城鎮污水處理廠提標改造

城鎮污水處理廠提標改造：國家環境保護總局環發[2005]110 號“關于嚴格執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的通 知”中第一次提出， “為防止水域發生富營養化，城鎮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城鎮污水處理廠，城鎮處理廠一級 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，不可避免的出現許多比較難以抉擇的問題，現就其中部分 問題及可采取的技術手段進行簡單討論，供工程設計與運行人員參考。城鎮污水處理廠提標改造：1 常規預處理功能區的強化對于以 COD、BOD 和 SS 去除為主要目的的城鎮污水處理廠，預處理構筑物的設計和運行可 以采用粗放模式，其效果對后續生物系統的影響較低；但隨著標準的提高，如何進一步發揮預處 理構筑物功能，通過預處理設施改造，提高后續生物系統碳源含量和池容的有效利用率，如何降 低懸浮性顆粒物質對設備運行及出水水質的影響，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生物系統及出水水質造成不利影響，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的運行。格柵除渣的主要原理為物理攔截。隨著我國城鎮居民生活水平的提高和生活習慣的改變，污水中的毛發、織物細纖維、塑料與 橡膠碎片等越來越多，因此格柵在城鎮污水處理廠中的左右越來越顯現。目前我國城鎮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生物系統也具有很大的影響。一般污水處理廠采用的齒耙式格柵對污水中的的毛發、織物細纖維、塑料與橡膠碎片等物質的去除效果很差，基本不能去除這類物質。旋轉式細格柵能夠去除這類物質，但當采用柵條結構時，一些片狀或絲狀物質會順著柵條間隙流入后續系統中；另外旋轉式細格柵設備結構存在清理上的難題，很容易在柵前攔截的物質通過旋轉進入柵后，而后直接進入到后續的生物系統中，從而影響后續生物系統部分功能的發揮，尤其是纏繞儀表或堵塞泵頭等問題，這也是我國城鎮污水處理廠自控儀器儀表使用壽命短以及經常失靈的原因之一。 結構分析與實驗結果表明，編織網或孔板結構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絲等影響后續生物系統功能的雜質，尤其是對后續工藝中采用了 BAF、 MBBR、MBR、濾布濾池等對懸浮顆粒物質含量要求較高的工藝，編織網或孔板結構類型格柵將 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揮功效時，污水中的大量砂粒進入后續系統，不僅會在生物系統中形成沉積，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的污泥活性以及 整個系統的能耗。對于曝氣沉砂池功能的強化，可以考慮延長池長，優化水力旋轉效果，并合理的確定提砂方式方法，但由于我國城鎮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化以適應城鎮污水水質水量波動特征，另一方面是如何克服現有許多旋流沉砂池 頂部低流速、底部高流速的不合理流場分布特征，可實施的技術路線主要包括旋流沉砂池進水渠 的水量波動自適應調節、攪拌器高度及攪拌角度的合理設計。由于后續生物系統對碳源的需求， 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。由于內部流態和結構設計不合理，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中，從而在系統中形成了無效循環，不僅增加了設備負擔，而且浪費了大量能源。
1.3 常規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污水普遍存在的特有水質特點，與發 達國家的城鎮污水水質有比較明顯的差異。我國城鎮污水處理廠進水 SS/BOD5 比值處于超高比值 （＞2.0）和高比值（1.4 ~ 2.0）的數量分別高達 32%和 16%。與美國城鎮污水的 SS/BOD5 比值為 如高進水 SS/BOD5 1.1 左右相比， 我國城鎮污水 SS/BOD5 比值高于1.1的污水處理廠數量高達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生物處理系統中，從而造成生物 處理系統的 MLVSS/MLSS 比值明顯偏低，目前許多城鎮污水處理廠的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了協同沉淀，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，明顯影響后續除磷脫氮系統的運行效能。
城鎮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，改造為生物系統的做法，其實，綜合權衡，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，更有可能出現的是大量的無機物進入生物系統并形成積累，從而在很大程度 上降低了后續生物系統的池容利用率，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生物系統 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。
城鎮污水處理廠提標改造：2 生物處理系統的合理布局與精準控制在現行的技術手段下，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， 如何通過生物系統功能區的合理優化布局、 精細管理和準確控制實現 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 內碳源利用與商業碳源的選擇 我國城鎮污水處理廠碳源不足問題嚴重，根據 2009 年的抽樣統計分析，我國城鎮污水處理廠 BOD5/TN 平均僅為 3.49，明顯低于發達國家的 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，并對功能區進行精準控制，TN 穩定達標的難度更大。 但是，另一方面，我國在城鎮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完全混合，在整體 推流的作用下，短時間反應后進入了后續生物系統，造成碳源浪費，而內回流比設計過大，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 質也各有優劣，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。 關于外碳源投加點，多數人認為，既然是為了強化生物脫氮，應投加到缺氧區，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好氧區，不僅造 成碳源浪費，而且增加了能源需求量，建議可適當的將碳源投加調整到預缺氧池（如果有）或者 厭氧區，這樣即使過量的碳源進入缺氧區，也不會造成太多的浪費。
2.2 厭/缺/好氧區的合理分配與精確控制 為了確保污水生物處理系統中的優勢菌群有較好的生長環境，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污水處理廠的厭缺氧區的停留時間 不應超過好氧區。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整，生物系統的優勢菌群中也需要增加反硝化菌和釋磷菌類菌群結構，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厭氧區時，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 程技術研究中心在 90 年代提出的前置預缺氧區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 NO3–N 影響的問題，但另一方面卻降低了厭氧區的污 泥濃度，并縮短了厭氧區的實際停留時間，并不一定從總體上提升厭氧區的實際功效。 混合液回流點的選取與 DO 的控制對于缺氧區碳源的利用也具有重要的影響。通常情況下， 城鎮污水處理廠都將混合液回流點設置于生物系統好氧區末端，而為了確保出水 DO 濃度，并避 免二沉池出現嚴重的浮泥（含反硝化浮泥和厭氧浮泥）現象，生物好氧區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，首先利用原水中的有機物，影響反硝化 效果。因此為確保更優的碳源利用效果和缺氧區反硝化脫氮效果，在今后的污水處理工程設計中 需要考慮在好氧區中后部設置一個低溶解氧回流區。
2.3 低溫季節及超高負荷階段生物功能的保持與強化 目前我國對城鎮污水處理廠出水水質的環保監測是采用瞬時取樣方式的，但是，城鎮污水處 理廠的效果不僅受到了進水水質水量劇烈波動的影響，而且生物系統的微生物活性也在很大程度 上受環境溫度的影響，因此在系統設計和運行中通常需要考慮緩沖水質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的影響，多數冬季低溫區污水處理廠均采用不同季節，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的許多功能區 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內投加懸浮填料， 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內的硝化細菌含量，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擴容方案，但其投加和運行仍有很多技術要求，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堆積現象的主要原因；另外，填料表面必須經過一定的掛膜 周期，才能發揮生物效益。
城鎮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果表明，傳統的以生物系統改造為核心的污 水處理廠提標改造方案，很難確保城鎮污水處理廠的氮磷同步穩定達標，仍需要考慮輔以化學除磷實現磷的穩定達標、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 化學強化除磷系統設計 我國大部分城鎮污水處理廠碳氮比嚴重偏低以及含氮物質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，需要結合污水處理廠的實際出 水水質情況開展相關研究。 另外，部分后續深度處理工藝對化學藥劑的投加是有一定的技術要求，例如濾布濾池工藝要 求前端不能設置化學加藥系統，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的影響；或者在加藥系統后增設沉淀區，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 TN 的穩定達標，但仍有大量污水處理廠，由于設計 的問題，導致生物系統脫氮能力極低，TN 達標難度大，有必要在后續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，濾料的優劣主要體現在生物掛膜特征；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，同時又不會出現碳源盈余過多的現象。另外，由 于很難避免所投加碳源出現過量現象，對于 COD 穩定達標較敏感的污水處理廠，為確保 COD 的 穩定達標，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。具體參見更多相關技術文檔。
3.3 過濾強化懸浮物及部分有機質去除 污水處理廠生物處理系統出水SS不僅影響污水處理廠 SS、TP 和 COD 的穩定達標，而且由 于懸浮物（菌膠團）的包埋作用，高 SS 對后續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。 傳統的砂濾工藝是一種運行性能穩定，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。這些過濾技術和成套系統 具有緊湊、占地小、并且總裝機功率低的優點，使得在原二級污水處理廠的基礎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的懸浮物濃度，否則容易導致過濾和清 洗系統頻繁啟動。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過濾系統的要求。

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