDopp工藝應用于污水廠提標改造工程實例探討
雄安新區某污水處理廠處理規模為5.0×104m3/d，該廠主要生活污水和部分處理達標工業廢水出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A排放標準。
因雄安新區建設要求轄區內所有污水處理廠出水指標需達到準Ⅳ類水質標準后排放，因此需要在原有處理工藝基礎上進行提標改造，滿足新標準要求。
本工程將雄安新區某污水廠的A2/O生化處理池內部改造，將其轉變成BioDopp工藝，提升污水處理效果，達到削減COD、氨氮、TN和TP總排放量的目的。
1 方案設計
1.1 改造難點
該污水廠在提標改造前使用懸鏈式曝氣+A2/O作為生化處理工藝，該套工藝使得A2/O池內曝氣效率提高，增氧能力和攪拌效果提高。該污水廠提標改造前后設計進出水水質見表1。
由表1可知，現有懸鏈式曝氣+A2/O工藝出水穩定，COD和TP指標均能滿足準Ⅳ類水體標準，但氨氮和TN高于新標準限制，其中TN需從12.23 mg/L降低至10 mg/L以下，難以在現有工藝下調試達標，需要在原基礎上進行深度處理達到新出水要求。
同時，該水廠進水C/N低（C/N=4.0），使得生化系統進行反硝化時，碳源不足導致電子受體較少，無法正常完成硝酸鹽轉化為氮氣這一過程，造成硝酸鹽積累，進而使得出水總氮濃度提升。而且該水廠位于北方地區，冬季氣溫易低于0 ℃，不利于保持生物池微生物活性。
1.2 工藝比選
根據該污水廠的進出水水質要求，結合地域和場地特征，篩選出增設MBR和改造A2/O池為BioDopp池2種深度處理工藝進行比選，以期選出最適合該污水處理廠實際情況的提標改造方案。方案比選見表2。
由表2可知，改造A2/O池為BioDopp池的優勢是充分利用已有構筑物進行設備內部改造，節省用地，改造后運行費用較低，調試成功后可自動化運行，因此最終選擇將A2/O池改造為BioDopp池作為該污水廠提標改造方案，以期出水達到準Ⅳ類水質標準。
1.3 工藝改造流程
工藝改造流程見圖1。
本方案在A2/O池基礎上，內部改造成BioDopp池。
通過改變溶解氧濃度與內部土建隔板將A2/O池原有的厭氧區、缺氧區、好氧區和二沉池改造成BioDopp池的除磷區、曝氣區、快速澄清區與空氣推流區。
BioDopp生化池的空氣推流區、曝氣區和澄清區采用鋼板隔離。總水力停留時間8 h。
曝氣區采用原有的懸鏈曝氣方式，曝氣區溶解氧控制在1.2 mg/L左右，溶解氧監控探頭設置在曝氣區前段。
BioDopp池設計總尺寸50 m×30 m，有效水深5.2 m，其中空氣推流區3.0 m×3.0 m，曝氣區29.4 m×3.0 m，快速澄清區4.0 m×3.0 m。
調節池出水首先進入BioDopp氣提區，該區把水推至曝氣區進行脫氮處理；之后水流進入除磷區進行化學除磷，除磷劑采用質量分數為40%的氯化鐵溶液，投加量為0.4 m3/d；之后水流進入澄清區，澄清區采用斜板斜管填料進行泥水分離。
該構筑物地處冬季氣溫較低的華北地區，一方面鼓風曝氣吸入外部冷空氣打入池內，降低了池內溫度；另一方面BioDopp池表面也會散發熱量，池內溫度降低，冬季水處理效果降低。
因此需要對生化池進行保溫處理，該工程采用拱棚式結構，并在外部覆蓋高質塑料膜。拱棚式結構骨架采用DN15鍍鋅鋼管，壁厚>1.5 mm；每根骨架間距為1.2 m，高度為1.8 m。
且為保證冬季出水達標，在BioDopp池曝氣區投加叢毛單胞菌250 mg/L，共計12 500 kg。叢毛單胞菌購買自武漢水之國科技環保有限公司。
該類細菌為直桿或略彎曲的桿菌，屬于好氧或兼性厭氧非發酵革蘭氏陰性桿菌。
2 處理效果分析
工程進行提標改造后，在2018年11月到12月期間監測了該污水處理廠出水COD、TP、氨氮、TN等參數的變化。
2.1 COD去除效果
COD去除效果見圖2。
由圖2可知，進水COD波動較大，平均COD為（150.67±31.83）mg/L，出水平均COD為（11.93±2.23）mg/L。使用BioDopp工藝提標改造后，出水COD穩定，符合準Ⅳ類水體要求。
說明即使在冬季溫度較低的華北地區，BioDopp工藝處理低COD廢水時依舊能發揮良好作用。COD去除率較高，說明在BioDopp池中異養細菌含量高，這些異養菌通過呼吸作用攝取水中碳源為自身代謝提供能量，進而降低水中COD。
2.2 TP的去除效果
TP去除效果見圖3。
進水平均TP為（3.68±2.10）mg/L，出水平均TP為（0.11±0.06）mg/L，TP平均去除率為95.9%。
在冬季，該地區TP進水波動較大，最高進水TP達到9.99 mg/L，該日出水TP僅為0.04 mg/L；最低進水TP為1.07 mg/L，該日出水TP為0.09 mg/L。
由于該水廠進水為生活污水和部分工業廢水，根據當地水質調查，工業廢水中TP較低且穩定，因此進廠污水中TP主要來源自生活污水。而生活污水中TP來源自人類糞便，具有隨時間和空間變化明顯的特征。
因此，該水廠在冬季進水TP波動值較大。但由于BioDopp工藝除磷是通過生物除磷與化學除磷相結合的方式，使得系統TP出水穩定。
2.3 氨氮和TN的去除效果
氨氮和TN去除效果見圖4。
運行BioDopp工藝后，進水平均氨氮為32.43 mg/L，出水平均氨氮為1.37 mg/L；進水平均TN為38.96 mg/L，出水平均TN為5.31 mg/L。
進水氨氮和TN波動較大，但出水水質較為穩定，但在2018年11月13日至2018年11月22日這段時間內出水氨氮超出限制。
分析原因為，該地區當時氣溫從平均7 ℃降低至-1 ℃。使得池內溫度由17 ℃降低至4 ℃，氨氧化菌的活性略有降低，進而導致出水氨氮不達標。
但隨著氨氧化菌適應能力提升，氨氧化菌活性提升，出水氨氮達標，僅個別天數超出排放限值。
對比分析氨氮和TN去除效果不難發現，采用BioDopp工藝后，出水平均氨氮由原工藝的1.93 mg/L降低至1.37 mg/L，出水TN由12.23 mg/L降低至5.31 mg/L，下降幅度明顯。
現如今生化處理工藝存在一種蹺蹺板效應，即硝化過程與反硝化過程相互制約。
池內溶解氧設定在1.2 mg/L，在BioDopp生化系統內好氧池階段溶解氧被大量消耗，硝化細菌處于缺氧階段，使得氨氮去除率下降。
溶解氧被迅速消耗后，有利于反硝化過程，使得TN去除效率上升。
同時BioDopp生化池中選取的叢毛單胞菌能在低溫條件下仍具備一定的外源代謝能力，確保溫度較低時出水氨氮和TN達標。
3 技術經濟分析
本工程建設項目總投資3 493.20萬元，其中：工程費2 817.64萬元，工程建設其他費383.43萬元，基本預備費160.05萬元，建設期貸款利息116.70萬元，流動資金15.38萬元。
單位運行成本1.70元/m3，其中包括固定資產折舊費0.23元/m3，資產攤銷費0.01元/m3，電費、藥劑費合計1.20元/m3，人工費0.10元/m3，污泥外運成本0.16元/m3。
考慮到成本和資金流動，并滿足污水廠建設還款需求，理論綜合污水處理費用為1.75元/m3。
在該項目投資建設中，存在收支不平衡風險。對污水廠建設進行盈虧平衡分析，計算盈虧平衡點，可以判斷出該污水處理廠達到設計生產能力的60.73%即可盈虧平衡。
4 總結與討論
該污水廠提標改造工程是在原有懸鏈曝氣+A2/O工藝基礎上將A2/O池改造成BioDopp生化反應器，有效提升了該水廠對COD、氨氮、TN、TP的處理效果，達到準Ⅳ類水體排放要求，其中出水TN穩定小于10 mg/L，優于國家規定的對提標改造工程TN要求。該工程可為同類型的污水廠提標改造提供技術借鑒。
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