城市污水處理廠升級(jí)改造技術(shù)措施探討

王興苗

摘 要：城市污水處理廠升級(jí)改造任務(wù)是實(shí)現(xiàn)污染物COD、N和P減排目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，升級(jí)改造可從常規(guī)物化處理技術(shù)優(yōu)化控制、常規(guī)AO或A20工藝優(yōu)化改造、新工藝技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用和尾水深度處理等方面著手。

關(guān)鍵詞：城市綜合污水；升級(jí)改造；措施

COD、N和P的減排是我國污染物減排的重點(diǎn)，是解決現(xiàn)階段突出環(huán)境問題的重要舉措。城市污水處理廠的減排是實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，因此城市污水處理廠的升級(jí)改造任務(wù)十分迫切。

1. 常規(guī)物化處理技術(shù)優(yōu)化控制

強(qiáng)化常規(guī)物化工藝的效能也是實(shí)現(xiàn)污染物減排，特別是COD減排的有效途徑，強(qiáng)化手段主要是圍繞處理工藝創(chuàng)新與控制條件優(yōu)化。如提高化學(xué)混凝法效能的辦法是：一是選擇或開發(fā)合適的混凝藥劑；二是投加助凝劑；三是要確定混凝劑的最佳投藥量與投藥順序；四是確定最佳的反應(yīng)條件。

2. 常規(guī)AO或A20工藝優(yōu)化改造

我國城市污水處理廠主體工藝是活性污泥法。在好氧段，微生物能去除污水中的大部分有機(jī)物，BOD去除率達(dá)到80%～95%，甚至更高；通過氨化和硝化作用使得有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽；聚磷菌超量吸收污水中磷酸鹽，并通過剩余污泥的排放，將磷去除。在缺氧（兼氧）段，微生物能水解難降解的大分子有機(jī)物成小分子有機(jī)物，從而降低難降解有機(jī)物的含量；反硝化細(xì)菌能把內(nèi)回流或外回流帶入的硝酸鹽轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓瑥亩_(dá)到脫氮的目的；聚磷菌也能吸收污水中磷酸鹽。在厭氧段，微生物能水解難降解的大分子有機(jī)物成小分子有機(jī)物，降低難降解有機(jī)物含量；聚磷菌釋放磷，并吸收低級(jí)脂肪酸等易降解有機(jī)物，為好氧（兼氧）階段超量吸收磷做好準(zhǔn)備。因此，合理組合厭氧、缺氧、好氧工藝，從而達(dá)到去除C、N、P的目的。

國內(nèi)城市污水處理廠通過增加厭氧/缺氧處理單元、調(diào)整厭氧/缺氧/好氧單元的體積比、增設(shè)不同區(qū)域的污泥回流比和混合液回流系統(tǒng)等措施來調(diào)整活性污泥工藝，從而優(yōu)化改造常規(guī)AO或A20工藝，成效明顯[1]。杭州蕭山城市污水處理廠將一期工程采用的HCR（高效生化）工藝改造成A2O工藝，原HCR反應(yīng)塔和脫氣池改造為缺氧池，原初沉池中一座改造為缺氧池、另一座改造為厭氧池，出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行費(fèi)用降低[2]。2004年建成的上海市白龍港污水處理廠于2007年進(jìn)行了改造，通過設(shè)置多點(diǎn)進(jìn)水、多點(diǎn)污泥回流實(shí)現(xiàn)了多模式A2O工藝運(yùn)行（可分別按照多點(diǎn)進(jìn)水倒置A2O、傳統(tǒng)A20工藝運(yùn)行），運(yùn)行方式靈活[4]。

3. 新工藝技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用

3.1 高效厭氧技術(shù)

城市污水中含有一定量的工業(yè)廢水，工業(yè)廢水中含有的難降解有機(jī)物質(zhì)含量的多少直接決定生化出水水質(zhì)情況。因此，生物處理技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，其根本出發(fā)點(diǎn)還是要盡可能使得難降解物質(zhì)得到有效去除或轉(zhuǎn)化。厭氧技術(shù)不但節(jié)能，且能有效降低廢水中難降解有機(jī)污染物的含量、提高廢水可生化性。目前，利用高效厭氧技術(shù)處理城市污水已成為研究的熱點(diǎn)。李平等采用UASB處理廣東某城市污水，生產(chǎn)性試驗(yàn)表明：當(dāng)UASB的水力停留時(shí)間為6h時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD和BOD的平均去除率分別為50%和60%，對(duì)TP的去除率為15%-38%。楊志生等采用內(nèi)置組合填料的厭氧折流板反應(yīng)器（CABR）處理城市污水，COD去除率可達(dá)到60%以上。吳海鎖，涂勇等采用厭氧上流式反應(yīng)器（UASB）預(yù)處理難降解印染廢水進(jìn)行了中試研究，表明在進(jìn)水COD濃度593.6～1020.0mg/L（平均755.4mg/L）情況下，COD平均去除率為45.5%，色度平均去除率為77.2%，印染廢水B/C由0.29提高到0.46。此外，還可以通過改良菌株馴化厭氧微生物，進(jìn)一步提升厭氧工藝降解難生物降解有機(jī)物的能力[3]。

3.2 好氧復(fù)合工藝

好氧復(fù)合工藝可以強(qiáng)化好氧系統(tǒng)去除難降解有機(jī)物的能力，有時(shí)也可以達(dá)到脫氮除磷的目的。好氧復(fù)合工藝形式多樣，有傳統(tǒng)活性污泥法與生物膜法結(jié)合的復(fù)合工藝，有利用活性碳強(qiáng)吸附能力和活性碳作為生物膜載體來達(dá)到去除有機(jī)污染的PACT工藝，有利用膜的高效截留作用的膜生物反應(yīng)器。用復(fù)合式生物處理系統(tǒng)改造傳統(tǒng)活性污泥法，是一種經(jīng)濟(jì)高效的途徑。大連春柳河污水處理廠原采用傳統(tǒng)的活性污泥法，采用德國林德公司LINPOR復(fù)合工藝進(jìn)行改造，改造后不但出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而且處理能力也由原來的60000m3/d增加到80000m3/d。美國馬里蘭州安納波利斯污水處理廠把1個(gè)37000m3/d的活性污泥處理系統(tǒng)改造為復(fù)合式A/O工藝，在475m3好氧池中投加了30000米類似Ringlace的填料，經(jīng)過12個(gè)月對(duì)比試驗(yàn)表明，復(fù)合式工藝將硝化速率提高了225%，在好氧池中形成的硝酸鹽大約有30%～88%通過反硝化得到去除，實(shí)現(xiàn)了同步硝化反硝化目的，復(fù)合式A/O工藝缺氧池容積可減少25%。

3.3 傳統(tǒng)AO或A2O改良工藝

傳統(tǒng)AO或A2O工藝在脫氮除磷方面存在不足[25]：好氧污泥回流到厭氧池，造成厭氧段中反硝化菌與聚磷菌對(duì)底物競(jìng)爭(zhēng)，影響聚磷菌釋磷；A2O工藝中各微生物的最佳長條件是不可能同時(shí)具備，脫氮與除磷之間存在矛盾；為提高硝化速率，采取較長泥齡，但降低了有機(jī)物降解和反硝化速率。為了提高脫氮除磷效果，出現(xiàn)了一些改良型工藝，如倒置A2O工藝、改良A2O工藝、UCT工藝、改良UCT工藝、VIP工藝、MSBR工藝等。這些工藝在城市污水處理中得到一定程度的應(yīng)用。橫嶺污水處理廠一期工程處理規(guī)模為20萬m3/d，采取UCT工藝，通過閘門及混合液回流調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)UCT、常規(guī)A2O、AO、改良A2O四種工藝運(yùn)行模式，出水水質(zhì)達(dá)到了GB18918-2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。廣州市獵德污水處理廠一期工程通過升級(jí)改造，將不具備脫氮除磷作用的AB工藝改造成UCT工藝，效果明顯。

3.4 氧化溝系列工藝

20世紀(jì)90年代以來，氧化溝工藝在我國應(yīng)用較多[28]。通過在溝內(nèi)合理設(shè)置厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，從而達(dá)到去除有機(jī)物和脫氮除磷功能。鄭州五龍口污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬m3/d，采用改良型氧化溝工藝，通過合理布置DO分布后，TN去除率由22.6%提高到39.3%，TP去除率由52%提高到74.6%，COD去除率提高6.3%。邯鄲市西污水處理廠采用改良氧化溝工藝，通過控制曝氣系統(tǒng)的DO、MLSS、泥齡和排泥等運(yùn)行參數(shù)，使該工藝NH4-N去除率達(dá)到71.5%以上，TN去除率達(dá)到51.3%，TP去除率達(dá)到84.7%。西安市第三污水處理廠采用厭氧+Orbal氧化溝工藝，二級(jí)處理出水達(dá)到COD≤60mg/L、NH4-N≤15mg/L、TP≤1mg/L目標(biāo)。

3.5 SBR系列工藝

SBR即批序式活性污泥法，集生物降解、二沉等功能于一池，通過在時(shí)間上的交替來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)活性污泥法的整個(gè)運(yùn)行過程，無污泥回流系統(tǒng)，經(jīng)典SBR反應(yīng)器的運(yùn)行過程為：進(jìn)水→曝氣→沉淀→潷水→待機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)和自控技術(shù)的發(fā)展，SBR工藝獲得很大發(fā)展，運(yùn)行管理逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，出現(xiàn)了多種SBR變型工藝，相繼開發(fā)了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。SBR及其變型工藝具有生化反應(yīng)效率高、脫氮除磷效果好，不易發(fā)生污泥膨脹等特點(diǎn)，在城市污水處理廠得到應(yīng)用。吳黎明報(bào)道，某城市污水處理廠采用厭氧水解/SBR工藝，通過在SBR池增設(shè)缺氧攪拌段等升級(jí)改造措施，使出水水質(zhì)由原一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提高至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。昆明市第四污水處理廠應(yīng)用ICEAS工藝，出水達(dá)GB18918-2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 基于脫氮除磷新原理的新工藝

1、短程硝化-反硝化（Sharon）工藝

Sharon工藝于1997年由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)研發(fā)。在有氧條件下利用亞硝化細(xì)菌將氨氧化成為NO2-，然后在缺氧條件下，以有機(jī)物為電子供體，將亞硝酸鹽反硝化，生成氮?dú)?。與傳統(tǒng)全程硝化與反硝化工藝相比，該工藝可以節(jié)省40%碳源，節(jié)省25%氧量，比較適于C/N較低污水的脫氮處理。該工藝在荷蘭鹿特丹Dokhaven污水處理廠和荷蘭Utrecht污水處理廠的改造工程中得到應(yīng)用[37-38]。

2、厭氧氨氧化工藝（Anammox）

厭氧氨氧化工藝于1990年由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)Kluyer生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)。在厭氧條件下，微生物直接以NH4+為電子供體，以NO3-或NO2-為電子受體，將NH4+、NO3-或NO2-轉(zhuǎn)變成N2的生物氧化過程。與與傳統(tǒng)全程硝化與反硝化工藝相比，該工藝不需要碳源，可節(jié)省62.5%氧量。目前該工藝在荷蘭、丹麥、日本等國得到應(yīng)用[39]。

3、Sharon-Anammox聯(lián)用工藝

以Sharon工藝作為硝化反應(yīng)器，控制部分硝化使得出水中NH4+與NO2-比例為1：1；而Anammox工藝作為反硝化反應(yīng)器進(jìn)行組合工藝。該工藝具有耗氧量少、不需外加碳源、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。

4、同步硝化/反硝化工藝（SND）

當(dāng)好氧環(huán)境與缺氧環(huán)境在同一反應(yīng)器中同時(shí)存在時(shí)，硝化和反硝化能同時(shí)進(jìn)行稱為同步硝化反硝化工藝，主要發(fā)生在生物膜反應(yīng)器或氧化溝反應(yīng)器中。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：硝化與反硝化可抵消部分堿度，有利于保持系統(tǒng)pH的穩(wěn)定；可以減少缺氧池的設(shè)置，從而有利于減少基建費(fèi)用，具有較好的應(yīng)用前景。

此外，通過投加高效菌種、微生物固定化、污泥顆?；刃鹿に噥韽?qiáng)化生物降解，提高有機(jī)污染物的去除。

4.尾水處理單元

當(dāng)城市污水處理廠二級(jí)處理出水達(dá)不到出水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，增加尾水深度處理單元是實(shí)現(xiàn)污染物最終減排的有效途徑。尾水深度處理手段主要是混凝法、吸附法、生物濾池、過濾法、膜分離法、高級(jí)氧化技術(shù)等[4]。在城市污水處理廠的提標(biāo)改造中，深度處理得到不同程度的應(yīng)用，如無錫市對(duì)21家城市污水處理廠因地制宜選擇深度處理單元，取得了較好的效果；常州市戚墅堰污水處理廠采用“二級(jí)強(qiáng)化處理+微絮凝過濾（v型濾池）”作為深度處理工藝。

此外，城市污水處理廠在進(jìn)行工藝改造的同時(shí)，還要進(jìn)行水力改造和設(shè)備改造。水力改造要有助于提高污水處理廠的處理能力和效益，如流量分配的均勻，避免短流等；設(shè)備改造要有助于污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能降耗、減少設(shè)備的檢修率，如采用高效的曝氣設(shè)備和高效、無堵塞的水泵和變頻設(shè)備，先進(jìn)的控制方式等。

參考文獻(xiàn)：

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