城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)路徑分析與探討

文_馮子平 東莞市生態(tài)環(huán)境局麻涌分局

1 背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對居住環(huán)境和自然環(huán)境的要求越來越高，雖然我國環(huán)境污染防治工作取得了較大的進(jìn)步，但依然滿足不了人們?nèi)找嬖鲩L的環(huán)境需求。其中，水環(huán)境治理是我國生態(tài)環(huán)境整治的重要組成部分，而城鎮(zhèn)污水處理廠在水環(huán)境治理中發(fā)揮了重要的作用。在《十三五全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中，明確提出期間要提標(biāo)改造污水處理設(shè)施規(guī)模4220萬m3/d。因此，近年來我國相當(dāng)部分城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行了或正在進(jìn)行提標(biāo)改造工作。

2 城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)改造的方向/目標(biāo)

在提標(biāo)改造前，我國城鎮(zhèn)污水處理廠大多是執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的一級B或更低的標(biāo)準(zhǔn)，隨著國家對污水排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，根據(jù)周邊水環(huán)境質(zhì)量情況，提標(biāo)改造后需達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)甚至要求達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，表1為幾個主要的水質(zhì)指標(biāo)對應(yīng)不用標(biāo)準(zhǔn)的比較。

表1

3 提標(biāo)改造案例

3.1 案例1

根據(jù)泉政辦[2012]218號,泉州市要求轄區(qū)內(nèi)各地要加大污水處理廠提標(biāo)改造力度，提高污染物去除能力，實現(xiàn)出水各項污染物濃度穩(wěn)定達(dá)到城鎮(zhèn)污水廠一級A標(biāo)準(zhǔn)。泉州永春縣某城鎮(zhèn)污水處理廠2016年完成了提標(biāo)改造工程，該污水廠處理規(guī)模為3萬t/d，主要工藝為卡魯賽爾2000氧化溝和二沉池，氧化溝污泥負(fù)荷為0.09KgBOD5/kgMLSS·D，污泥濃度4500mg/L,總停留時間14.4h，輻流式二沉池表面水力負(fù)荷0.75m3/m2·h，沉淀時間3.5h。該污水處理廠按照3萬t/d提標(biāo)改造，主要改造路線為增加高密度沉淀池：平面尺寸：16.6×20.5m，濾速：15.9m3/（m2·h），纖維轉(zhuǎn)盤濾池：平面尺寸：8×12.1m，污泥濃縮池：直徑10m，固體負(fù)荷：44.59kg DS/（m2·d），提標(biāo)改造主要工藝如圖1所示。

圖1

3.2 案例2

東莞市麻涌鎮(zhèn)某城鎮(zhèn)污水處理廠按照廣東省環(huán)保廳制定的《南粵水更清行動計劃（2013-2020年）》要求，在2019年對污水處理廠進(jìn)行了提標(biāo)改造工程建設(shè)。提標(biāo)改造前，該污水處理廠的處理規(guī)模為3萬t/d，主要采用CASS循環(huán)活性污泥法污工藝，提標(biāo)改造前執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠一級B及廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)兩者中較嚴(yán)值。該污水廠提標(biāo)改造設(shè)計規(guī)模3萬t/d，總設(shè)計系數(shù)1.43，主要工藝路線是增加了反硝化濾池、濾布濾池、紫外消毒池及污泥調(diào)節(jié)池，工藝流程如圖2所示。反硝化濾池的平面尺寸：B×L=23.40×27.69m，率速8.5m/h；濾布濾池的平面尺寸：B×L=8.9×13.8m，有效過濾面積176.4m2，率速≤15m3/h·m2；污泥調(diào)節(jié)池平面尺寸：B×L=4.6×4.6m。該城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程完工運行后，提標(biāo)段的COD、TP、TN的去除率分別為30%、30%、25%，所有指標(biāo)都達(dá)到了城鎮(zhèn)污水處理廠一級A及廣東省《水污染物排放限值》第二時段一級標(biāo)準(zhǔn)。

圖2

4 提標(biāo)改造的技術(shù)路徑

城鎮(zhèn)污水處理廠的提標(biāo)改造工程以目標(biāo)排放水質(zhì)為導(dǎo)向，應(yīng)全面考慮經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、實施可行性等各方面的指標(biāo)，其中技術(shù)性是提標(biāo)改造中的難點和重點。城鎮(zhèn)污水處理廠接納的污水主要污染物有三類，第一類為有機(jī)污染物COD和BOD5,第二類為懸浮物SS,第三類為無機(jī)營養(yǎng)鹽P和N,因此提標(biāo)改造也是以進(jìn)一步去除上述三類污染物為主。

4.1 提標(biāo)改造的原則

提標(biāo)改造首先是要對現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)和提標(biāo)后的目標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，確定提標(biāo)改造的主攻方向及側(cè)重點，結(jié)合污水處理廠的長期發(fā)展規(guī)劃、現(xiàn)狀情況及以往的運行經(jīng)驗，借鑒污水處理領(lǐng)域新工藝、新設(shè)備，考慮建設(shè)投資及日后運行成本，進(jìn)行綜合設(shè)計。

4.2 COD和BOD5的提標(biāo)

化學(xué)需氧量COD和五日生化需氧量BOD5是反映污水水質(zhì)的兩個最為重要的指標(biāo)，分別以化學(xué)氧化和生物代謝氧化的耗氧量表征污水被污染的程度。目前，無論傳統(tǒng)AAO，或是氧化溝、SBR、CASS等工藝，都是活性污泥法的不同變型，而污水中的COD和BOD5的去除原理是一致且同向的。污水廠提標(biāo)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(jìn)出水水質(zhì)對已建生物反應(yīng)池池容進(jìn)行復(fù)核，通過技術(shù)改造，充分發(fā)揮二級生物處理功能。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造要根據(jù)對COD和BOD5提標(biāo)的幅度以及現(xiàn)狀生化池的有機(jī)負(fù)荷，可以新建活性污泥生化設(shè)施，如增建二級AO池，或?qū)υ幚碓O(shè)施進(jìn)行改進(jìn)，如上述案例一中在本身污泥有機(jī)負(fù)荷已不低情況下，實際上還在氧化溝中增加了懸浮填料的投放，強(qiáng)化生物菌種的選擇，可增強(qiáng)活性污泥的負(fù)荷，提高對城鎮(zhèn)污水中BOD5的去除率。纖維濾布轉(zhuǎn)盤和MBR膜技術(shù)也常常用于污水廠提標(biāo)改造中，可以直接去除污水中的懸浮態(tài)污染物，設(shè)置于提標(biāo)改造段的后端。

4.3 NH3-N的提標(biāo)

目前,絕大部分的城鎮(zhèn)污水處理廠都是通過生物脫氮的方法去除污水中氮元素，其根本的技術(shù)路徑就是通過生化方法將污水中的大分子有機(jī)污染物通過氨化、硝化、反硝化一系列的步驟最終轉(zhuǎn)化為氮氣和水，同時消耗碳源提供轉(zhuǎn)化過程所需的能量。根據(jù)提標(biāo)前段的脫氮效果，城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工程中可以通過設(shè)置多級A/O段，或增設(shè)反硝化濾池,進(jìn)一步深化氨氮和總氮的去除效果。需要注意的是，由于提標(biāo)段的進(jìn)水已經(jīng)經(jīng)過了一輪的生化處理，往往進(jìn)水水質(zhì)較淡，有機(jī)物濃度相對偏小，在一定程度上阻礙了脫氮效率的提升。有研究表明，C/N值為5時，脫氮效果最好，繼續(xù)增大C/N時，硝態(tài)氮的去除效果會繼續(xù)提升，但總氮的去除率有所回落，同時也無法保證COD的出水濃度。因此，提標(biāo)段深度脫氮一般需補(bǔ)充碳源，如乙酸鈉、葡萄糖等。此外，選擇性離子交換法及空氣吹脫法屬于脫氮的物化方法，但物化方法一般需要添加藥劑，成本較高，較為少用。

4.4 TP的提標(biāo)

對城鎮(zhèn)污水除磷處理有著重要的意義，是防止污水對自然水體造成富營養(yǎng)化的重要手段。城鎮(zhèn)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)從一級B到一級A的提標(biāo)，對總磷的去除提高了50%的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須加以重視。在城鎮(zhèn)污水廠提標(biāo)前段的生化處理中，進(jìn)水水質(zhì)及工藝的控制對除磷效果有較大的影響。市政污水廠進(jìn)水普遍存在有效碳源(VFAs)不足的問題,可能會造成除磷功能菌(PAOs)所需碳源不足,不能夠維持厭氧釋磷和好氧吸磷的動態(tài)過程。因此，在進(jìn)水水質(zhì)偏低情況下，可投加碳源強(qiáng)化生物除磷的效果。同時，污泥泥齡也是影響生物除磷的主要因素。一般來說, 泥齡短的活性污泥具有較高的活性,其體內(nèi)的含磷水平也較高,這是縮短泥齡可提高除磷效率的原因之一。在工藝操作控制中，可適當(dāng)增加排泥頻次，縮短污泥泥齡，達(dá)到提高總磷去除率的效果。脫氮和除磷對于泥齡的長短要求是相反方向的，因此不能過大地縮短泥齡，這時可以通過化學(xué)除磷來解決總磷提標(biāo)的問題。如案例1在提標(biāo)段設(shè)置了高密度沉淀池，一方面可以通過投加鋁鹽、鐵鹽或復(fù)合除磷劑去除尚未被消耗的可溶性磷酸鹽；另一方面可以通過絮凝劑將存在于懸浮物中的磷捕獲去除。

4.5 結(jié)語

城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造應(yīng)根據(jù)提標(biāo)的級別幅度、提標(biāo)前現(xiàn)狀工藝及運行情況，從技術(shù)、用地、經(jīng)濟(jì)、日后運營等多方面充分考慮。對于某個指標(biāo)的提標(biāo)改造并非只有單一作用，因此在選擇改造技術(shù)路徑時，應(yīng)綜合各改造單元的協(xié)同作用，得出一個最為經(jīng)濟(jì)而可行且穩(wěn)定的方案。