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【重慶水處理設(shè)備網(wǎng)http://wap.xachhh.cn/】受新冠肺炎疫情影響，北京市中心城區(qū)11座再生水廠長時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，污泥膨脹和出水水質(zhì)動(dòng)搖風(fēng)險(xiǎn)加劇。各再生水廠通過優(yōu)化進(jìn)水碳源分布、改善缺氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了生物脫氮效果穩(wěn)定；通過微生物種群結(jié)構(gòu)檢測、污泥負(fù)荷評估調(diào)控，降低了污泥膨脹風(fēng)險(xiǎn)；通過精準(zhǔn)調(diào)控、廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)等措施，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、節(jié)能降耗、出水水質(zhì)平安達(dá)標(biāo)。

受新型冠狀病毒引發(fā)的肺炎（以下簡稱新冠肺炎，COVID-19疫情的影響，人口流動(dòng)、社會(huì)活動(dòng)較往年有所降低，北京市中心城區(qū)再生水廠進(jìn)水量、水質(zhì)濃度較往年同期出現(xiàn)較大變化，整體處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。低負(fù)荷運(yùn)行易引發(fā)生物系統(tǒng)失穩(wěn)、出水水質(zhì)波動(dòng)、能耗效率下降等問題，給運(yùn)行調(diào)控帶來極大挑戰(zhàn)。北京排水集團(tuán)所屬11座再生水廠通過設(shè)備設(shè)施優(yōu)化、微生物種群檢測、精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)、廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)等措施確保生物系統(tǒng)穩(wěn)定、能耗藥耗下降、出水安全達(dá)標(biāo)。本文介紹了此次疫情期間北京市中心城區(qū)再生水廠采取的低負(fù)荷應(yīng)對措施及調(diào)控效果。重慶純水設(shè)備

1北京市中心城區(qū)再生水廠概況

北京市中心城區(qū)11座再生水廠設(shè)計(jì)污水日處理能力423萬m3/d出水滿足北京市地方規(guī)范DB11/890要求，主要工藝類型及生物池停留時(shí)間如表1所示。根據(jù)排放受納水體，依照通惠河、清河、涼水河、壩河進(jìn)行流域化管理。

表1北京中心城區(qū)再生水廠工藝類型及主要參數(shù)

2進(jìn)水水量水質(zhì)變化分析

2.1進(jìn)水水量變化

歷年春節(jié)期間隨同人口流動(dòng)，北京市各再生水廠進(jìn)水水量均出現(xiàn)一定水平降低，如圖1所示。2019年節(jié)前3周進(jìn)水水量為設(shè)計(jì)水量的82%春節(jié)期間水量降至設(shè)計(jì)水量的63%節(jié)后第2周水量開始上升，第3周水量恢復(fù)至節(jié)前水平。2020年節(jié)前水量變化與往年同期一致，節(jié)后第2周出現(xiàn)小幅回升，但受春節(jié)和疫情疊加影響，節(jié)后第3周水量僅恢復(fù)至設(shè)計(jì)的66%爾后堅(jiān)持平穩(wěn)。與去年同期相比，2020年春節(jié)后11座再生水廠每日進(jìn)水總量減少約50萬m3/d且繼續(xù)時(shí)間較長。根據(jù)復(fù)工復(fù)產(chǎn)情況進(jìn)行模擬預(yù)測，4月下旬進(jìn)水水量可恢復(fù)至設(shè)計(jì)水量的75%80%

圖1再生水廠進(jìn)水量變化和預(yù)測

2.2進(jìn)水水質(zhì)變化

與進(jìn)水水量變化情況相似，歷年春節(jié)期間再生水廠的進(jìn)水濃度同樣出現(xiàn)一定水平降低，如圖2所示。2019年節(jié)前3周進(jìn)水COD加權(quán)濃度和NH3-N加權(quán)濃度分別為574mg/L和41mg/L春節(jié)期間濃度降至382mg/L和34mg/L降幅分別為33%和17%節(jié)后第4周恢復(fù)至假期前水平。2020年節(jié)前3周進(jìn)水污染物濃度與往年相近，節(jié)后第2周COD和NH3-N加權(quán)濃度降至最低，分別為314mg/L和33mg/L降幅為41%和15%C/N由節(jié)前10.3降至節(jié)后7.7降幅25%節(jié)后進(jìn)水COD和NH3-N濃度有小幅回升，但至第12周，其加權(quán)濃度僅為352mg/L和36mg/L至4月中旬仍未有明顯回升跡象。其主要原因與鄉(xiāng)村規(guī)模及特征有關(guān)，北京是以服務(wù)業(yè)為主的特大型鄉(xiāng)村，餐飲等服務(wù)行業(yè)發(fā)達(dá)，此期間停工停業(yè)對進(jìn)水污染物濃度帶來一定影響。

圖2再生水廠進(jìn)水水質(zhì)變化

綜合考慮水量及水質(zhì)疊加影響，2020年節(jié)后第1周進(jìn)水COD及NH3-N負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷的45%和50%爾后緩慢上升，至第12周COD及氨氮負(fù)荷僅恢復(fù)至58%和67%2020年疫情期間進(jìn)水污染物負(fù)荷較往年同期明顯降低，且繼續(xù)時(shí)間較長。

3再生水廠低負(fù)荷運(yùn)行調(diào)控

由于進(jìn)水污染物負(fù)荷長時(shí)間偏離設(shè)計(jì)工況，實(shí)際運(yùn)行控制參數(shù)的可達(dá)性降低，生物脫氮效果受到影響，各再生水廠根據(jù)工藝特點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)控。

3.1TN調(diào)控

溶解氧的存在會(huì)對反硝化反應(yīng)發(fā)生抑制。實(shí)際運(yùn)行調(diào)控中通常控制缺氧區(qū)溶解氧濃度在0.5mg/L以下，氧化還原電位（ORP-150mV以下。反硝化反應(yīng)主要通過異養(yǎng)菌代謝完成，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)控制BOD5/TKN大于5.7或COD/TKN大于9疫情期間，再生水廠進(jìn)水COD/TN平均值7.7最低值5.5缺氧區(qū)ORP為-30-60mV導(dǎo)致生物脫氮效果降低。針對此現(xiàn)象，再生水廠對曝氣量和回流量進(jìn)行調(diào)減，但受現(xiàn)場條件限制，仍會(huì)出現(xiàn)缺氧區(qū)ORP偏高現(xiàn)象。各水廠采取了改善缺氧環(huán)境和優(yōu)化進(jìn)水碳源分布等措施，保證生物脫氮效果，結(jié)果如表2所示。

表2再生水廠TN調(diào)控措施

以小紅門再生水廠為例，該廠共16組生物池，冬季采用AO模式運(yùn)行，缺氧區(qū)及好氧區(qū)的設(shè)計(jì)停留時(shí)間分別為4h6.7h內(nèi)回流比為200%低負(fù)荷運(yùn)行期間，該廠平均處置水量41萬m3/d缺氧區(qū)及好氧區(qū)的實(shí)際停留時(shí)間分別為5.9h10.2h內(nèi)回流比為290%A系列二級出水TN變化如圖3所示，由于進(jìn)水低負(fù)荷導(dǎo)致運(yùn)行工況改變，TN濃度從1015mg/L上升至1820mg/L超越15mg/L內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。為確保全廠生物脫氮效率，該廠停運(yùn)了3組生物池，缺氧區(qū)及好氧區(qū)的停留時(shí)間分別降低至4.7h及8.3h內(nèi)回流比為240%氧化還原電位降低130mV缺氧環(huán)境得到有效改善，出水TN濃度降低35mg/L

圖3小紅門再生水廠初沉池、生物池聯(lián)合調(diào)控出水TN變化

該廠共8組初沉池，設(shè)計(jì)外表負(fù)荷為1.315m3/m2h停留時(shí)間為3h低負(fù)荷運(yùn)行期間，外表負(fù)荷及停留時(shí)間分別為0.82m3/m2h和4.6h為降低顆粒有機(jī)物在初沉池的去除效率，該廠停運(yùn)2組初沉池，外表負(fù)荷上升至1.24m3/m2h停留時(shí)間降低至3.4h有機(jī)物去除率由35%45%降低至14%20%初沉出水C/N由4.55上升至5.56有效改善反硝化反應(yīng)的碳源條件，出水TN濃度降低45mg/L

通過以上兩項(xiàng)調(diào)控措施，該廠二級處置生物脫氮效果發(fā)生明顯改善，二級出水TN濃度降低810mg/L

3.2污泥膨脹調(diào)控

低溫低負(fù)荷條件下，容易發(fā)生絲狀菌引發(fā)的污泥膨脹及生物泡沫問題。污泥膨脹和生物泡沫常由微絲菌和諾卡氏菌過量生長誘發(fā)引起，進(jìn)水基質(zhì)中含有長鏈脂肪酸及脂類時(shí)對微絲菌生長的影響最為顯著；諾卡氏菌則可以利用水中碳水化合物、氨基酸、脂肪酸等有機(jī)物質(zhì)。

發(fā)生微絲菌型污泥膨脹時(shí)易出現(xiàn)二級出水SS升高和亞硝態(tài)氮積累問題，相關(guān)水質(zhì)動(dòng)搖會(huì)直接影響接觸池中消毒劑的濃度，進(jìn)而對病原微生物滅活效果發(fā)生影響。小紅門再生水廠曾因低負(fù)荷發(fā)生微絲菌型污泥膨脹，污泥沉降性能明顯降低，SVI大于300mL/g生物池和二沉池出現(xiàn)嚴(yán)重生物泡沫累積。新冠肺炎疫情期間，由于長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，更需關(guān)注污泥種群結(jié)構(gòu)變化，必要時(shí)采取污泥有機(jī)負(fù)荷調(diào)控措施，抑制微絲菌生長。

小紅門再生水廠在春節(jié)假期前，污泥有機(jī)物負(fù)荷為0.207kgCOD/kgMLSSd污泥中的絲狀菌以Type0041為主，豐度為2級，不存在沉降性下降和生物泡沫風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果如圖4和表3所示。節(jié)后污泥有機(jī)物負(fù)荷降至0.070.149kgCOD/kgMLSSd微絲菌開始繁殖，并達(dá)到3級豐度，同時(shí)污泥的沉降性能開始降低，SVI均值達(dá)到136mL/g微絲菌型污泥膨脹的風(fēng)險(xiǎn)增加。2月中旬曾出現(xiàn)一次明顯降水過程，進(jìn)水污染物負(fù)荷顯著升高，污泥有機(jī)負(fù)荷達(dá)到0.282kgCOD/kgMLSSd爾后，2月下旬檢測發(fā)現(xiàn)微絲菌的豐度僅為1級，污泥沉降性能也有所改善，其原因應(yīng)與2月中旬污泥有機(jī)物負(fù)荷升高有關(guān)。

表3小紅門再生水廠微生物鏡檢結(jié)果

1

圖4小紅門再生水廠生物池重點(diǎn)參數(shù)變化

清河再生水廠2019年12月下旬污泥有機(jī)負(fù)荷為0.215kgCOD/kgMLSSd呈現(xiàn)了諾卡氏菌增值，豐度為2級，結(jié)果如表4所示。2020年春節(jié)后，該再生水廠處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，如圖5所示污泥有機(jī)物負(fù)荷降至0.084kgCOD/kgMLSSd諾卡氏菌豐度升至6級，但未發(fā)現(xiàn)污泥沉降性能降低，但在生物池出現(xiàn)嚴(yán)重的生物泡沫積累。2月中旬的沖擊負(fù)荷未對諾卡氏菌發(fā)生明顯抑制作用。重慶純水設(shè)備

表4清河再生水廠微生物鏡檢結(jié)果

圖5清河再生水廠生物池重點(diǎn)參數(shù)變化

4精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)

北京排水集團(tuán)自主開發(fā)的精準(zhǔn)曝氣、精準(zhǔn)排泥、精準(zhǔn)加藥等調(diào)控系統(tǒng)，有利于負(fù)荷動(dòng)搖下生物系統(tǒng)的穩(wěn)定和節(jié)能降耗。以高碑店再生水廠為例，介紹優(yōu)化泵站編組、精準(zhǔn)排泥、精準(zhǔn)曝氣等措施的低負(fù)荷運(yùn)行期間的調(diào)控效果。

4.1泵站編組優(yōu)化抽升

疫情期間再生水廠進(jìn)水量大幅降低，為確保生物系統(tǒng)高效運(yùn)行，減少負(fù)荷動(dòng)搖，穩(wěn)定出水消毒處理的接觸時(shí)間，保證后續(xù)消毒單元對病原微生物的滅活效率，高碑店再生水廠進(jìn)行了泵站編組優(yōu)化。如圖6所示，節(jié)前泵站抽升量為612m3/節(jié)后水量下降，根據(jù)水量變化及泵前池液位優(yōu)化泵站編組抽升量，控制抽升量為59m3/保證最低抽升相對穩(wěn)定前提下，降低抽升峰值波動(dòng)。箱線圖表明，四分位距明顯縮短，抽升量數(shù)據(jù)分布偏態(tài)性降低，抽升量更平穩(wěn)。通過優(yōu)化抽升過程，有效緩解生物池水力負(fù)荷和消毒池接觸時(shí)間動(dòng)搖，降低了泵組開停頻次，實(shí)現(xiàn)泵組電耗降低3%6%

圖6高碑店再生水廠泵站編組優(yōu)化抽升效果

4.2精準(zhǔn)排泥

通常初沉池排泥濃度可在1萬～4萬mg/L動(dòng)搖，且動(dòng)搖頻率較快。精準(zhǔn)初沉排泥系統(tǒng)是通過監(jiān)測實(shí)時(shí)排泥濃度，合理控制初沉池排泥時(shí)間，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定濃度排泥，可提高后續(xù)污泥濃縮、消化、脫水系統(tǒng)的工作效率及穩(wěn)定性。低負(fù)荷運(yùn)行期間，初沉池在較低泥位狀態(tài)下運(yùn)行，易出現(xiàn)排泥濃度過低影響后續(xù)工段運(yùn)行的情況。運(yùn)用精確排泥系統(tǒng)后，82%排泥濃度控制在設(shè)定濃度±25%范圍內(nèi)，結(jié)果如圖7所示，有效實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定排放。

圖7高碑店再生水廠精準(zhǔn)初沉排泥系統(tǒng)應(yīng)用效果

4.3精準(zhǔn)曝氣

精準(zhǔn)曝氣系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)水量及末端溶解氧控制鼓風(fēng)機(jī)氣量，實(shí)現(xiàn)按需供氣。通過精準(zhǔn)曝氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷期間溶解氧的合理調(diào)控，可有效緩解水廠因曝氣不均勻引起的能耗藥耗增加問題。設(shè)定溶解氧濃度為1mg/L時(shí)，結(jié)果如圖8所示，控制區(qū)域溶解氧92%以上控制在1±0.5mg/L進(jìn)水污染物濃度下降，易造成污染物消減能耗上升，采用耗氧總污染物（OCTP評價(jià)水廠運(yùn)行能耗變化。OCTP消減單耗由節(jié)前0.317kWh/kg升至節(jié)后0.319kWh/kg通過精準(zhǔn)曝氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水廠在進(jìn)水COD和NH3-N濃度下降40%和15%情況下，維持OCTP消減單耗基本恒定。

圖8高碑店再生水廠精準(zhǔn)曝氣系統(tǒng)應(yīng)用效果

5廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)

除廠內(nèi)調(diào)控外，通過廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定和節(jié)能降耗。以壩河流域?yàn)槔?，酒仙橋再生水廠采用氧化溝工藝，具有抗進(jìn)水污染物、水力沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)和靈活調(diào)整轉(zhuǎn)刷曝氣優(yōu)勢，采取停運(yùn)局部系列氧化溝措施，并向北小河和高安屯再生水廠調(diào)水，調(diào)水量占兩廠進(jìn)水13%21%調(diào)水后有效緩解北小河再生水廠溶解氧偏高和高安屯再生水廠污泥中心發(fā)生板框?yàn)V液導(dǎo)致進(jìn)水C/N缺乏問題。通過廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)，水廠出水TN下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)壩河流域電耗降低6.4%見圖9

圖9壩河流域廠網(wǎng)聯(lián)調(diào)聯(lián)動(dòng)效果

6結(jié)論

受新冠肺炎疫情影響，北京市中心城區(qū)再生水廠整體處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)且繼續(xù)時(shí)間較長。

疫情期間進(jìn)水COD和氨氮負(fù)荷率降至45%和50%進(jìn)水碳源不足、缺氧環(huán)境破壞，二級出水TN濃度動(dòng)搖且污泥膨脹風(fēng)險(xiǎn)加劇。

再生水廠通過設(shè)備設(shè)施優(yōu)化確保生物脫氮效果，實(shí)現(xiàn)再生水廠二級出水TN降低810mg/L通過微生物種群檢測評估等措施，跟蹤評估污泥膨脹風(fēng)險(xiǎn)，保證生物系統(tǒng)穩(wěn)定。

通過精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)保證系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷條件下再生水廠耗氧污染物消減單耗持平，泵組電耗降低3%6%通過廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)聯(lián)調(diào)措施，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)電耗降低6.4%

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