城市污水處理廠升級改造技術措施探討

王興苗

摘 要：城市污水處理廠升級改造任務是實現污染物COD、N和P減排目標的重要環節，升級改造可從常規物化處理技術優化控制、常規AO或A20工藝優化改造、新工藝技術的開發應用和尾水深度處理等方面著手。

關鍵詞：城市綜合污水；升級改造；措施

COD、N和P的減排是我國污染物減排的重點，是解決現階段突出環境問題的重要舉措。城市污水處理廠的減排是實現減排目標的重要環節，因此城市污水處理廠的升級改造任務十分迫切。

1. 常規物化處理技術優化控制

強化常規物化工藝的效能也是實現污染物減排，特別是COD減排的有效途徑，強化手段主要是圍繞處理工藝創新與控制條件優化。如提高化學混凝法效能的辦法是：一是選擇或開發合適的混凝藥劑；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條件。

2. 常規AO或A20工藝優化改造

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物，BOD去除率達到80%～95%，甚至更高；通過氨化和硝化作用使得有機氮和氨氮轉化成硝酸鹽；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物成小分子有機物，從而降低難降解有機物的含量；反硝化細菌能把內回流或外回流帶入的硝酸鹽轉化成氮氣，從而達到脫氮的目的；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物成小分子有機物，降低難降解有機物含量；聚磷菌釋放磷，并吸收低級脂肪酸等易降解有機物，為好氧（兼氧）階段超量吸收磷做好準備。因此，合理組合厭氧、缺氧、好氧工藝，從而達到去除C、N、P的目的。

國內城市污水處理廠通過增加厭氧/缺氧處理單元、調整厭氧/缺氧/好氧單元的體積比、增設不同區域的污泥回流比和混合液回流系統等措施來調整活性污泥工藝，從而優化改造常規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，出水水質可以穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準，運行費用降低[2]。2004年建成的上海市白龍港污水處理廠于2007年進行了改造，通過設置多點進水、多點污泥回流實現了多模式A2O工藝運行（可分別按照多點進水倒置A2O、傳統A20工藝運行），運行方式靈活[4]。

3. 新工藝技術的開發應用

3.1 高效厭氧技術

城市污水中含有一定量的工業廢水，工業廢水中含有的難降解有機物質含量的多少直接決定生化出水水質情況。因此，生物處理技術的開發與應用，其根本出發點還是要盡可能使得難降解物質得到有效去除或轉化。厭氧技術不但節能，且能有效降低廢水中難降解有機污染物的含量、提高廢水可生化性。目前，利用高效厭氧技術處理城市污水已成為研究的熱點。李平等采用UASB處理廣東某城市污水，生產性試驗表明：當UASB的水力停留時間為6h時，系統對COD和BOD的平均去除率分別為50%和60%，對TP的去除率為15%-38%。楊志生等采用內置組合填料的厭氧折流板反應器（CABR）處理城市污水，COD去除率可達到60%以上。吳海鎖，涂勇等采用厭氧上流式反應器（UASB）預處理難降解印染廢水進行了中試研究，表明在進水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，進一步提升厭氧工藝降解難生物降解有機物的能力[3]。

3.2 好氧復合工藝

好氧復合工藝可以強化好氧系統去除難降解有機物的能力，有時也可以達到脫氮除磷的目的。好氧復合工藝形式多樣，有傳統活性污泥法與生物膜法結合的復合工藝，有利用活性碳強吸附能力和活性碳作為生物膜載體來達到去除有機污染的PACT工藝，有利用膜的高效截留作用的膜生物反應器。用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。大連春柳河污水處理廠原采用傳統的活性污泥法，采用德國林德公司LINPOR復合工藝進行改造，改造后不但出水達到排放標準，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37000m3/d的活性污泥處理系統改造為復合式A/O工藝，在475m3好氧池中投加了30000米類似Ringlace的填料，經過12個月對比試驗表明，復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，實現了同步硝化反硝化目的，復合式A/O工藝缺氧池容積可減少25%。

3.3 傳統AO或A2O改良工藝

傳統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底物競爭，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，但降低了有機物降解和反硝化速率。為了提高脫氮除磷效果，出現了一些改良型工藝，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用。橫嶺污水處理廠一期工程處理規模為20萬m3/d，采取UCT工藝，通過閘門及混合液回流調節，可實現UCT、常規A2O、AO、改良A2O四種工藝運行模式，出水水質達到了GB18918-2002一級B標準。廣州市獵德污水處理廠一期工程通過升級改造，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90年代以來，氧化溝工藝在我國應用較多[28]。通過在溝內合理設置厭氧區、缺氧區和好氧區，從而達到去除有機物和脫氮除磷功能。鄭州五龍口污水處理廠設計規模為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，通過控制曝氣系統的DO、MLSS、泥齡和排泥等運行參數，使該工藝NH4-N去除率達到71.5%以上，TN去除率達到51.3%，TP去除率達到84.7%。西安市第三污水處理廠采用厭氧+Orbal氧化溝工藝，二級處理出水達到COD≤60mg/L、NH4-N≤15mg/L、TP≤1mg/L目標。

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，通過在時間上的交替來實現傳統活性污泥法的整個運行過程，無污泥回流系統，經典SBR反應器的運行過程為：進水→曝氣→沉淀→潷水→待機。隨著計算機和自控技術的發展，SBR工藝獲得很大發展，運行管理逐漸實現自動化，出現了多種SBR變型工藝，相繼開發了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工藝。SBR及其變型工藝具有生化反應效率高、脫氮除磷效果好，不易發生污泥膨脹等特點，在城市污水處理廠得到應用。吳黎明報道，某城市污水處理廠采用厭氧水解/SBR工藝，通過在SBR池增設缺氧攪拌段等升級改造措施，使出水水質由原一級B標準提高至一級A標準。昆明市第四污水處理廠應用ICEAS工藝，出水達GB18918-2002一級B標準要求。

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工業大學研發。在有氧條件下利用亞硝化細菌將氨氧化成為NO2-，然后在缺氧條件下，以有機物為電子供體，將亞硝酸鹽反硝化，生成氮氣。與傳統全程硝化與反硝化工藝相比，該工藝可以節省40%碳源，節省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工業大學Kluyer生物技術實驗室開發。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-轉變成N2的生物氧化過程。與與傳統全程硝化與反硝化工藝相比，該工藝不需要碳源，可節省62.5%氧量。目前該工藝在荷蘭、丹麥、日本等國得到應用[39]。

3、Sharon-Anammox聯用工藝

以Sharon工藝作為硝化反應器，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器進行組合工藝。該工藝具有耗氧量少、不需外加碳源、污泥產量少等優點，具有較好的應用前景。

4、同步硝化/反硝化工藝（SND）

當好氧環境與缺氧環境在同一反應器中同時存在時，硝化和反硝化能同時進行稱為同步硝化反硝化工藝，主要發生在生物膜反應器或氧化溝反應器中。與傳統工藝相比，該工藝具有明顯的優點，主要體現在：硝化與反硝化可抵消部分堿度，有利于保持系統pH的穩定；可以減少缺氧池的設置，從而有利于減少基建費用，具有較好的應用前景。

此外，通過投加高效菌種、微生物固定化、污泥顆粒化等新工藝來強化生物降解，提高有機污染物的去除。

4.尾水處理單元

當城市污水處理廠二級處理出水達不到出水標準時，增加尾水深度處理單元是實現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、高級氧化技術等[4]。在城市污水處理廠的提標改造中，深度處理得到不同程度的應用，如無錫市對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“二級強化處理+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行工藝改造的同時，還要進行水力改造和設備改造。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；設備改造要有助于污水處理廠安全穩定運行、節能降耗、減少設備的檢修率，如采用高效的曝氣設備和高效、無堵塞的水泵和變頻設備，先進的控制方式等。

參考文獻：

[1]張辰，李春光. 淺談城市污水處理廠的技術改造[J]. 中國給水排水， 2004， 20（4）： 20～23.

[2]莊磊，黃勇. 城市污水處理廠升級改造的探討[J]. 工業用水與廢水， 2010， 41（1）： 14～18.

[3]鄧銘庭，虞錦君，朱麗梅. 蕭山城市污水處理廠HCR工藝改造[J]. 中國給水排水， 2008， 24（2）： 29～31.

[4]張辰，張欣，杜炯. 上海市白龍港污水處理廠改造工程設計[J]. 給水排水， 2008， 34（4）： 16～19