工業廢水占比高 污水處理廠如何實現低成本高標準穩定達標

    1. 工業聚集區施行更嚴排放標準，全區污水廠需要提標

    天津濱海新區是是一個高度發展的產業復合區。根據前瞻產業研究院數據，九大功能區劃分布著大大小小的工業園（區）、產業園（區）、產業化基地、產業區、創業園、科技園（區）共176個。

    2015年，天津市頒布了《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB12/599-2015），是繼北京后執行嚴于GB18918-2002一級A的第二個城市，要求2018年1月1日起執行新地標，按處理規模執行不同標準等級，1萬噸/d及以上處理規模的污水處理廠執行新地標A。

    截至2017年，濱海新區共有34個污水處理廠，總處理規模達到77萬噸/天，承擔著大幅削減污染物排放量、降低受納水體污染負荷的重要任務，是入海污染物控制的重要節點。根據新地標要求，其中有21個污水處理廠需提標到 DB12/599-2015 A，13個需提標到DB12/599-2015 B標。

    2. 新區污水水質特點突出：工業廢水占比高、可生化性差，鹽度高、碳氮比低，水質水量波動性大

    濱海新區不同于中心城區的污水水質特點及水質問題，決定了污水處理提標改造及穩定高標準排放的技術難度。課題組首先對濱海新區十幾座典型污水處理廠跟蹤調研，進行大量水質測試與分析，高度發展的產業復合區的特點使得區域污水水質與中心城區呈現明顯不同：

• 工業廢水占比高、可生化性差，水質水量波動性大；

• 污染成分復雜但特征性不突出，尤其是有機污染物；

• 污水鹽度含量相對較高且波動大，一般在600mg/L以上，有的全年在2000mg/L以上；

• 污水碳氮比低且波動大，可被生物利用的碳源極度缺乏；

• 近年來污水COD、氮及磷呈現低濃度化，但COD下降幅度遠高于氮磷的下降幅度，導致低氮比更加明顯。

    3. 提標改造難點診斷與梳理：難降解有機物深度穩定去除難度較大，碳源利用效率較低，處理廠整體效能欠佳，最大難點是COD和TN

    課題組對濱海新區不同功能區、二十多座典型污水處理廠提標改造前，進行了現狀、問題診斷與梳理，主要有以下四點：

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• 污水二級處理殘余溶解性有機物難降解，高標準深度穩定去除難度比較大；

• 碳源利用效率比較低，一級A穩定達標外加碳源成本高，部分污水處理廠外加碳源成本甚至達到了一元以上；

• 污水處理廠設計與運行調控靈活、彈性間存有矛盾，整體效能發揮較差，有待提升；

• GB18918-2002一級A、B達到高標準排放最大的達標難點是COD和TN，其次是TP穩定達標，以及穩定達標運行下低成本問題。

    4. 高標準排放尚缺整體解決方案，還需關鍵技術和工程實踐支撐

    濱海新區這種工業密集產業復合區污水執行高排放標準，在2017年時國內外尚沒有工程實踐，缺乏關鍵技術和工程實踐的支撐，缺乏整體解決方案。因此，“十三五”水專項設置了“工業帶污水廠高標準超凈排放技術研究與示范”課題，意在解決濱海新區污水處理廠升級天津市新地標過程中面臨的工藝技術選擇、工程設計、運行管理和穩定達標問題，滿足未來污水處理廠更高標準排放與高品質水環境的要求，進一步降低入海河流污染物。具體涉及到難降解有機物、氮、磷的高標準深度去除關鍵技術研究，以及這些關鍵技術與已有工藝技術、已有工藝流程的高效融合集成研究。

關鍵技術突破：圍繞穩定達標與節能降耗，構建高標準排放整體解決方案

    基于特定區域及其水質特性等，圍繞穩定達標與節能降耗，課題針對工藝技術選擇、工程設計、運行管理三大環節，對現有技術/一般技術（生物處理）進行了強化優化，提升效能、降低成本；對有機物、氮、磷高標準去除關鍵技術進行驗證與突破并實現工程應用，并對關鍵技術與現有技術、已有工藝流程進行融合、集成，兼顧排水源頭科學管控，構建濱海工業帶污水處理廠天津地標高標準排放整體解決方案。

    關鍵技術1：以臭氧/芬頓為核心的難降解有機物高級氧化深度去除技術

    圍繞有機物高標準穩定達標、有毒有害污染物生態風險削減及能耗物耗優化控制，從工藝技術選擇、工程設計和運行管理3個環節，針對典型水質，采用小試、中試，開展臭氧、臭氧/H2O2、臭氧/NaClo、臭氧催化以及H2O2/Fe2+等不同氧化體系的氧化特性和氧化效能以及影響氧化效率關鍵因子的研究。同時，根據實際工程，重點開展氧化技術與現有技術單元流程的高效耦合集成研究以及關鍵參數優化調控研究，構建臭氧(催化)氧化及H2O2/Fe2+氧化體系與其它技術高效耦合與聯合調控方案。

    課題通過小試模擬研究、中試驗證以及工程驗證、工程跟蹤研究等，構建提出以臭氧、芬頓為核心的高級氧化技術深度去除難降解有機物COD高標準排放的適用性及技術要點，突破低濃度難降解有機物高標準深度處理工藝技術選擇難的瓶頸問題；突破臭氧、芬頓氧化技術傳統脫色、高濃度廢水處理的傳統應用范圍，實現了高級氧化技術高標準深度去除難降解有機物的大規模工程示范應用，實現了技術的應用提升和技術的標準化、規范化。

    針對工業帶污水氮組分復雜、波動大、污水可被生物利用碳源嚴重缺乏，運行管理粗放、工程應用條件下外加碳源利用效率低、高標準穩定達標難度大、外加碳源成本高等問題，開展廢棄有機廢水（液）補碳、污水可生化性改善、污泥生物活性提升、生物功能區精細化布局設計與運行調控、高效深度脫氮技術等的全流程碳源高效利用技術研究。

    創新性地構建了從源頭管控協商排放的外碳源籌措，內碳源挖掘的水質可生化性改善，到基于脫氮率、水質、環境條件及微生物活性的生物功能區精細化設計布局與運行調控、碳源優選與配置，再到深度脫氮優化調控的系統的全流程碳源高效利用策略，突破了工業帶低碳氮比且高度波動下如何實現氮高標準穩定達標及系統碳源利用率最高的瓶頸問題。

    關鍵技術3：多介質耦合高標準深度除磷技術

    針對工業帶污水磷成分復雜、波動大、存在低濃度不可化學沉淀磷影響，現有技術存在高標準達標不穩定、有機高分子絮凝劑藥劑投加量大等問題，基于多介質耦合機理，通過介質、藥劑的優選復配和優化耦合，強化磁介質異相凝核作用和“復合絮團”穩定性，建立基于水質和去除目標的多參數動態調節策略，降低藥劑使用量，提高抗沖擊能力，保障磷的高標準穩定達標。突破現有常規除磷技術藥耗高、有機高分子絮凝劑投加量大、工程應用上磷難以穩定達標等瓶頸問題，實現以磁混凝為核心的高標準深度除磷技術的參數化和標準化。

    示范應用：選擇典型工程實現關鍵技術和集成技術的工程化、標準化和規范化

    示范工程1：北塘污水處理廠提標改造工程

    北塘污水處理廠受工業集聚影響相對小，工業廢水占比30%，是濱海新區規模最大的污水處理廠，設計規模15萬噸/d，提標改造由國標一級A提標至DB12/599-2015 A。

    對于這種大規模污水處理廠，節能降耗低成本穩定運行至關重要。示范工程集成應用以強化生物處理和超凈深度處理為核心的高標準排放穩定達標技術路線。通過功能區精細化設計布局與優化調控，碳源優化投加等，提高碳源利用效率和降低成本，碳源投加成本約降低30%左右；通過臭氧氧化深度去除難降解有機物，保障COD穩定達標同時提升水質；采用磁混凝深度除磷，解決磷高標準排放工程應用上不穩定問題。出水水質穩定達到天津DB12/599-2015 A標，提標改造新增成本不超過0.75元/m3，新增能耗不超過0.20 kWh/m3。

    示范工程2：天津經濟開發區西區污水處理廠提標改造工程

    天津經濟技術開發區西區污水處理廠來水中工業廢水占比80%，水質復雜波動性大，碳源嚴重不足，不可氨化氮高，達標難度大。設計規模5萬噸/d，提標改造由國標一級B至天津地標 DB12/599-2015 A。

    示范工程采取改造碳源投加點和回流點，投加果汁廢液等補碳，基于微生物豐富度，篩選利用新的碳源，同時根據來水不可氨化氮含量情況，靈活調控反硝化濾池脫氮與前端生物脫氮，通過多種技術措施，解決碳源極度缺乏且氮成分復雜下氮高標準排放低成本穩定達標問題，碳源成本降低約30%左右。

    提標改造選擇芬頓高級氧化作為COD去除單元，實現高波動水質下難降解有機物高標準穩定去除，降低生態風險；通過COD、氮、磷多級深度處理單元高效集成耦合及多種運行模式，解決污水處理廠在水質水量強波動性、復雜性條件下穩定達到高標準排放的技術難點及能耗物耗控制。目前示范工程運行穩定，出水穩定達到天津地標A，新增噸水成本控制在（藥耗+電耗）1.0元內，噸水電耗0.2kwh左右。

    推廣應用—港東新城污水處理廠提標改造工程

    港東新城污水處理廠來水工業廢水占比50%左右，污水鹽度波動大，同時碳源極度缺乏，二沉出水難降解有機物含量高，處理規模1.25萬噸/d，提標改造由一級A至天津地標DB12/599-2015 A。

    針對碳源極度缺乏、碳源利用率低和鹽度沖擊大等問題，將原有的A2O生物池進行功能區精細化布局，改成五段式；在第二缺氧池投加填料，提高抗沖擊性和反硝化菌生物活性，提高碳源利用效率，跟提標改造前相比，碳源量不但無增加反而降低13-30%。

    針對生物段出水COD較高且難降解，采用二級臭氧催化氧化，并與生物活性炭濾池耦合聯用；可根據水質情況，二級臭氧催化氧化采用多模式運行，提高氧化效率，實現降耗，保障穩定達標。目前，該工程穩定運行，出水穩定達到地標A。

    課題實施成效：全面支撐天津污水排放標準提標及水質改善

    課題通過《水污染防治行動計劃》及《天津市水污染防治工作方案》的落地實施，很好地支撐了天津污水排放標準提標工作，保障了濱海新區北塘污水處理廠提標改造等重大工程按規定時間點完成，順利執行天津新地標DB12/599-2015。

    對標天津市黑臭水體治理攻堅戰、碧水保衛戰以及渤海綜合治理攻堅戰一系列天津生態環境保護工作。提標改造后污水廠尾水排放入河污染物COD、TN、TP每天削減分別約18噸、5噸、0.2噸左右，對大幅削減入海河流污染物，改善天津渤海近岸水質發揮重要作用，取得了很好的經濟、社會及環境效益。支撐了天津市河道水體水質實現“到2020年，全市基本消除黑臭水體，喪失使用功能的水體（劣于Ⅴ類）斷面比例降低到30%以下” 目標，以及渤海攻堅戰天津渤海近岸海域水質實現“12條入海河流全面消除劣V類，渤海天津海域水質穩中趨好，生態環境保持穩定，水質優良(一、二類海水)比例達到 16%” 目標。