郭兴芳：工业废水占比高 污水处理厂如何实现低成本高标准稳定达标
慧聪水工业网技术背景与科技需求：工业聚集区缺乏高标准排放整体解决方案
1.工业聚集区施行更严排放标准，全区污水厂需要提标
天津滨海新区是是一个高度发展的产业复合区。根据前瞻产业研究院数据，九大功能区划分布着大大小小的工业园（区）、产业园（区）、产业化基地、产业区、创业园、科技园（区）共176个。
2015年，天津市颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB12/599-2015），是继北京后执行严于GB18918-2002一级A的第二个城市，要求2018年1月1日起执行新地标，按处理规模执行不同标准等级，1万吨/d及以上处理规模的污水处理厂执行新地标A。
截至2017年，滨海新区共有34个污水处理厂，总处理规模达到77万吨/天，承担着大幅削减污染物排放量、降低受纳水体污染负荷的重要任务，是入海污染物控制的重要节点。根据新地标要求，其中有21个污水处理厂需提标到DB12/599-2015A，13个需提标到DB12/599-2015B标。
2.新区污水水质特点突出：工业废水占比高、可生化性差，盐度高、碳氮比低，水质水量波动性大
滨海新区不同于中心城区的污水水质特点及水质问题，决定了污水处理提标改造及稳定高标准排放的技术难度。课题组首先对滨海新区十几座典型污水处理厂跟踪调研，进行大量水质测试与分析，高度发展的产业复合区的特点使得区域污水水质与中心城区呈现明显不同：
工业废水占比高、可生化性差，水质水量波动性大；
污染成分复杂但特征性不突出，尤其是有机污染物；
污水盐度含量相对较高且波动大，一般在600mg/L以上，有的全年在2000mg/L以上；
污水碳氮比低且波动大，可被生物利用的碳源极度缺乏；
近年来污水COD、氮及磷呈现低浓度化，但COD下降幅度远高于氮磷的下降幅度，导致低氮比更加明显。
3.提标改造难点诊断与梳理：难降解有机物深度稳定去除难度较大，碳源利用效率较低，处理厂整体效能欠佳，最大难点是COD和TN
课题组对滨海新区不同功能区、二十多座典型污水处理厂提标改造前，进行了现状、问题诊断与梳理，主要有以下四点：
污水二级处理残余溶解性有机物难降解，高标准深度稳定去除难度比较大；
碳源利用效率比较低，一级A稳定达标外加碳源成本高，部分污水处理厂外加碳源成本甚至达到了一元以上；
污水处理厂设计与运行调控灵活、弹性间存有矛盾，整体效能发挥较差，有待提升；
GB18918-2002一级A、B达到高标准排放最大的达标难点是COD和TN，其次是TP稳定达标，以及稳定达标运行下低成本问题。
4.高标准排放尚缺整体解决方案，还需关键技术和工程实践支撑
滨海新区这种工业密集产业复合区污水执行高排放标准，在2017年时国内外尚没有工程实践，缺乏关键技术和工程实践的支撑，缺乏整体解决方案。因此，“十三五”水专项设置了“工业带污水厂高标准超净排放技术研究与示范”课题，意在解决滨海新区污水处理厂升级天津市新地标过程中面临的工艺技术选择、工程设计、运行管理和稳定达标问题，满足未来污水处理厂更高标准排放与高品质水环境的要求，进一步降低入海河流污染物。具体涉及到难降解有机物、氮、磷的高标准深度去除关键技术研究，以及这些关键技术与已有工艺技术、已有工艺流程的高效融合集成研究。
关键技术突破：围绕稳定达标与节能降耗，构建高标准排放整体解决方案
基于特定区域及其水质特性等，围绕稳定达标与节能降耗，课题针对工艺技术选择、工程设计、运行管理三大环节，对现有技术/一般技术（生物处理）进行了强化优化，提升效能、降低成本；对有机物、氮、磷高标准去除关键技术进行验证与突破并实现工程应用，并对关键技术与现有技术、已有工艺流程进行融合、集成，兼顾排水源头科学管控，构建滨海工业带污水处理厂天津地标高标准排放整体解决方案。
关键技术1：以臭氧/芬顿为核心的难降解有机物高级氧化深度去除技术
围绕有机物高标准稳定达标、有毒有害污染物生态风险削减及能耗物耗优化控制，从工艺技术选择、工程设计和运行管理3个环节，针对典型水质，采用小试、中试，开展臭氧、臭氧/H2O2、臭氧/NaClo、臭氧催化以及H2O2/Fe2+等不同氧化体系的氧化特性和氧化效能以及影响氧化效率关键因子的研究。同时，根据实际工程，重点开展氧化技术与现有技术单元流程的高效耦合集成研究以及关键参数优化调控研究，构建臭氧(催化)氧化及H2O2/Fe2+氧化体系与其它技术高效耦合与联合调控方案。
课题通过小试模拟研究、中试验证以及工程验证、工程跟踪研究等，构建提出以臭氧、芬顿为核心的高级氧化技术深度去除难降解有机物COD高标准排放的适用性及技术要点，突破低浓度难降解有机物高标准深度处理工艺技术选择难的瓶颈问题；突破臭氧、芬顿氧化技术传统脱色、高浓度废水处理的传统应用范围，实现了高级氧化技术高标准深度去除难降解有机物的大规模工程示范应用，实现了技术的应用提升和技术的标准化、规范化。
关键技术2：全流程碳源高效利用技术
针对工业带污水氮组分复杂、波动大、污水可被生物利用碳源严重缺乏，运行管理粗放、工程应用条件下外加碳源利用效率低、高标准稳定达标难度大、外加碳源成本高等问题，开展废弃有机废水（液）补碳、污水可生化性改善、污泥生物活性提升、生物功能区精细化布局设计与运行调控、高效深度脱氮技术等的全流程碳源高效利用技术研究。
创新性地构建了从源头管控协商排放的外碳源筹措，内碳源挖掘的水质可生化性改善，到基于脱氮率、水质、环境条件及微生物活性的生物功能区精细化设计布局与运行调控、碳源优选与配置，再到深度脱氮优化调控的系统的全流程碳源高效利用策略，突破了工业带低碳氮比且高度波动下如何实现氮高标准稳定达标及系统碳源利用率最高的瓶颈问题。
关键技术3：多介质耦合高标准深度除磷技术
针对工业带污水磷成分复杂、波动大、存在低浓度不可化学沉淀磷影响，现有技术存在高标准达标不稳定、有机高分子絮凝剂药剂投加量大等问题，基于多介质耦合机理，通过介质、药剂的优选复配和优化耦合，强化磁介质异相凝核作用和“复合絮团”稳定性，建立基于水质和去除目标的多参数动态调节策略，降低药剂使用量，提高抗冲击能力，保障磷的高标准稳定达标。突破现有常规除磷技术药耗高、有机高分子絮凝剂投加量大、工程应用上磷难以稳定达标等瓶颈问题，实现以磁混凝为核心的高标准深度除磷技术的参数化和标准化。
示范应用：选择典型工程实现关键技术和集成技术的工程化、标准化和规范化
示范工程1：北塘污水处理厂提标改造工程
北塘污水处理厂受工业集聚影响相对小，工业废水占比30%，是滨海新区规模最大的污水处理厂，设计规模15万吨/d，提标改造由国标一级A提标至DB12/599-2015A。
对于这种大规模污水处理厂，节能降耗低成本稳定运行至关重要。示范工程集成应用以强化生物处理和超净深度处理为核心的高标准排放稳定达标技术路线。通过功能区精细化设计布局与优化调控，碳源优化投加等，提高碳源利用效率和降低成本，碳源投加成本约降低30%左右；通过臭氧氧化深度去除难降解有机物，保障COD稳定达标同时提升水质；采用磁混凝深度除磷，解决磷高标准排放工程应用上不稳定问题。出水水质稳定达到天津DB12/599-2015A标，提标改造新增成本不超过0.75元/m3，新增能耗不超过0.20kWh/m3。
示范工程2：天津经济开发区西区污水处理厂提标改造工程
天津经济技术开发区西区污水处理厂来水中工业废水占比80%，水质复杂波动性大，碳源严重不足，不可氨化氮高，达标难度大。设计规模5万吨/d，提标改造由国标一级B至天津地标DB12/599-2015A。
示范工程采取改造碳源投加点和回流点，投加果汁废液等补碳，基于微生物丰富度，筛选利用新的碳源，同时根据来水不可氨化氮含量情况，灵活调控反硝化滤池脱氮与前端生物脱氮，通过多种技术措施，解决碳源极度缺乏且氮成分复杂下氮高标准排放低成本稳定达标问题，碳源成本降低约30%左右。
提标改造选择芬顿高级氧化作为COD去除单元，实现高波动水质下难降解有机物高标准稳定去除，降低生态风险；通过COD、氮、磷多级深度处理单元高效集成耦合及多种运行模式，解决污水处理厂在水质水量强波动性、复杂性条件下稳定达到高标准排放的技术难点及能耗物耗控制。目前示范工程运行稳定，出水稳定达到天津地标A，新增吨水成本控制在（药耗+电耗）1.0元内，吨水电耗0.2kwh左右。
推广应用—港东新城污水处理厂提标改造工程
港东新城污水处理厂来水工业废水占比50%左右，污水盐度波动大，同时碳源极度缺乏，二沉出水难降解有机物含量高，处理规模1.25万吨/d，提标改造由一级A至天津地标DB12/599-2015A。
针对碳源极度缺乏、碳源利用率低和盐度冲击大等问题，将原有的A2O生物池进行功能区精细化布局，改成五段式；在第二缺氧池投加填料，提高抗冲击性和反硝化菌生物活性，提高碳源利用效率，跟提标改造前相比，碳源量不但无增加反而降低13-30%。
针对生物段出水COD较高且难降解，采用二级臭氧催化氧化，并与生物活性炭滤池耦合联用；可根据水质情况，二级臭氧催化氧化采用多模式运行，提高氧化效率，实现降耗，保障稳定达标。目前，该工程稳定运行，出水稳定达到地标A。
课题实施成效：全面支撑天津污水排放标准提标及水质改善
课题通过《水污染防治行动计划》及《天津市水污染防治工作方案》的落地实施，很好地支撑了天津污水排放标准提标工作，保障了滨海新区北塘污水处理厂提标改造等重大工程按规定时间点完成，顺利执行天津新地标DB12/599-2015。
对标天津市黑臭水体治理攻坚战、碧水保卫战以及渤海综合治理攻坚战一系列天津生态环境保护工作。提标改造后污水厂尾水排放入河污染物COD、TN、TP每天削减分别约18吨、5吨、0.2吨左右，对大幅削减入海河流污染物，改善天津渤海近岸水质发挥重要作用，取得了很好的经济、社会及环境效益。支撑了天津市河道水体水质实现“到2020年，全市基本消除黑臭水体，丧失使用功能的水体（劣于Ⅴ类）断面比例降低到30%以下”目标，以及渤海攻坚战天津渤海近岸海域水质实现“12条入海河流全面消除劣V类，渤海天津海域水质稳中趋好，生态环境保持稳定，水质优良(一、二类海水)比例达到16%”目标。
