設(shè)計案例 | 城市污水廠一級A提標改造如何進行工藝選擇和設(shè)計

　　隨著城市水環(huán)境綜合治理的需求，污水處理廠一級A標準全面推行，而提標改造工程的工藝的合理選擇將直接關(guān)系到工程投資和運行成本，并影響污水廠高效低耗、安全穩(wěn)定運行。

　　那么如何合理地進行工藝選擇？設(shè)備工藝如何設(shè)計改造？

　　本文從實際工程出發(fā)，總結(jié)國內(nèi)污水廠一級A排放標準提標改造的工藝設(shè)計特點，討論了污水廠出水提標至一級A標準的技術(shù)手段，分析了深度處理工藝主要構(gòu)筑物選型及特點，并對污水廠未來發(fā)展方向提出了建議。

　　城市污水處理廠發(fā)展

　　城市污水處理廠的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。

　　第一階段：以去除懸浮物、較大顆粒物為主的一級污水廠，處理工藝一般為沉砂池、初沉池，該類污水廠主要建于20世紀初期，對污水中BOD5、SS的去除率分別約為30%與50%，目前一級污水廠僅在特殊情況下采用或作為更高級污水廠分期建設(shè)的第一階段。

　　第二階段：以生物處理為主體二級污水廠，即一般在預(yù)處理的基礎(chǔ)上新增曝氣反應(yīng)池和二沉池，該類污水廠在20世紀50年代以后得到快速發(fā)展，可去除水中可生物降解的有機物、懸浮固體以及部分營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）等，尤其是對污水中COD、BOD的去除率分別可達到80%與90%。

　　二級生物處理主要包括活性污泥法（AO工藝、AAO工藝、氧化溝OD工藝以及SBR工藝等）和生物膜法（生物濾池等），目前兩者共同覆蓋了我國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施主體工藝的90%以上。

　　第三階段：以“混凝-沉淀-過濾”深度處理工藝為代表的三級污水廠，該類污水廠在20世紀60年代末開始建設(shè)，至90年代逐漸得到重視，主要用來進一步去除污水中剩余的懸浮固體，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及其它微量有機物，三級污水廠出水大大降低了污染負荷，對于控制水體富營養(yǎng)化，改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。城市污水處理廠工藝流程如圖所示。

　　污水處理廠的提標改造

　　統(tǒng)計資料顯示，截至2016年底，我國已累計建成污水處理廠共3 552座，出水水質(zhì)執(zhí)行一級A標準比例約為27%。隨著水污染的防治力度的加大，部分地區(qū)制定了嚴格的地方標準，將排入地表水體N、P等污染物的排放限值規(guī)定進一步接近或達到地表Ⅳ類水體水質(zhì)。但結(jié)合我國實際發(fā)展情況，大部分地區(qū)還應(yīng)以一級A標準為污水處理的主要目標，因地制宜地實施污水處理廠的升級改造。

　　通常污水廠水質(zhì)提標時，可能存在已建生物反應(yīng)池脫氮除磷能力可能不足，二級生物處理本身較難保證出水SS、TP及TN同時達到一級A標準等問題。需采取強化二級生物處理工藝或增加深度處理工藝的方法進行提標改造，確保污水廠出水水質(zhì)達到一級A標準。例如TN，需要進行生物反應(yīng)池改造強化生物脫氮，同時增加后置反硝化脫氮工藝和碳源補充措施等。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合不同地區(qū)污水處理廠運行的實際情況、污水廠實際進出水水質(zhì)分析等，因地制宜，合理地進行工藝選擇。

　　淮安經(jīng)濟開發(fā)區(qū)污水處理廠擴建及提標改造工程

　　一級A提標改造工藝選擇

　　在傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝中，污水中氮的去除通過有機物氧化、氨化、硝化和反硝化過程實現(xiàn)，認為硝化與反硝化兩個過程相對獨立。但是，在實際工程應(yīng)用中，同一反應(yīng)池中生物脫氮與生物除磷過程易受各種因素影響（包括溫度、pH、碳源、溶解氧、污泥齡、混合液或污泥回流比等），并相互制約，很難同時獲得較高的生物脫氮、生物除磷效率。因此，在污水廠提標改造時，對現(xiàn)有二級生物處理工藝脫氮除磷效率進行分析，深入挖掘傳統(tǒng)工藝脫氮除磷能力，減少后續(xù)工藝流程長度，是十分必要的。

　　在實際工程應(yīng)用中，若要進行生物脫氮或生物除磷，一般要求進水BOD5/TKN＞4或BOD5/TP＞17，保證碳源充足；若要同步脫氮除磷，由于污水生物脫氮與生物除磷之間存在碳源競爭，所需C/N、C/P值更高。因此，碳源不足可能成為限制生物脫氮除磷效率提高的關(guān)鍵因素。隨著厭氧氨氧化、短程硝化反硝化和反硝化除磷等新型生物脫氮除磷工藝研究的應(yīng)用，污水處理過程中的碳源、能源消耗可大大減少，但上述工藝在國內(nèi)實際工程應(yīng)用的還較少。因此，現(xiàn)階段我國污水處理廠提標改造工藝設(shè)計的一般原則仍然是優(yōu)先生物脫氮，強化生物除磷、輔助化學除磷，同時宜考慮碳源補充措施。

　　一級A提標改造工藝設(shè)計與改造

　　已建處理單元改造

　　（1）初沉池改造

　　污水廠中初沉池主要用來降低懸浮固體的含量，保證后續(xù)生物處理系統(tǒng)的正常運行，但另一方面，初沉池對碳源也有一定比例的去除（BOD的去除率為25%~40%），造成污水廠生物反應(yīng)池進水碳源不足問題更加突出，影響生物脫氮除磷效率。目前，針對污水廠已建初沉池，結(jié)合具體工程條件，若需要進行改造，一是將初沉池改為厭氧區(qū)或（預(yù)）缺氧區(qū)，增加生物反應(yīng)池水力停留時間；二是利用初沉池污泥發(fā)酵產(chǎn)生VFA（揮發(fā)性脂肪酸），充分利用內(nèi)部碳源，提高系統(tǒng)脫氮除磷效果。研究表明，初沉發(fā)酵池宜在進水BOD5 /TN偏低（BOD5/TN＜4）、SS/BOD5偏高（SS/BOD5＞1.2）時設(shè)置，可有效提高生物系統(tǒng)的污泥活性，減少外部碳源投加量。

　?。?）生物反應(yīng)池改造

　　在提標改造工藝設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)狀水質(zhì)分析，按設(shè)計進出水水質(zhì)對已建生物反應(yīng)池池容進行復(fù)核。通過技術(shù)改造，充分發(fā)揮二級生物處理功能，提高生物脫氮除磷效率。目前，已建生物反應(yīng)池改造常用的方法有：①調(diào)整功能分區(qū)，若已建生物反應(yīng)池容積基本滿足要求，可通過新增土建隔墻或結(jié)合初沉池改造的方式，將原池內(nèi)各段分區(qū)進行調(diào)整，或改為倒置AAO工藝、五段Bardenpho工藝、UCT工藝等；②MBBR工藝改造：即一般在優(yōu)先保證厭、缺氧區(qū)容積的條件下，通過好氧區(qū)投加懸浮填料富集微生物，實現(xiàn)活性污泥法與生物膜法聯(lián)用，保證二級生物處理效果，該方法比較適用于用地限制、不增加反應(yīng)池容積的老廠改造；③擴容減量改造，通過核減已建生物反應(yīng)池處理規(guī)模，減小負荷、延長水力停留時間，同時另外新建生物反應(yīng)池滿足污水處理水量要求。

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編輯：王媛媛