太湖流域城鎮污水廠提標改造工藝的比較和選擇

劉科軍

（常州市市政工程設計研究院有限公司，江蘇 常州 213003）

2007年5月無錫太湖的藍藻爆發事件，引起了社會各界的廣泛關注。根據國務院、江蘇省委、省政府的要求，為進一步加大太湖流域水環境的保護力度，太湖流域范圍內的城鎮污水處理廠必須提高尾水的排放標準，滿足防治太湖水污染，改善和保護環境，提高人民健康水平和保障安全的要求。

1 城鎮污水廠尾水排放標準提高

目前，太湖流域大部分已建城鎮污水廠尾水的排放采用《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級排放標準B標準(總氮未作為控制指標)，而在2007年無錫太湖藍藻事件后，江蘇省政府要求太湖流域所有新建城鎮污水廠尾水排放標準提高到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級排放標準A標準。一級排放標準A標準和B標準的具體區別見表1。

表1 一級排放標準中A、B標準的主要指標對比Tab.1 Contrast of Main Emission Standard in A,B Standard

通過表1，可見一級排放標準A標準中:（1）BOD5、NH3－N、SS、CODCr控制要求提高。（2）TN 控制要求非常高，冬天水溫12℃時仍要控制在15mg／L以下。（3）TP的控制進一步加強，由1mg／L提高到0.5mg／L。

對于以上 BOD5、NH3－N、CODCr和 TN 指標可以通過對城鎮污水廠目前普遍采用的二級處理工藝進行強化來進一步去除，但對于SS和TP必須采用三級處理工藝才能實現達標排放。因為常規的生物除磷很難使TP的去除到達0.5mg／L的限值，必須采用化學除磷；而在不影響現有工藝的生物效應，化學除磷應考慮放在三級處理工藝中進行。此外，城鎮污水廠二級處理中的常規重力沉淀也很難保證SS的穩定達標排放，因此也應考慮采用三級處理。

2 污水廠提標改造工藝的選擇

由于尾水排放標準的提高，太湖流域所有已建城鎮污水廠都面臨著改造，以實現尾水的達標排放。通過對排放標準的對比分析可以看出，對于現狀城鎮污水廠的提標改造可以分為以下幾部分:一是對現狀污水廠普遍采用的二級處理工藝進行改造，來強化處理效果；二是新建三級處理構筑物，來進一步去除污染物，進而做到達標排放；三是新技術膜生物反應器（membrane bioreactor,MBR）的運用，MBR出水不需經三級處理即可實現達標排放和滿足直接回用要求。

2.1 二級處理工藝的改造方案

二級處理工藝的改造，主要是為了提高對BOD5、CODCr和氮磷的去除效果，因此改造的重點在于生化池。目前，太湖流域城鎮污水廠的生化池采用的形式主要有A／A／O和氧化溝。因此對于生化池的改造主要有減荷增效和泥法—膜法聯用。

2.1.1 生化池減荷增效

在污水的生物處理中，根據活性污泥法的反應器理論[1]，當生化池進水污染物負荷降低時，能夠有效提高微生物的去污效果，使出水中污染物的各類指標進一步降低。目前工程中通常采用的措施有:

（1）進水的分流量減荷；（2）生化池的擴容減荷。

1）分流量減荷

當平面布置允許時，可以通過新建生化池來達到分流量，最終實現生化池負荷的降低。此方案最大的優點是不影響污水廠現有工藝的正常運行，大大降低了因改造而對污水廠帶來的損失和不便，做到生產和改造同步進行。

2）擴容減荷

生化池的擴容主要是降低負荷，延長污泥泥齡和水力停留時間，進而提高生物處理效果。具體措施有:（1）擴大原有生化池的容積，其前提是必須有足夠的場地；（2）把原有初沉池改造成生化池，初沉池對BOD5有20%～30%的去除率[2]，降低了進入生化池的BOD5濃度，碳氮比的下降不利于脫氮。因此把初沉池改造成生化池，不僅有利于TN的去除，同時平面布置和高程銜接上也無任何困難。此方案最大的優點是充分利用了現有構筑物，做到了挖潛增效。

2.1.2 泥法—膜法聯用

在污水的生物處理中，主要有懸浮生物法，簡稱泥法（即常見的活性污泥法）和固定膜生物法，簡稱膜法。目前城鎮污水廠采用的主流生物處理法是活性污泥法，主要是固定膜生物法需要設置填料，而填料的費用一般較高。但是在微污染飲用水的生物預處理中，生物膜法已經得到廣泛運用，并取得了顯著的效果[3]。生物膜法的主要優點是生物量大，污泥齡長，抗沖擊負荷，具有良好的硝化功能，尤其在低溫季節，生物膜法的脫氮效果明顯比活性污泥法要好。活性污泥法的優點是運行靈活，可靠，出水質量高，抗短時有機負荷和水力負荷能力比較強[4]。在此次太湖流域城鎮污水廠的提標改造中，可以在原有生化池中設置填料，充分利用兩者的優點，做到取長補短，優勢互補。

1）生化池增設填料

生化池中增設填料就是在活性污泥曝氣池中投加懸浮型填料作為微生物附著生長的載體。由于填料的加入，使污水處理機理和效能都大為改變。在這種系統中，微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變為氣、液、固三相，載體表面的生物膜與液相中的懸浮污泥共同發揮作用，各自發揮降解優勢，形成了一個更復雜的復合式生態系統。在復合系統中由于曝氣的作用，懸浮狀態和填料表面附著狀態的微生物處于好氧狀態，主要由去除有機物的異養菌和硝化、亞硝化菌組成。從填料表面的好氧區到填料的內部，由于受到氧轉移的影響，形成中間兼氧區、內部厭氧區，存在兼性反硝化細菌，將硝酸鹽氮轉化成氮氣，起到去除總氮的作用。由以上的分析可知，用這種復合式生物處理系統改造傳統活性污泥法是一種經濟高效的途徑。

當污水廠提標改造面臨現狀用地有限及進一步征地條件極其苛刻，且征地的經濟代價相當昂貴時，生化池增設填料的工藝可以在不增加工程建設用地，對現有運行管理影響有限的條件下，完成污水廠的提標改造，現實出水的達標排放。

2）增設曝氣生物濾池

曝氣生物濾池（biological aerated filter，BAF）是將接觸氧化與過濾工藝有機結合在一起的一種好氧生物膜法處理工藝。反應器內存在著不同的好氧、缺氧區域，可同步實現硝化和反硝化，對廢水中的有機物、氨氮、磷等都有較好的去除效果，同時該工藝具有容積負荷高、水力負荷大、水力停留時間短、所需基建投資少、占地面積小、出水水質好等特點[5]。

在城鎮污水廠提標改造中采用曝氣生物濾池可以不需改造現有處理構筑物，而通過增加曝氣生物濾池，與原有處理工藝中的生化池形成泥－膜法聯用工藝，進一步削減原工藝出水中的各類污染物，特別是原有泥法工藝不能有效去除的N、P。但為保證出水SS穩定達標，曝氣生物濾池后宜增加過濾處理[6]。

2.2 三級處理工藝的新建方案

三級處理工藝的新建主要是為了去除二級處理中不能有效穩定去除的污染物，如SS和TP。二沉池出水中的SS一般波動較大，很難達到良好的保證率；而TP的去除在二級處理中主要依靠生化池的生物效應，而冬季太湖流域水溫一般在10～12℃，單獨的生物效應很難保證達標排放。

為實現中水回用和達標排放的目的，二級處理出水必須進行深度處理。深度處理的去除對象和采用的主要處理技術見表2[7]。

表2 深度處理各單元去污效率[6]Tab.2 Decontamination Efficiency of Each Unit of the Depth Processing

通過技術經濟比較，目前適合我國國情，同時適用于本次城鎮污水廠提標改造工程的三級處理主流工藝流程主要有以下幾種:

2.2.1 混凝—沉淀—過濾

混凝—沉淀—過濾是目前自來水廠采用的主流工藝，當用于污水三級處理時其各處理單元的主要作用有:混凝主要是:（1）澄清降濁；（2）化學除磷。沉淀主要是:減輕后續過濾單元的負荷，防止濾料阻塞，減少濾池反沖洗次數。過濾主要是:進一步去除水中的固體懸浮物，確保出水穩定達標。

2.2.2 微絮凝—過濾

微絮凝—過濾就是原水加藥混合經過絮凝后不經沉淀而直接過濾的工藝。當污水廠二級處理中SS去除效果較好，同時工藝運行穩定，但需要進一步有效除磷的，后續三級處理工藝可以考慮采用微絮凝－過濾。通過加藥微絮凝過程使二級處理出水中溶解態的磷酸離子形成難溶性的磷酸鹽，再通過后續的過濾單元得到進一步去除。本工藝減少了沉淀單元，使得工程造價減少，同時工藝流程簡潔，運行簡單。

2.2.3 直接過濾

直接過濾就是二級處理出水直接通過濾池過濾。在污水廠二級處理出水水質較好，并能穩定運行，三級處理可以采用直接過濾。該工藝流程簡單，運行費用節省。泰安市污水處理廠的三級處理就是采用直接過濾工藝，運行結果表明該工藝在去除CODCr、BOD5、SS指標上都是很有效的，但由于未采用絮凝劑投加系統，所以對磷的去除無效[8]。

從以上三種工藝可以看出:過濾單元是三級處理工藝的核心，是保障出水水質的把關措施。目前，過濾在實際工程中普遍采用V型濾池。V型濾池的特點是:過濾周期長，采用均質深層砂濾料，濾料層利用率高，截污能力強、濾速高、濾后水質好，反沖洗方式為氣水反沖加表面掃洗，反沖洗強度小，節省沖洗水量和電耗，反沖洗效果好。此外還有翻板濾池和D型濾池，以及最近從國外引進的轉盤過濾器和濾布濾池等。

2.3 膜生物反應器（MBR）的運用

MBR[9,10]是將超、微濾膜技術與污水處理中的生物反應器相結合的一種新的污水處理裝置。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體，使之停留在生化池內，使生化池內活性污泥濃度大大提高，并延長了污泥齡，極大提高了微生物對有機物的降解，同時超、微濾膜作為泥水分離單元，可以完全取代二沉池。MBR工藝適用于需要除磷脫氮，同時用地緊張，出水水質要求高或有回用要求的場合。目前MBR工藝的工程投資及運行成本還是相對較高，但隨著膜材料研究的不斷深入，MBR工藝也將更具有實用價值。

3 結論與建議

太湖流域城鎮污水廠尾水排放標準由目前的一級B標準提高到一級A標準，引發了太湖流域眾多已建城鎮污水廠的改造。本文從污水廠現狀二級處理工藝的改造，三級處理工藝的新建以及新工藝MBR的運用三方面，歸納了適用于本次提標改造的各種工藝，并介紹了各種工藝的適用場合及優缺點，為工程運用實踐提供了借鑒。

［1］許保玖,龍騰銳.當代給水與廢水處理原理[M].北京:高等教育出版社,2000,458.

［2］張自杰,林榮忱,金儒霖.排水工程下冊[M],第4版.北京:中國建筑工業出版社,2000,78.

［3］王占生,劉文君.微污染水源飲用水處理[M].北京:中國建筑工業出版社,1999,197-235.

［4］G P Leslie Grady,Jr Glen,T Daigger Henry,et al.廢水生物處理[M].北京:化學工業出版社,2003,246.

［5］朱正齊,姜佩華,陳季華.曝氣生物濾池(BAF)的研究進展[J].凈水技術,2005,24(1):59-61，64.

［6］江蘇省住房和城鄉建設廳.江蘇省太湖流域城鎮污水處理廠提標建設技術導則[M].北京:中國建筑工業出版社,2010,42.

［7］GB 50335—2002,污水再生利用工程設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2003,35.

［8］化學工業出版社.水處理工程典型設計實例[M].北京:化學工業出版社,2001,112.

［9］李志東,李娜,張洪林.膜生物反應器(MBR)處理廢水的研究進展[J].凈水技術,2007,26(1):18-22.

［10］付國楷,余健,鄭憲明,等.MBR在水處理中的應用研究[J].凈水技術,2004,23(2):34-38.