运行数据：百万吨级再生水厂“教科书式”升级改造

以北京高碑店再生水厂污水区升级改造为例，分析大型污水处理厂升级改造方案及运行优化效果。为强化二级处理生物脱氮除磷效果，控制二沉出水TN浓度在20 mg/L以下，该升级改造工程主要包括：改造部分初沉池为预缺氧池与厌氧池、增设生物池内回流设施、转换好氧池末端为消氧区、增设多点碳源投加等。此外，还探讨分析了该升级改造工艺的运行优化措施，完善了升级改造工艺及其相关影响的系统性，最大程度发挥该升级改造工艺的潜力和效果，为其在大型污水处理厂升级改造中进行推广复制提供实际案例支撑。

1 水区升级改造概况

1.1 升级改造背景

高碑店再生水厂是北京处理规模最大的城市污水处理厂，一期和二期工程分别于1993年和1999年正式运行，设计处理规模为100万m³/d，占地68 hm²，流域面积约100 km²。

2010年高碑店再生水厂的再生水利用工程开工建设，目前高碑店厂再生水深度处理过程主要采用反硝化生物滤池-超滤膜过滤-臭氧脱色-紫外线消毒工艺，并于2016年9月陆续投产运行。在生产中水质监测结果表明，污水区二级出水TN仍较高，再生水处理单元的反硝化滤池脱氮压力较大。2016年高碑店再生水厂二沉池出水水质为：TN 26.11 mg/L、NH3-N 1.14 mg/L、TP 0.33 mg/L。

为保障再生水水质稳定达标，同时降低再生水处理单元反硝化滤池的碳源消耗量，使出水达到北京市地方排放标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB 11/890-2012)B标准，有必要采取改进措施降低二沉池出水TN。本项目通过对污水区二级处理单元功能提升改造，增强生物池的脱氮除磷效果，使二沉池出水TN控制在20 mg/L以下，从而提高再生水出水水质保障度

1.2 升级改造内容

1.2.1 升级改造概况

为强化生物池的脱氮除磷效果，根据《北京市高碑店再生水厂及再生水利用工程-再生水处理厂工程初步设计说明》设计，高碑店厂二级处理改造工艺原设计采用MBBR填料工艺，但该方案施工复杂、建设周期长、投资大，且施工过程中需整个系列停运。最终结合前期《高碑店污水处理厂改造及再生利用工程方案比选》结果，筛选出具有生物脱氮除磷功能的改良型AAO工艺作为最终方案。

高碑店再生水厂污水区升级改造为改良型AAO工艺，工艺流程如图1所示。主体改造工程为：①改造2组初沉池，分别作为生物池的预缺氧池及厌氧池，增设旁通侧流，其中10%原水经旁通侧流进入预缺氧池，去除污泥回流液中的硝酸盐氮，而另外90%原水则经由初沉池进入厌氧池，强化生物除磷;②改造生物池内部构造，新增内回流设施，内回流比在150%~300%范围可调;③改造好氧段末端5 m区域为消氧区，降低高DO内回流液对缺氧段反硝化脱氮的影响;④修建配套的升级改造供配电、控制设施，将老旧设备设施更新换代;⑤增设多点碳源投加：旁通侧流(预缺氧池碳源)、乙酸钠(外加碳源)及原初沉出水(缺氧池碳源)等。高碑店再生水厂污水区升级改造具体施工示意如图2所示。

1.2.2 升级改造工艺参数

高碑店再生水厂污水区各构筑物随着升级改造完成，相关工艺参数有所改变，主要涉及水力停留时间、内回流比、外加碳源投配率等。

(1)水力停留时间。本项目将污水区每系列2组初沉池改造为预缺氧池及厌氧池。初沉池HRT由3 h减至2 h;预缺氧池与厌氧池HRT增加1 h，即一期生物池HRT由10.5 h增至11.3 h，二期生物池HRT由8.9 h增至9.8 h，具体水力停留时间如表1所示。

(2)内回流比。为增强反硝化脱氮效果，在各组曝气池好氧区末端加装内回流泵，单台能力为5 200 m³/h，从而增加混合液中硝酸盐氮回流，强化脱氮，内回流比介于100%~300%可调。

(3)外加碳源投配率。单系列均分别设置1套乙酸钠外加碳源投加系统，全厂共4套，每套加药设施均由2个50 m³的储药罐及2台计量泵组成。加药点分别位于各系列的回流污泥渠道的首端。外加碳源最大量按NO-3-N浓度从25 mg/L降至15 mg/L时，去除10 mg/L NO-3-N计算，实际运行中乙酸钠药剂投配浓度大约在30~50 mg/L。

2 升级改造脱氮除磷效果分析

2.1 强化脱氮效果

高碑店再生水厂污水区从2017年6月开始施工改造，截至2018年6月底，污水区8组初沉池、24组曝气池升级改造全部完成，配套内回流及碳源加药逐渐投入运行。通过一段时间实际运行，系统分析了高碑店再生水厂升级改造后生物池沿程TN、NO-3-N、NH3-N变化趋势如图3所示。

污水区升级改造后，生物池增设预缺氧池，外回流污泥混合液TN可由15~20 mg/L降至2~3 mg/L;生物池缺氧段增设内回流设施，生物池出水总氮可降至15 mg/L左右，生物脱氮能力大幅提高。

高碑店再生水厂污水区2016~2018年近3年二沉池出水TN变化如图4所示。2018年污水区功能性改造完成后二沉出水总氮均值为14.48 mg/L，较改造前同期平均降低了10.65 mg/L，降幅42%左右，满足升级改造后二沉池出水TN控制在20 mg/L以内的设计需求，高碑店厂再生水出水TN稳定达标。

编辑：王媛媛