城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造

城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造：國家環(huán)境保護總局環(huán)發(fā)[2005]110 號“關(guān)于嚴格執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的通 知”中第一次提出， “為防止水域發(fā)生富營養(yǎng)化，城鎮(zhèn)生活污水處理廠出水排入國家和省確定的重 點流域及湖泊、水庫等封閉式、半封閉水域時，應執(zhí)行《標準》中一級標準的 A 標準” 。2006 年 第 21 號公告提出再次重申了這個問題， 這實際上在法規(guī)層面上將 GB18918-2002 一級標準 A 標準 的適用范圍直接擴大到絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠，城鎮(zhèn)處理廠一級 A 提標改造在許多流域和 省市大量實施。由于我國大量污水處理廠是在“九五”“十五”期間建成的，排放標準要求相對較低，在改、造為高排放標準污水處理廠的過程中，不可避免的出現(xiàn)許多比較難以抉擇的問題，現(xiàn)就其中部分 問題及可采取的技術(shù)手段進行簡單討論，供工程設計與運行人員參考。城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造：1 常規(guī)預處理功能區(qū)的強化對于以 COD、BOD 和 SS 去除為主要目的的城鎮(zhèn)污水處理廠，預處理構(gòu)筑物的設計和運行可 以采用粗放模式，其效果對后續(xù)生物系統(tǒng)的影響較低；但隨著標準的提高，如何進一步發(fā)揮預處 理構(gòu)筑物功能，通過預處理設施改造，提高后續(xù)生物系統(tǒng)碳源含量和池容的有效利用率，如何降 低懸浮性顆粒物質(zhì)對設備運行及出水水質(zhì)的影響，都是需要在設計和運行過程中考慮的問題。1.1 格柵的選取與功能強化格柵是城鎮(zhèn)污水處理廠的最基本配置之一，能有效的攔截城市排水中的各種大塊懸浮或漂浮狀污染物（垃圾），以防止大塊漂浮物或纏繞物對后續(xù)生物系統(tǒng)及出水水質(zhì)造成不利影響，或懸掛在儀器儀表上，導致儀表失靈，影響工藝自動控制系統(tǒng)的運行。格柵除渣的主要原理為物理攔截。隨著我國城鎮(zhèn)居民生活水平的提高和生活習慣的改變，污水中的毛發(fā)、織物細纖維、塑料與 橡膠碎片等越來越多，因此格柵在城鎮(zhèn)污水處理廠中的左右越來越顯現(xiàn)。目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠使用的格柵類型眾多，作為一種機械攔污設備，各種類型格柵均有各自不同的功效，且不同形式格柵的使用對后續(xù)生物系統(tǒng)也具有很大的影響。一般污水處理廠采用的齒耙式格柵對污水中的的毛發(fā)、織物細纖維、塑料與橡膠碎片等物質(zhì)的去除效果很差，基本不能去除這類物質(zhì)。旋轉(zhuǎn)式細格柵能夠去除這類物質(zhì)，但當采用柵條結(jié)構(gòu)時，一些片狀或絲狀物質(zhì)會順著柵條間隙流入后續(xù)系統(tǒng)中；另外旋轉(zhuǎn)式細格柵設備結(jié)構(gòu)存在清理上的難題，很容易在柵前攔截的物質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)進入柵后，而后直接進入到后續(xù)的生物系統(tǒng)中，從而影響后續(xù)生物系統(tǒng)部分功能的發(fā)揮，尤其是纏繞儀表或堵塞泵頭等問題，這也是我國城鎮(zhèn)污水處理廠自控儀器儀表使用壽命短以及經(jīng)常失靈的原因之一。 結(jié)構(gòu)分析與實驗結(jié)果表明，編織網(wǎng)或孔板結(jié)構(gòu)在保證相同的過水通量的情況下，能更大限度 的攔截塑料片和頭發(fā)絲等影響后續(xù)生物系統(tǒng)功能的雜質(zhì)，尤其是對后續(xù)工藝中采用了 BAF、 MBBR、MBR、濾布濾池等對懸浮顆粒物質(zhì)含量要求較高的工藝，編織網(wǎng)或孔板結(jié)構(gòu)類型格柵將 具有更好的市場前景。
1.2 沉砂池功能的強化 目前規(guī)范和設計中對沉砂池的主要功效要求是去除污水中 0.1 ~ 0.2 mm 顆粒，采用較為廣泛的沉砂池主要包括旋流沉砂池和曝氣沉砂池兩種類型，當沉砂池不能正常發(fā)揮功效時，污水中的大量砂粒進入后續(xù)系統(tǒng)，不僅會在生物系統(tǒng)中形成沉積，嚴重影響污水處理或污泥處理過程的運行效率，同時也會導致機械設備磨損和管道堵塞，并間接的影響到生物處理系統(tǒng)的污泥活性以及 整個系統(tǒng)的能耗。對于曝氣沉砂池功能的強化，可以考慮延長池長，優(yōu)化水力旋轉(zhuǎn)效果，并合理的確定提砂方式方法，但由于我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源嚴重不足的實際情況，在選用曝氣沉砂池時，還是應該考慮如何合理的降低充氧量和有機物去除率的問題；旋流沉砂池的強化更重要的是應該考慮如何進行設備整體優(yōu)化以適應城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量波動特征，另一方面是如何克服現(xiàn)有許多旋流沉砂池 頂部低流速、底部高流速的不合理流場分布特征，可實施的技術(shù)路線主要包括旋流沉砂池進水渠 的水量波動自適應調(diào)節(jié)、攪拌器高度及攪拌角度的合理設計。由于后續(xù)生物系統(tǒng)對碳源的需求， 強化對沙礫表面有機物的分離與回收也是需要著重考慮的問題。在沉砂池功能強化的同時，砂水分離器的功效也應該引起足夠的重視。由于內(nèi)部流態(tài)和結(jié)構(gòu)設計不合理，部分砂水分離器的砂回收率很低，導致大量沙礫又通過進水渠返回到進水系統(tǒng)中，從而在系統(tǒng)中形成了無效循環(huán)，不僅增加了設備負擔，而且浪費了大量能源。
1.3 常規(guī)初沉池的取舍進水無機懸浮固體含量高和碳氮比明顯偏低是我國城鎮(zhèn)污水普遍存在的特有水質(zhì)特點，與發(fā) 達國家的城鎮(zhèn)污水水質(zhì)有比較明顯的差異。我國城鎮(zhèn)污水處理廠進水 SS/BOD5 比值處于超高比值 （＞2.0）和高比值（1.4 ~ 2.0）的數(shù)量分別高達 32%和 16%。與美國城鎮(zhèn)污水的 SS/BOD5 比值為 如高進水 SS/BOD5 1.1 左右相比， 我國城鎮(zhèn)污水 SS/BOD5 比值高于1.1的污水處理廠數(shù)量高達78%，污水處理廠不設置初沉池，則大量的無機懸浮固體可能進入后續(xù)生物處理系統(tǒng)中，從而造成生物 處理系統(tǒng)的 MLVSS/MLSS 比值明顯偏低，目前許多城鎮(zhèn)污水處理廠的MLVSS/MLSS實際運行比值低于0.4，甚至低至0.3左右；而另一方面，大部分污水處理廠進水 BOD5/TN比值僅3 ~ 4，明顯低于發(fā)達國家的 5 ~ 6，導致的反硝化碳源不足問題相當突出。在設置常規(guī)初沉池的情況下，由于初沉池較長的停留時間和較低的表面溢流負荷率，懸浮物中的部分膠體或顆粒狀有機物實現(xiàn)了協(xié)同沉淀，而溶解性的氮磷等去除率卻較低，導致碳氮比偏低的問題會更加突出，有些情況下， BOD5/TN 比值可能降低到2.5 ~ 3 的水平，明顯影響后續(xù)除磷脫氮系統(tǒng)的運行效能。
城鎮(zhèn)污水處理廠改造過程中，由于受到占地面積和可利用土地量的影響，許多工程都采用了 拆除初沉池，改造為生物系統(tǒng)的做法，其實，綜合權(quán)衡，這種改造方案并不一定是真正意義上的 提高生物處理效果，更有可能出現(xiàn)的是大量的無機物進入生物系統(tǒng)并形成積累，從而在很大程度 上降低了后續(xù)生物系統(tǒng)的池容利用率，總體效果下降。 從另一個角度，我國以前的污水處理廠排放標準中重要的考核指標是 COD，而對 TN 和 TP 的要求不高， 初沉池在很大程度上起到了降低后續(xù)生物系統(tǒng) BOD 負荷的功效； 但隨著標準的提高， TN 和 TP 的去除對碳源的需求越來越高，如何更加合理的設計初沉池，以降低對 COD 的去除， 同時提高 TN 和 TP 的去除率，應將是后期一個重要的研究議題。
城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造：2 生物處理系統(tǒng)的合理布局與精準控制在現(xiàn)行的技術(shù)手段下，污水處理廠的 TN 基本上是通過生物處理得以去除的，對于出水 TN 要求較高的污水處理廠， 如何通過生物系統(tǒng)功能區(qū)的合理優(yōu)化布局、 精細管理和準確控制實現(xiàn) TN 的有效去除，是污水處理廠設計和運行過程中必須考慮的問題。
2.1 內(nèi)碳源利用與商業(yè)碳源的選擇 我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源不足問題嚴重，根據(jù) 2009 年的抽樣統(tǒng)計分析，我國城鎮(zhèn)污水處理廠 BOD5/TN 平均僅為 3.49，明顯低于發(fā)達國家的 5 ~ 6 水平，其中僅有 10%的污水處理廠 BOD5/TN 比值達到 6 以上，基本可以滿足城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷的碳源需求；60%以上的污水處理廠 BOD5/TN 比值低于 4，甚至 40%以上的污水處理廠 BOD5/TN 比值不足 3，TN 達標難度較大，對 于這部分碳源嚴重不足的污水處理廠，如不能合理設計碳源利用，并對功能區(qū)進行精準控制，TN 穩(wěn)定達標的難度更大。 但是，另一方面，我國在城鎮(zhèn)污水處理廠運行過程中也存在著碳源不合理利用，甚至浪費的 現(xiàn)象，如以往的初沉污泥攜帶大量的有機物，不僅造成碳源浪費，同時也增大了初沉污泥的處理 難度，惡臭問題滋生；缺氧池設計不合理，原水進入缺氧池后沒有很好的實現(xiàn)完全混合，在整體 推流的作用下，短時間反應后進入了后續(xù)生物系統(tǒng)，造成碳源浪費，而內(nèi)回流比設計過大，同樣 更容易造成原水在缺氧池的實際停留時間不足。 由于我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源不足的實際問題，目前許多污水處理廠已經(jīng)考慮了投加碳源強 化生物脫氮除磷的問題。目前應用的碳源以甲醇、乙酸、乙酸鈉等小分子有機物為主，但這些物 質(zhì)也各有優(yōu)劣，如甲醇和乙酸的使用存在安全性問題，乙酸鈉的使用存在運輸和預處理的問題等。 關(guān)于外碳源投加點，多數(shù)人認為，既然是為了強化生物脫氮，應投加到缺氧區(qū)，但實際上， 這并不一定是最佳的方案，由于有機物投加到活性污泥系統(tǒng)中，首先完成的是生物吸附作用，而 后才開始降解，當投加到缺氧池時，容易導致部分降解不完全的有機物進入后續(xù)好氧區(qū)，不僅造 成碳源浪費，而且增加了能源需求量，建議可適當?shù)膶⑻荚赐都诱{(diào)整到預缺氧池（如果有）或者 厭氧區(qū)，這樣即使過量的碳源進入缺氧區(qū)，也不會造成太多的浪費。
2.2 厭/缺/好氧區(qū)的合理分配與精確控制 為了確保污水生物處理系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群有較好的生長環(huán)境，以及較好的有機物去除和硝化 效果，通常認為以 BOD（COD）和氨氮去除為主要目標的傳統(tǒng)污水處理廠的厭缺氧區(qū)的停留時間 不應超過好氧區(qū)。但是隨著對 TN 和 TP 去除要求的進一步提升，許多原有的設計思路和理念因該有所調(diào)整，生物系統(tǒng)的優(yōu)勢菌群中也需要增加反硝化菌和釋磷菌類菌群結(jié)構(gòu)，同時需要通過增加 厭氧/缺氧停留時間來強化反硝化和厭氧釋磷效果，對于厭缺氧和好氧停留時間的合理比例問題就 需要進一步重新考慮。 但實際上回流污泥中不可避免的攜帶少量 嚴格意義上， 厭氧池中是不應該有 NO3–N 存在的， 的 DO 或 NO3–N，當回流污泥與原水混合進入?yún)捬鯀^(qū)時，溶解氧或 NO3–N 將首先快速利用原水 中的快速可生物降解性有機物，從而在一定程度上削減厭氧池的釋磷效果。國家城市給水排水工 程技術(shù)研究中心在 90 年代提出的前置預缺氧區(qū)的工藝流程在很大程度上緩解了這個問題， 而倒置 A2/O 工藝雖然在一定程度上解決了厭氧區(qū) NO3–N 影響的問題，但另一方面卻降低了厭氧區(qū)的污 泥濃度，并縮短了厭氧區(qū)的實際停留時間，并不一定從總體上提升厭氧區(qū)的實際功效。 混合液回流點的選取與 DO 的控制對于缺氧區(qū)碳源的利用也具有重要的影響。通常情況下， 城鎮(zhèn)污水處理廠都將混合液回流點設置于生物系統(tǒng)好氧區(qū)末端，而為了確保出水 DO 濃度，并避 免二沉池出現(xiàn)嚴重的浮泥（含反硝化浮泥和厭氧浮泥）現(xiàn)象，生物好氧區(qū)末端通常保持較高的溶 解氧濃度，這樣不可避免的大量高溶解氧進入到缺氧區(qū)，首先利用原水中的有機物，影響反硝化 效果。因此為確保更優(yōu)的碳源利用效果和缺氧區(qū)反硝化脫氮效果，在今后的污水處理工程設計中 需要考慮在好氧區(qū)中后部設置一個低溶解氧回流區(qū)。
2.3 低溫季節(jié)及超高負荷階段生物功能的保持與強化 目前我國對城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)的環(huán)保監(jiān)測是采用瞬時取樣方式的，但是，城鎮(zhèn)污水處 理廠的效果不僅受到了進水水質(zhì)水量劇烈波動的影響，而且生物系統(tǒng)的微生物活性也在很大程度 上受環(huán)境溫度的影響，因此在系統(tǒng)設計和運行中通常需要考慮緩沖水質(zhì)水量變化以及削減微生物 受溫度影響的問題。 為了緩解冬季低溫問題對生物系統(tǒng)的影響，多數(shù)冬季低溫區(qū)污水處理廠均采用不同季節(jié)，不 同運行模式和污泥濃度的方式運行，在秋末冬初就開始儲備污泥，通過增加活性生物濃度的方式 緩解生物活性冬季降低導致的處理效果低下問題， 同時考慮硝化細菌對溫度的敏感性更強的問題， 部分污水處理廠設置了過渡段，過渡段夏季按照缺氧模式運行，強化反硝化脫氮，冬季按照好氧 模式運行，強化生物硝化和有機物去除，同樣獲得了很好的效果。 雖然提高污泥濃度在一定程度上緩解了溫度影響的問題，但畢竟污水處理系統(tǒng)的許多功能區(qū) 并不能滿足高污泥濃度的要求。另一種緩解冬季低溫問題的方式是向生物系統(tǒng)內(nèi)投加懸浮填料， 使填料表面大量形成長泥齡生物菌群，從而在很大程度上提高了生物系統(tǒng)內(nèi)的硝化細菌含量，強 化了污水處理廠的總體處理效果。 填料雖然是一種很好的生物系統(tǒng)擴容方案，但其投加和運行仍有很多技術(shù)要求，例如，必須 滿足一定的填充比，并確保生物掛膜成功，才能保證填料在生物系統(tǒng)具有足夠的流化效果，這也 是許多污水處理廠初期投加填料出現(xiàn)堆積現(xiàn)象的主要原因；另外，填料表面必須經(jīng)過一定的掛膜 周期，才能發(fā)揮生物效益。
城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造：3 基于高排放標準的深度處理工藝方案污水處理廠一級 A 提標改造的實驗與工程實踐結(jié)果表明，傳統(tǒng)的以生物系統(tǒng)改造為核心的污 水處理廠提標改造方案，很難確保城鎮(zhèn)污水處理廠的氮磷同步穩(wěn)定達標，仍需要考慮輔以化學除磷實現(xiàn)磷的穩(wěn)定達標、過濾降低出水 SS、COD 和 TP 濃度、或考慮增設反硝化濾池（或 BAF 工 藝）強化對 TN 的去除。
3.1 化學強化除磷系統(tǒng)設計 我國大部分城鎮(zhèn)污水處理廠碳氮比嚴重偏低以及含氮物質(zhì)難以通過化學方法去除的實際情況 決定了許多污水處理廠只能犧牲磷的生物去除，而采用化學除磷工藝。在化學除磷工藝選擇上， 同樣有一些值得注意的問題。 生物系統(tǒng)中的磷主要以正磷酸鹽和聚磷酸鹽兩種方式存在的，兩種不同形式的磷決定了其化 學特征以及對不同化學藥劑的適應性能也應有所不同，這也可能是部分污水處理廠在出水中投加 大量的單一除磷藥劑后，TP 仍不能達到設定目標值的最根本原因，需要結(jié)合污水處理廠的實際出 水水質(zhì)情況開展相關(guān)研究。 另外，部分后續(xù)深度處理工藝對化學藥劑的投加是有一定的技術(shù)要求，例如濾布濾池工藝要 求前端不能設置化學加藥系統(tǒng)，如需進行化學除磷，一般要求將除磷藥劑投加到二沉池進水端， 其最不利影響在于藥劑投加量的增加以及對生物系統(tǒng)的影響；或者在加藥系統(tǒng)后增設沉淀區(qū)，部 分的解決了這個問題，但不僅增加了占地和投資，造成浪費，而且增加了管理難度。化學除磷藥 劑投加到常規(guī)的過濾工藝前，也容易造成污泥量增大，清洗頻率提高的問題。
3.2 反硝化濾池強化生物脫氮 雖然可以通過犧牲生物除磷的方式強化生物系統(tǒng)對污水中氮的去除，部分進水 BOD5/TKN 嚴 重偏低的污水處理廠可以通過投加碳源實現(xiàn) TN 的穩(wěn)定達標，但仍有大量污水處理廠，由于設計 的問題，導致生物系統(tǒng)脫氮能力極低，TN 達標難度大，有必要在后續(xù)工藝中增加反硝化強化生物 脫氮的工藝。對于深度處理脫氮工藝，目前應用最多的工藝為反硝化濾池。 反硝化生物濾池是生物反硝化作用過程與過濾工藝的有機結(jié)合，但為降低水力阻力，增大處 理能力，通常反硝化濾池不會采用細小砂躒，因此反硝化濾池的最主要功效通常在于生物反硝化 脫氮，過濾工藝的性能較弱。反硝化濾池建設與運行的主要影響因素在于濾料的選擇和碳源的合 理配置，濾料的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在生物掛膜特征；必須通過理論計算和實驗測試，合理確定碳源投 加量，確保所投加碳源既可以滿足反硝化需求，同時又不會出現(xiàn)碳源盈余過多的現(xiàn)象。另外，由 于很難避免所投加碳源出現(xiàn)過量現(xiàn)象，對于 COD 穩(wěn)定達標較敏感的污水處理廠，為確保 COD 的 穩(wěn)定達標，通常應在反硝化生物濾池后設置短停留時間的曝氣池，以去除過量的碳源。具體參見更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3.3 過濾強化懸浮物及部分有機質(zhì)去除 污水處理廠生物處理系統(tǒng)出水SS不僅影響污水處理廠 SS、TP 和 COD 的穩(wěn)定達標，而且由 于懸浮物（菌膠團）的包埋作用，高 SS 對后續(xù)消毒工藝也有極為不利的影響，因此許多污水處理 廠都在尾水端增設了過濾工藝。 傳統(tǒng)的砂濾工藝是一種運行性能穩(wěn)定，但占地面積大、投資與運行成本高的污水深度處理工 藝，在占地受到限制的污水處理工程建設與改造中，通常不再采用。近幾年，一些設備集成化程 度高的機械過濾技術(shù)開始在工程實際中廣泛使用，如華都琥珀 Rodisc 和西門子 Disk Filter 的盤式 過濾器、美國 Aqua Disk 公司和浦華控股有限公司的纖維濾布過濾等。這些過濾技術(shù)和成套系統(tǒng) 具有緊湊、占地小、并且總裝機功率低的優(yōu)點，使得在原二級污水處理廠的基礎(chǔ)上改造擴建變得更可行和容易實施，運行維護更加簡單方便。 各種過濾工藝的最大問題在于必須控制進入過濾系統(tǒng)的懸浮物濃度，否則容易導致過濾和清 洗系統(tǒng)頻繁啟動。另外，由于化學藥劑對濾布的黏附作用，在使用纖維濾布過濾工藝時，建議不 要在濾布前直接設置混凝或微絮凝工藝，如需增加化學除磷，除磷藥劑投加點應位于二沉池前端， 或在混凝工藝后增設沉淀，保證懸浮物濃度不會超過后續(xù)過濾系統(tǒng)的要求。

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