1. 工業(yè)聚集區(qū)施行更嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)，全區(qū)污水廠需要提標(biāo)

    天津?yàn)I海新區(qū)是是一個(gè)高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)復(fù)合區(qū)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，九大功能區(qū)劃分布著大大小小的工業(yè)園（區(qū)）、產(chǎn)業(yè)園（區(qū)）、產(chǎn)業(yè)化基地、產(chǎn)業(yè)區(qū)、創(chuàng)業(yè)園、科技園（區(qū)）共176個(gè)。

    2015年，天津市頒布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/599-2015），是繼北京后執(zhí)行嚴(yán)于GB18918-2002一級(jí)A的第二個(gè)城市，要求2018年1月1日起執(zhí)行新地標(biāo)，按處理規(guī)模執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，1萬(wàn)噸/d及以上處理規(guī)模的污水處理廠執(zhí)行新地標(biāo)A。

    截至2017年，濱海新區(qū)共有34個(gè)污水處理廠，總處理規(guī)模達(dá)到77萬(wàn)噸/天，承擔(dān)著大幅削減污染物排放量、降低受納水體污染負(fù)荷的重要任務(wù)，是入海污染物控制的重要節(jié)點(diǎn)。根據(jù)新地標(biāo)要求，其中有21個(gè)污水處理廠需提標(biāo)到 DB12/599-2015 A，13個(gè)需提標(biāo)到DB12/599-2015 B標(biāo)。

    2. 新區(qū)污水水質(zhì)特點(diǎn)突出：工業(yè)廢水占比高、可生化性差，鹽度高、碳氮比低，水質(zhì)水量波動(dòng)性大

    濱海新區(qū)不同于中心城區(qū)的污水水質(zhì)特點(diǎn)及水質(zhì)問(wèn)題，決定了污水處理提標(biāo)改造及穩(wěn)定高標(biāo)準(zhǔn)排放的技術(shù)難度。課題組首先對(duì)濱海新區(qū)十幾座典型污水處理廠跟蹤調(diào)研，進(jìn)行大量水質(zhì)測(cè)試與分析，高度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)復(fù)合區(qū)的特點(diǎn)使得區(qū)域污水水質(zhì)與中心城區(qū)呈現(xiàn)明顯不同：

• 工業(yè)廢水占比高、可生化性差，水質(zhì)水量波動(dòng)性大；

• 污染成分復(fù)雜但特征性不突出，尤其是有機(jī)污染物；

• 污水鹽度含量相對(duì)較高且波動(dòng)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(dòng)大，可被生物利用的碳源極度缺乏；

• 近年來(lái)污水COD、氮及磷呈現(xiàn)低濃度化，但COD下降幅度遠(yuǎn)高于氮磷的下降幅度，導(dǎo)致低氮比更加明顯。

    3. 提標(biāo)改造難點(diǎn)診斷與梳理：難降解有機(jī)物深度穩(wěn)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(diǎn)是COD和TN

    課題組對(duì)濱海新區(qū)不同功能區(qū)、二十多座典型污水處理廠提標(biāo)改造前，進(jìn)行了現(xiàn)狀、問(wèn)題診斷與梳理，主要有以下四點(diǎn)：

• 
  

• 污水二級(jí)處理殘余溶解性有機(jī)物難降解，高標(biāo)準(zhǔn)深度穩(wěn)定去除難度比較大；

• 碳源利用效率比較低，一級(jí)A穩(wěn)定達(dá)標(biāo)外加碳源成本高，部分污水處理廠外加碳源成本甚至達(dá)到了一元以上；

• 污水處理廠設(shè)計(jì)與運(yùn)行調(diào)控靈活、彈性間存有矛盾，整體效能發(fā)揮較差，有待提升；

• GB18918-2002一級(jí)A、B達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)排放最大的達(dá)標(biāo)難點(diǎn)是COD和TN，其次是TP穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，以及穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行下低成本問(wèn)題。

    4. 高標(biāo)準(zhǔn)排放尚缺整體解決方案，還需關(guān)鍵技術(shù)和工程實(shí)踐支撐

    濱海新區(qū)這種工業(yè)密集產(chǎn)業(yè)復(fù)合區(qū)污水執(zhí)行高排放標(biāo)準(zhǔn)，在2017年時(shí)國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有工程實(shí)踐，缺乏關(guān)鍵技術(shù)和工程實(shí)踐的支撐，缺乏整體解決方案。因此，“十三五”水專項(xiàng)設(shè)置了“工業(yè)帶污水廠高標(biāo)準(zhǔn)超凈排放技術(shù)研究與示范”課題，意在解決濱海新區(qū)污水處理廠升級(jí)天津市新地標(biāo)過(guò)程中面臨的工藝技術(shù)選擇、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問(wèn)題，滿足未來(lái)污水處理廠更高標(biāo)準(zhǔn)排放與高品質(zhì)水環(huán)境的要求，進(jìn)一步降低入海河流污染物。具體涉及到難降解有機(jī)物、氮、磷的高標(biāo)準(zhǔn)深度去除關(guān)鍵技術(shù)研究，以及這些關(guān)鍵技術(shù)與已有工藝技術(shù)、已有工藝流程的高效融合集成研究。

關(guān)鍵技術(shù)突破：圍繞穩(wěn)定達(dá)標(biāo)與節(jié)能降耗，構(gòu)建高標(biāo)準(zhǔn)排放整體解決方案

    基于特定區(qū)域及其水質(zhì)特性等，圍繞穩(wěn)定達(dá)標(biāo)與節(jié)能降耗，課題針對(duì)工藝技術(shù)選擇、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理三大環(huán)節(jié)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)/一般技術(shù)（生物處理）進(jìn)行了強(qiáng)化優(yōu)化，提升效能、降低成本；對(duì)有機(jī)物、氮、磷高標(biāo)準(zhǔn)去除關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證與突破并實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)、已有工藝流程進(jìn)行融合、集成，兼顧排水源頭科學(xué)管控，構(gòu)建濱海工業(yè)帶污水處理廠天津地標(biāo)高標(biāo)準(zhǔn)排放整體解決方案。

    關(guān)鍵技術(shù)1：以臭氧/芬頓為核心的難降解有機(jī)物高級(jí)氧化深度去除技術(shù)

    圍繞有機(jī)物高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、有毒有害污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)削減及能耗物耗優(yōu)化控制，從工藝技術(shù)選擇、工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理3個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)典型水質(zhì)，采用小試、中試，開(kāi)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(guān)鍵因子的研究。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工程，重點(diǎn)開(kāi)展氧化技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)單元流程的高效耦合集成研究以及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化調(diào)控研究，構(gòu)建臭氧(催化)氧化及H2O2/Fe2+氧化體系與其它技術(shù)高效耦合與聯(lián)合調(diào)控方案。

    課題通過(guò)小試模擬研究、中試驗(yàn)證以及工程驗(yàn)證、工程跟蹤研究等，構(gòu)建提出以臭氧、芬頓為核心的高級(jí)氧化技術(shù)深度去除難降解有機(jī)物COD高標(biāo)準(zhǔn)排放的適用性及技術(shù)要點(diǎn)，突破低濃度難降解有機(jī)物高標(biāo)準(zhǔn)深度處理工藝技術(shù)選擇難的瓶頸問(wèn)題；突破臭氧、芬頓氧化技術(shù)傳統(tǒng)脫色、高濃度廢水處理的傳統(tǒng)應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)氧化技術(shù)高標(biāo)準(zhǔn)深度去除難降解有機(jī)物的大規(guī)模工程示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的應(yīng)用提升和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

    針對(duì)工業(yè)帶污水氮組分復(fù)雜、波動(dòng)大、污水可被生物利用碳源嚴(yán)重缺乏，運(yùn)行管理粗放、工程應(yīng)用條件下外加碳源利用效率低、高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)難度大、外加碳源成本高等問(wèn)題，開(kāi)展廢棄有機(jī)廢水（液）補(bǔ)碳、污水可生化性改善、污泥生物活性提升、生物功能區(qū)精細(xì)化布局設(shè)計(jì)與運(yùn)行調(diào)控、高效深度脫氮技術(shù)等的全流程碳源高效利用技術(shù)研究。

    創(chuàng)新性地構(gòu)建了從源頭管控協(xié)商排放的外碳源籌措，內(nèi)碳源挖掘的水質(zhì)可生化性改善，到基于脫氮率、水質(zhì)、環(huán)境條件及微生物活性的生物功能區(qū)精細(xì)化設(shè)計(jì)布局與運(yùn)行調(diào)控、碳源優(yōu)選與配置，再到深度脫氮優(yōu)化調(diào)控的系統(tǒng)的全流程碳源高效利用策略，突破了工業(yè)帶低碳氮比且高度波動(dòng)下如何實(shí)現(xiàn)氮高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)及系統(tǒng)碳源利用率最高的瓶頸問(wèn)題。

    關(guān)鍵技術(shù)3：多介質(zhì)耦合高標(biāo)準(zhǔn)深度除磷技術(shù)

    針對(duì)工業(yè)帶污水磷成分復(fù)雜、波動(dòng)大、存在低濃度不可化學(xué)沉淀磷影響，現(xiàn)有技術(shù)存在高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)不穩(wěn)定、有機(jī)高分子絮凝劑藥劑投加量大等問(wèn)題，基于多介質(zhì)耦合機(jī)理，通過(guò)介質(zhì)、藥劑的優(yōu)選復(fù)配和優(yōu)化耦合，強(qiáng)化磁介質(zhì)異相凝核作用和“復(fù)合絮團(tuán)”穩(wěn)定性，建立基于水質(zhì)和去除目標(biāo)的多參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)策略，降低藥劑使用量，提高抗沖擊能力，保障磷的高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。突破現(xiàn)有常規(guī)除磷技術(shù)藥耗高、有機(jī)高分子絮凝劑投加量大、工程應(yīng)用上磷難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)等瓶頸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)以磁混凝為核心的高標(biāo)準(zhǔn)深度除磷技術(shù)的參數(shù)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

    示范應(yīng)用：選擇典型工程實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和集成技術(shù)的工程化、標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化

    示范工程1：北塘污水處理廠提標(biāo)改造工程

    北塘污水處理廠受工業(yè)集聚影響相對(duì)小，工業(yè)廢水占比30%，是濱海新區(qū)規(guī)模最大的污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模15萬(wàn)噸/d，提標(biāo)改造由國(guó)標(biāo)一級(jí)A提標(biāo)至DB12/599-2015 A。

    對(duì)于這種大規(guī)模污水處理廠，節(jié)能降耗低成本穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。示范工程集成應(yīng)用以強(qiáng)化生物處理和超凈深度處理為核心的高標(biāo)準(zhǔn)排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)技術(shù)路線。通過(guò)功能區(qū)精細(xì)化設(shè)計(jì)布局與優(yōu)化調(diào)控，碳源優(yōu)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(guò)臭氧氧化深度去除難降解有機(jī)物，保障COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)同時(shí)提升水質(zhì)；采用磁混凝深度除磷，解決磷高標(biāo)準(zhǔn)排放工程應(yīng)用上不穩(wěn)定問(wèn)題。出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到天津DB12/599-2015 A標(biāo)，提標(biāo)改造新增成本不超過(guò)0.75元/m3，新增能耗不超過(guò)0.20 kWh/m3。

    示范工程2：天津經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)西區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造工程

    天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)西區(qū)污水處理廠來(lái)水中工業(yè)廢水占比80%，水質(zhì)復(fù)雜波動(dòng)性大，碳源嚴(yán)重不足，不可氨化氮高，達(dá)標(biāo)難度大。設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/d，提標(biāo)改造由國(guó)標(biāo)一級(jí)B至天津地標(biāo) DB12/599-2015 A。

    示范工程采取改造碳源投加點(diǎn)和回流點(diǎn)，投加果汁廢液等補(bǔ)碳，基于微生物豐富度，篩選利用新的碳源，同時(shí)根據(jù)來(lái)水不可氨化氮含量情況，靈活調(diào)控反硝化濾池脫氮與前端生物脫氮，通過(guò)多種技術(shù)措施，解決碳源極度缺乏且氮成分復(fù)雜下氮高標(biāo)準(zhǔn)排放低成本穩(wěn)定達(dá)標(biāo)問(wèn)題，碳源成本降低約30%左右。

    提標(biāo)改造選擇芬頓高級(jí)氧化作為COD去除單元，實(shí)現(xiàn)高波動(dòng)水質(zhì)下難降解有機(jī)物高標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定去除，降低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)COD、氮、磷多級(jí)深度處理單元高效集成耦合及多種運(yùn)行模式，解決污水處理廠在水質(zhì)水量強(qiáng)波動(dòng)性、復(fù)雜性條件下穩(wěn)定達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)排放的技術(shù)難點(diǎn)及能耗物耗控制。目前示范工程運(yùn)行穩(wěn)定，出水穩(wěn)定達(dá)到天津地標(biāo)A，新增噸水成本控制在（藥耗+電耗）1.0元內(nèi)，噸水電耗0.2kwh左右。

    推廣應(yīng)用—港東新城污水處理廠提標(biāo)改造工程

    港東新城污水處理廠來(lái)水工業(yè)廢水占比50%左右，污水鹽度波動(dòng)大，同時(shí)碳源極度缺乏，二沉出水難降解有機(jī)物含量高，處理規(guī)模1.25萬(wàn)噸/d，提標(biāo)改造由一級(jí)A至天津地標(biāo)DB12/599-2015 A。

    針對(duì)碳源極度缺乏、碳源利用率低和鹽度沖擊大等問(wèn)題，將原有的A2O生物池進(jìn)行功能區(qū)精細(xì)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(biāo)改造前相比，碳源量不但無(wú)增加反而降低13-30%。

    針對(duì)生物段出水COD較高且難降解，采用二級(jí)臭氧催化氧化，并與生物活性炭濾池耦合聯(lián)用；可根據(jù)水質(zhì)情況，二級(jí)臭氧催化氧化采用多模式運(yùn)行，提高氧化效率，實(shí)現(xiàn)降耗，保障穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。目前，該工程穩(wěn)定運(yùn)行，出水穩(wěn)定達(dá)到地標(biāo)A。

    課題實(shí)施成效：全面支撐天津污水排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)及水質(zhì)改善

    課題通過(guò)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》及《天津市水污染防治工作方案》的落地實(shí)施，很好地支撐了天津污水排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)工作，保障了濱海新區(qū)北塘污水處理廠提標(biāo)改造等重大工程按規(guī)定時(shí)間點(diǎn)完成，順利執(zhí)行天津新地標(biāo)DB12/599-2015。

    對(duì)標(biāo)天津市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)、碧水保衛(wèi)戰(zhàn)以及渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)一系列天津生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。提標(biāo)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(duì)大幅削減入海河流污染物，改善天津渤海近岸水質(zhì)發(fā)揮重要作用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益。支撐了天津市河道水體水質(zhì)實(shí)現(xiàn)“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(biāo)，以及渤海攻堅(jiān)戰(zhàn)天津渤海近岸海域水質(zhì)實(shí)現(xiàn)“12條入海河流全面消除劣V類，渤海天津海域水質(zhì)穩(wěn)中趨好，生態(tài)環(huán)境保持穩(wěn)定，水質(zhì)優(yōu)良(一、二類海水)比例達(dá)到 16%” 目標(biāo)。