四川某鄉鎮污水處理廠的提標改造工藝探討

文_謝丹 代權 余丹 吳超 紀曉夢

1. 四川省生態環境科學研究院 2.成都市龍泉驛區國營電力提灌站

沱江流域早期修建的小城鎮污水處理廠普遍對對氮、磷的去除效率較低，大多設計執行一級B標準。其中SBR工藝因其具有工藝簡單、操作靈活、耐沖擊負荷和處理效果好等優點，適合處理小水量，間歇排放的生活污水，成為早期一些鄉鎮地區污水處理廠的選擇。

近年來，為進一步改善沱江流域水環境質量，流域內不少鄉鎮污水廠也將陸續開始提標升級改造，改造后出水標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標準。本文基于四川沱江流域內某鄉鎮污水處理廠原SBR工藝提標改造實際案例，為SBR工藝鄉鎮污水處理廠的提標改造提供技術支持和經驗參考。

1 提標改造目標分析

某鄉鎮污水處理廠設計處理規模200m3/d，廢水來源為當地居民生活廢水，進水量在時間上有較大的變化性。原設計排放標準為一級B標準，現需提高到一級A標準，根據污水廠長期水質監測數據，其主要污染指標進水水質及出水情況如表1所示。

表1污水處理廠主要污染指標進出水水質及削減負荷 單位：mg/L

由表1可以看出，污水處理廠SS、COD、BOD5、NH3-N、TN、TP出水濃度滿足一級B排放標準，SS可直接滿足一級A排放標準。其中COD、BOD5、NH3-N出水濃度接近一級A標準，可通過強化運行管控進一步提高處理效率，而出水TN及TP濃度相對較高，故該污水處理廠提標改造的重點和難點是強化對TN、TP的去除。

2 原工藝存在的問題及改造思路

2.1 原工藝存在的問題

2.1.1 反硝化脫氮能力不足

當廢水中大量的氨氮在好氧條件下被氨氧化菌硝化后變成硝酸鹽和亞硝酸鹽，同時大量有機物被微生物降解后，生化池逐漸進入缺氧狀態，而此時水中有機物濃度較低，難以為反硝化菌提供足夠的碳源，影響了反硝化效率。此外， SBR工藝因其通過時間上的變化使生化池交替的處于好氧、缺氧及厭氧的條件下，導致生化池內的不同種群的微生物難以生長在各自適宜的環境下，進而影響了脫氮效率的提高。因此，SBR工藝相對其他具有脫氮除磷能力的工藝偏低，在一定條件下出水水質難以達到一級A標準。

2.1.2 總磷去除率較低

傳統的生物除磷是通過厭氧好氧交替過程中聚磷菌過量攝取磷形成高磷污泥,以剩余污泥的排放將磷從系統中排出，從而達到除磷目的。SBR工藝中當系統停止曝氣后進入沉淀、排水工序的缺氧段，當反硝化不完全而留下大量硝酸鹽，硝酸鹽的存在導致反硝化菌與聚磷菌爭奪有機碳源，導致厭氧釋磷量減少，導致好氧條件下攝磷能力下降，影響除磷效果。此外，SBR在時間上的沉淀、排水、排泥過程使污泥處于厭氧和缺氧狀態，污泥中部分磷提前釋放，也將影響出水水質。

2.1.3 污泥干化能力不足

鄉鎮污水處理廠普遍處理規模較小，污泥產生量低，通常未配置污泥濃縮脫水設備。該污水廠采用污泥濃縮池進行污泥濃縮，隨后直接進入儲泥池進行儲存，缺乏干化能力，經檢測，污泥含水率約為98%，導致后續運輸處置不便。

2.2 工藝改造思路

通常，污水廠升級改造要遵循以下幾個原則：工藝運行可靠，改造后出水穩定達標；盡量利舊，減少改造投資費用；布置緊湊，合理利用空間；在改造過程中盡量不影響污水廠正常運行。

由表1水質監測數據可知，該污水廠改造前可穩定達到一級B標準，但有機物及氮磷等營養元素等指標還不能滿足一級A標準，因此本次提標改造主要在于強化系統內的污泥活性，增強有機物分解及脫氮除磷能力。

氮是污水廠常規二級生物處理工藝比較難以去除的污染物，污水中氮的去除主要靠硝化、反硝化過程，硝酸鹽的反硝化過程是控制生化處理缺氧單元設計的主要因素。對于SBR類工藝，其脫氮除磷能力一般稍遜于A2/O工藝，因此此類污水廠升級改造時需針對氨氮和總氮的去除合理選取改造工藝和設計參數，突出生物脫氮優先，兼顧生物除磷的設計原則。

由于鄉鎮污水處理廠進水水質波動較大，當進水碳源較低時，SBR工藝的生活除磷效果難以保證。為確保出水總磷達標，需要輔以化學除磷，目前常用的化學除磷有前置除磷、同步除磷、后置除磷三種方式。對于SBR類工藝，生化池本身也是沉淀池，采用前置除磷、同步除磷時難以避免除磷藥劑對活性污泥的抑制作用，對于水量較小的SBR工藝鄉鎮污水處理廠，由于出水的不連續性，采用后置除磷時，需要將藥劑的投加和生化池的出水實現聯動，否則將造成不必要的藥劑浪費。

污泥干化有自然蒸發法和機械脫水法兩種，一般情況下，鄉鎮污水處理廠由于進水量較小，污泥產量較小，采用自然蒸發法更為經濟合理。因此，該污水廠考慮采用污泥干化床對污泥進行干化，通過污泥自身排水及從外露的表面向空氣中蒸發，可使污泥含水率下降至85%左右。

3 提標改造方案及效果

本次改造考慮在利用現有SBR生化處理系統的基礎上，考慮在增設部分處理單元，具體改造方案如下：

強化生物脫氮能力，在SBR工藝前段新增缺氧池，HRT=3.0h，并將SBR中混合液回流至前段的缺氧池，回流比為300%，將廢水中在好氧條件下產生的的硝酸鹽氮經反硝化后變成氮氣而去除。

新增化學除磷單元，在SBR工藝后端增設混凝池及二沉池，實現對生化除磷的效果進一步強化。其中二沉池表面負荷為0.92m3/m2·h，停留時間為3.5h。

改造污泥處理方法，將儲泥池改造為污泥干化床，通過污泥自身排水及自然增發降低污泥含水率，節省污泥處置費用。

污水處理廠改造后各處理單元設計參數如表2所示。

表2 污水處理廠改造后主要構建筑物表

本次提標改造采用“缺氧池+一體化SBR+混凝沉淀”的污水處理工藝和自然干化的污泥處理工藝，提標改造后通過對污水處理廠出水進行水質監測，數據顯示：改造后6個月出水水質均連續穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A排放標準，各項水質指標監測數據見表3。經過污泥干化床自然干化的污泥含水率將至約85%，可減輕后續污泥處置壓力。

表3 改造后COD監測數據表 單位：mg/L

4 提標改造總結與建議

以SBR工藝為主的鄉鎮污水處理廠在進行提標改造時，應重點考慮強化系統的脫氮除磷能力，同時盡可能利用原有構筑物及設備，減少提標改造工程量，降低改造費用。

污水處理量較小的鄉鎮污水處理廠其污泥處理建議以自然干化為主，既可有效降低污泥含水率，又可減少運營成本。

小鄉鎮污水處理廠宜加強運行管理，應根據進水水質和水量的變化調整運行模式確保出水穩定達標。