郭宏 吴广涛 李庭森 边海英 蔡红璞
中原石油勘探局有限公司水务分公司 河南濮阳 457001
摘要：天津LNG接收站建立一套“A/A/O+MBR膜”污水处理系统，并以站内暖通系统为基础，探讨出一套以污水升温工艺管理方案为主体、基础工艺管理方案为辅的AAO污水处理系统冬季运行管理方案，解决了因冬季污水水温低导致的污水处理系统运行效率低、处理水量不足和出水水质不达标等问题。
前言
天津LNG接收站为响应国家建设绿色企业的号召，采用“A/A/O+MBR膜”污水处理工艺，并结合全站绿化系统，建立一套污水处理及回用绿化的综合体系，实现污水“零排放和循环利用”。天津LNG接收站位处北方渤海之滨，冬季天气寒冷，污水进水温度偏低，是制约正常平稳运行的重大因素。通过整理站内资源，利用暖通系统，提高冬季污水水温至污水生化处理系统适宜温度，保障冬季污水处理系统出水水质达标和处理水量满足接收站实际需求。
1 温度对污水处理系统的影响
污水处理在很大程度上依赖于微生物的活动，温度对影响A/A/O工艺主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。
温度影响A/A/O工艺污水中COD的去除率，总体上水温升高有利于提高COD的的去除率，当水温介于15℃-20℃时，COD的去除率由70%上升至81.4%，水温继续上升时最高可达到85%[1]。
温度影响A/A/O工艺污水中TN的去除率，TN的去除与硝化、反硝化功能密切相关，水温低于低于20℃时，TN的去除率约为46.8%，水温高于25%时，TN的去除率大于70%[1]。
在好氧段，硝化反应在5- 35℃时，其反应速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为30-35℃[2]。当水温低于15℃-20℃时系统消化率介于70%-80%之间，20℃-25℃之间硝化功能增长较快，消化率最高可达95%以上【1】。水温对硝化功能有较大的影响，低温可一定程度上抑制硝化功能，当低于5℃时，硝化菌的生命活动几乎停止。
在缺氧段的反硝化反应可在5-27℃时进行，反硝化速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为15-25 ℃[2]。
温度对A/A/O工艺的除磷相比脱氮的影响较小，在厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5-30 ℃除磷效果均较好。 [2]
为了保持出水水质的稳定，需要保持细菌的增殖速度和活性，因此综合考虑需要保持各反应池水温在15-25 ℃（区间内越高越好）。
2 天津LNG接收站冬季污水水温现状
天津LNG接收站的主要生产工艺为LNG的接卸、储存、汽化、外输，其污水的主要来源为生活污水和少量较为清洁的生产污水和雨水。通过统计2019年10月1日至2020年5月10日外界气温与总污水池水温曲线，可以得出在冬季时雨水和生产污水极少，污水的水温主要受市政来水水温和外界环境影响，2019年12月上旬至2020年3月中旬，污水水温在15℃以下，最低温度阶段出现在2020年2月至3月初，最低温度为8.2℃。天津市通常供暖时间为11月15日至来年的3月15日，共计4个月供暖期，完全包含了天津LNG接收站污水水温低于15℃。
3.冬季污水处理系统运行管理
3.1 基本工艺管理
3.1.1 增加ＭLSS（活性污泥浓度）
通过增加MLSS浓度，利用微生物的数量增加，抵消微生物反应活性降低导致污水处理能力下降的问题。
3.1.2 调整曝气量，保证生物池内的溶解氧
增加MLSS浓度后，微生物数量增加，需要保障生化池的氧含量和氧气供应，保持微生物对氧气的正常需求，来维持微生物生存和活性。
3.1.3 冬季的保温措施
天津LNG接收站的主体“AAO+MBR膜”污水处理工艺设施设置在室内，采用地上组合池的方式组建，室内安装暖气供热管网和空调，能保证室内温度在20℃以上。外部污水管网敷设在地面0.7m以下或进行保温处理。
3.2 污水升温工艺管理
污水来水温度低，通常提高污水处理系统进水温度的方法为电伴热或电加热盘管的电加热方法，总体来说设计简单，操作方便，能效利用率高，但也有利用暖气供热系统或其他供热系统加热污水进水的方法。天津LNG接收站污水处理系统调节缓冲池设置热水盘管，利用厂区暖通系统，对调节缓冲池内污水进行加热，使污水处理“AAO+MBR膜”装置进水达到15-20℃；保障活性污泥中微生物生物活性，进而保证污水处理系统的处理水量和出水水质双达标。
3.2.1 污水升温能耗与暖通供热能力评估
污水处理系统进水量为1m3/h时，污水提升1℃，需要提供的供热功率为：
功率= V × ρ水× C水 × ΔT = 1m3/h × 1000Kg/m3 × 4.2kJ/Kg?℃ × 1℃=1.167KW
天津LNG接收站设计建设日处理污水量100m3/d，系统每小时进水量4.17m3，根据天津LNG接收站大气和污水温度曲线数据，总体污水温度提高10℃，能达到污水处理系统适宜运行温度15-25℃，即暖通系统需要对污水处理系统提供的理论热功率为4.17*10*1.167=48.66KW。
天津LNG接收站配备2台热水锅炉，额定热功率为1.05 MW，消耗天然气约为75Nm3/h，一用一备运行，按照暖通系统给污水系统的有效供热率为50%计算，占单台额定热功率的9.27%，表明现有暖通系统具备保障污水处理系统在冬季运行期间进水温度在15-25℃的能力，消耗天然气量约为6.95Nm3/h，即增加运行成本约20元/h，远小于采用电加热理论电费（48.66*1.3=63.26元/h）。
3.2.2 污水升温工艺管理
暖通加热盘管设置在调节缓冲池，设定污水处理系统进水目标温度为20℃，为了保障调节缓冲池水温在20℃左右，且水温上下波动范围小，需要合理的调配污水进水量和暖通系统供热量。
（1）污水进水量管理
污水收集系统根据调节池液位间断性补充污水至调节池，为了减小补充污水过程中对调节池整体污水造成的水温波动，设定高位补水机制，即设定调节缓冲池内低于60%液位开始补水，高于75%液位时停止补水，调节池水温下降量为温差（补充污水水温与调节池水温）的20%，可以有效降低调节池的整体水温波动。同时一定程度的降低补水速度，也能有效降低水温波动。
（2）调节缓冲池水温管理
调节缓冲池水温受两个方面影响，一是补充污水水量和补水速度；二是暖通系统供热功率。通过设定调节缓冲池水温在20℃为目标值，低于18℃，降低补水速度或停止补水，也可以提高暖通系统供热功率，即提高进水温度或循环水量等；高于22℃，加大补水速度或开始补水，也可以降低暖通系统供热功率，即降低进水温度或循环水量等。建议调整至适宜的暖通系统供热功率后，通过调整补充污水水量和补水速度以及污水处理系统进水量的方法，微调调节缓冲池水温平衡。
（3）暖通系统供热量管理
提高污水处理系统进水温度至适宜温度，需要根据污水处理总量、补充水水温以及热能损失和热传导效率等多方面因素，进行有效的适时调整，即找到整体供热动态平衡点，既不能让污水处理系统进水温度过低，影响活性污泥中微生物的活性，进而影响出水水质，也不能让污水处理系统进水温度过高，造成暖通系统热能浪费。
4.冬季运行管理方案效果预测与评价
4.1 通过以污水升温工艺管理方案为主体，基础工艺管理方案为辅，能有效的保证污水处理系统进水温度在20±2℃范围内，即保证系统运行平稳和出水水质稳定合格。
4.2 通过利用暖通系统供热的方式，在经济能耗上远远优于电加热的方式，在操作管理上也简单易行。
4.3 该管理方案能有效解决冬季AAO污水处理系统冬季运行存在的根本问题。
参考文献
【1】 赵丰，戴兴春，黄明生，温度对A2O工艺脱氮影响的研究；环境科学与技术，2010.3,33（3）:49～53
【2】 娄金生，谢水波。
提高A2/O工艺总体处理效果的措施；中国给水排水，1998,14（3）:27～30
郭宏 吴广涛 李庭森 边海英 蔡红璞
中原石油勘探局有限公司水务分公司 河南濮阳 457001
摘要：天津LNG接收站建立一套“A/A/O+MBR膜”污水处理系统，并以站内暖通系统为基础，探讨出一套以污水升温工艺管理方案为主体、基础工艺管理方案为辅的AAO污水处理系统冬季运行管理方案，解决了因冬季污水水温低导致的污水处理系统运行效率低、处理水量不足和出水水质不达标等问题。
前言
天津LNG接收站为响应国家建设绿色企业的号召，采用“A/A/O+MBR膜”污水处理工艺，并结合全站绿化系统，建立一套污水处理及回用绿化的综合体系，实现污水“零排放和循环利用”。天津LNG接收站位处北方渤海之滨，冬季天气寒冷，污水进水温度偏低，是制约正常平稳运行的重大因素。通过整理站内资源，利用暖通系统，提高冬季污水水温至污水生化处理系统适宜温度，保障冬季污水处理系统出水水质达标和处理水量满足接收站实际需求。
1 温度对污水处理系统的影响
污水处理在很大程度上依赖于微生物的活动，温度对影响A/A/O工艺主要体现在细菌的增殖速度和活性两个方面。
温度影响A/A/O工艺污水中COD的去除率，总体上水温升高有利于提高COD的的去除率，当水温介于15℃-20℃时，COD的去除率由70%上升至81.4%，水温继续上升时最高可达到85%[1]。
温度影响A/A/O工艺污水中TN的去除率，TN的去除与硝化、反硝化功能密切相关，水温低于低于20℃时，TN的去除率约为46.8%，水温高于25%时，TN的去除率大于70%[1]。
在好氧段，硝化反应在5- 35℃时，其反应速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为30-35℃[2]。当水温低于15℃-20℃时系统消化率介于70%-80%之间，20℃-25℃之间硝化功能增长较快，消化率最高可达95%以上【1】。水温对硝化功能有较大的影响，低温可一定程度上抑制硝化功能，当低于5℃时，硝化菌的生命活动几乎停止。
在缺氧段的反硝化反应可在5-27℃时进行，反硝化速率随温度升高而加快，适宜的温度范围为15-25 ℃[2]。
温度对A/A/O工艺的除磷相比脱氮的影响较小，在厌氧段，温度对厌氧释磷的影响不太明显，在5-30 ℃除磷效果均较好。 [2]
为了保持出水水质的稳定，需要保持细菌的增殖速度和活性，因此综合考虑需要保持各反应池水温在15-25 ℃（区间内越高越好）。
2 天津LNG接收站冬季污水水温现状
天津LNG接收站的主要生产工艺为LNG的接卸、储存、汽化、外输，其污水的主要来源为生活污水和少量较为清洁的生产污水和雨水。通过统计2019年10月1日至2020年5月10日外界气温与总污水池水温曲线，可以得出在冬季时雨水和生产污水极少，污水的水温主要受市政来水水温和外界环境影响，2019年12月上旬至2020年3月中旬，污水水温在15℃以下，最低温度阶段出现在2020年2月至3月初，最低温度为8.2℃。天津市通常供暖时间为11月15日至来年的3月15日，共计4个月供暖期，完全包含了天津LNG接收站污水水温低于15℃。
3.冬季污水处理系统运行管理
3.1 基本工艺管理
3.1.1 增加ＭLSS（活性污泥浓度）
通过增加MLSS浓度，利用微生物的数量增加，抵消微生物反应活性降低导致污水处理能力下降的问题。
3.1.2 调整曝气量，保证生物池内的溶解氧
增加MLSS浓度后，微生物数量增加，需要保障生化池的氧含量和氧气供应，保持微生物对氧气的正常需求，来维持微生物生存和活性。
3.1.3 冬季的保温措施
天津LNG接收站的主体“AAO+MBR膜”污水处理工艺设施设置在室内，采用地上组合池的方式组建，室内安装暖气供热管网和空调，能保证室内温度在20℃以上。外部污水管网敷设在地面0.7m以下或进行保温处理。
3.2 污水升温工艺管理
污水来水温度低，通常提高污水处理系统进水温度的方法为电伴热或电加热盘管的电加热方法，总体来说设计简单，操作方便，能效利用率高，但也有利用暖气供热系统或其他供热系统加热污水进水的方法。天津LNG接收站污水处理系统调节缓冲池设置热水盘管，利用厂区暖通系统，对调节缓冲池内污水进行加热，使污水处理“AAO+MBR膜”装置进水达到15-20℃；保障活性污泥中微生物生物活性，进而保证污水处理系统的处理水量和出水水质双达标。
3.2.1 污水升温能耗与暖通供热能力评估
污水处理系统进水量为1m3/h时，污水提升1℃，需要提供的供热功率为：
功率= V × ρ水× C水 × ΔT = 1m3/h × 1000Kg/m3 × 4.2kJ/Kg?℃ × 1℃=1.167KW
天津LNG接收站设计建设日处理污水量100m3/d，系统每小时进水量4.17m3，根据天津LNG接收站大气和污水温度曲线数据，总体污水温度提高10℃，能达到污水处理系统适宜运行温度15-25℃，即暖通系统需要对污水处理系统提供的理论热功率为4.17*10*1.167=48.66KW。
天津LNG接收站配备2台热水锅炉，额定热功率为1.05 MW，消耗天然气约为75Nm3/h，一用一备运行，按照暖通系统给污水系统的有效供热率为50%计算，占单台额定热功率的9.27%，表明现有暖通系统具备保障污水处理系统在冬季运行期间进水温度在15-25℃的能力，消耗天然气量约为6.95Nm3/h，即增加运行成本约20元/h，远小于采用电加热理论电费（48.66*1.3=63.26元/h）。
3.2.2 污水升温工艺管理
暖通加热盘管设置在调节缓冲池，设定污水处理系统进水目标温度为20℃，为了保障调节缓冲池水温在20℃左右，且水温上下波动范围小，需要合理的调配污水进水量和暖通系统供热量。
（1）污水进水量管理
污水收集系统根据调节池液位间断性补充污水至调节池，为了减小补充污水过程中对调节池整体污水造成的水温波动，设定高位补水机制，即设定调节缓冲池内低于60%液位开始补水，高于75%液位时停止补水，调节池水温下降量为温差（补充污水水温与调节池水温）的20%，可以有效降低调节池的整体水温波动。同时一定程度的降低补水速度，也能有效降低水温波动。
（2）调节缓冲池水温管理
调节缓冲池水温受两个方面影响，一是补充污水水量和补水速度；二是暖通系统供热功率。通过设定调节缓冲池水温在20℃为目标值，低于18℃，降低补水速度或停止补水，也可以提高暖通系统供热功率，即提高进水温度或循环水量等；高于22℃，加大补水速度或开始补水，也可以降低暖通系统供热功率，即降低进水温度或循环水量等。建议调整至适宜的暖通系统供热功率后，通过调整补充污水水量和补水速度以及污水处理系统进水量的方法，微调调节缓冲池水温平衡。
（3）暖通系统供热量管理
提高污水处理系统进水温度至适宜温度，需要根据污水处理总量、补充水水温以及热能损失和热传导效率等多方面因素，进行有效的适时调整，即找到整体供热动态平衡点，既不能让污水处理系统进水温度过低，影响活性污泥中微生物的活性，进而影响出水水质，也不能让污水处理系统进水温度过高，造成暖通系统热能浪费。
4.冬季运行管理方案效果预测与评价
4.1 通过以污水升温工艺管理方案为主体，基础工艺管理方案为辅，能有效的保证污水处理系统进水温度在20±2℃范围内，即保证系统运行平稳和出水水质稳定合格。
4.2 通过利用暖通系统供热的方式，在经济能耗上远远优于电加热的方式，在操作管理上也简单易行。
4.3 该管理方案能有效解决冬季AAO污水处理系统冬季运行存在的根本问题。
参考文献
【1】 赵丰，戴兴春，黄明生，温度对A2O工艺脱氮影响的研究；环境科学与技术，2010.3,33（3）:49～53
【2】 娄金生，谢水波。提高A2/O工艺总体处理效果的措施；中国给水排水，1998,14（3）:27～30