國內外污水處理廠提標改造實例及技術探討

楊孟林，張高偉，張煥莉，賈慶旭，王彤宇

（1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000；2.張家口鴻源污水處理有限公司，河北 張家口 076300）

截止2020年1月，我國共有10 113個污水處理廠擁有排污許可證，但其中有很大部分是上世紀七、八十年代建造。隨著我國人口的激增和城市發展步伐的加快，城鎮居民用水量及需水量與日俱增，導致城鎮污水處理廠的處理壓力隨之增加。此外，我國2003年開始實施的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002）對污水處理廠一些出水指標提出了更高的要求[1]。本文基于對國內外現有污水處理廠升級改造工作的案例分析，提出污水處理廠升級改造的常見方法，以此為我國在城市污水處理廠的升級和改造提供借鑒。

1 污水處理廠升級改造典型案例分析

1.1 余姚小曹娥污水廠案例分析

近年來，隨著地區發展和人口增加，余姚小曹娥污水處理廠已經超負荷運行，最高日進水量達到20.9萬 m3/d，日均進水量大于15萬 m3/d，亟需進行改造擴容，以滿足地區發展需求。于是對小曹娥污水廠進行三期升級改造，工程擴建規模為7.5 萬 m3/d，工程建成后，廠區總設計規模可達到22.5萬 m3/d，出水執行一級A標準[2]。

1.1.1 污水廠現狀工藝情況及存在的問題

小曹娥污水廠目前的工藝流程如圖1，污泥處理采用帶式濃縮脫水一體機，出泥含水率為80%。

該污水廠現狀出水基本可達到一級A排放標準，但該廠已經超負荷運行，對出水的穩定達標造成威脅。目前主要存在三方面問題：一是現狀生物反應池停留時間較短，出水標準達到一級A標準后，進水水質低于設計值，深度處理段有穩定塘和濾站的情況下，勉強達標，但不利于穩定達標；二是二沉池負荷高，現狀進水水量已超過設計水量，造成現狀二沉池表面水力負荷較高；三是污水處理廠用地規模較小，不符合遠期擴建和提標的條件。

1.1.2 改造工程設計

在污水處理工藝的選擇上考慮“準Ⅳ類水”出水標準，新建Bardenpho生物反應池，強化脫氮的同時降低現有生物反應池負荷，從而提高CODCr、BOD5和氨氮的去除率，擬在深度處理段設置高效沉淀池和反硝化深床濾池，保證出水TN、TP、SS和CODCr的達標。改造后的工藝流程如圖2所示。

Bardenpho工藝與常規AAO工藝相比，有利于強化脫氮，符合出水水質要求，可充分利用進水中的碳源，節省碳源投加量。該工程對污水處理廠部分現狀構造、建筑物進行升級改造，于2018年5月建成運行，至今各工藝單元運行良好，污水處理規模增至22.5萬 m3/d，出水水質可穩定達到GB18918-2002的一級A標準。

1.2 評估MBBR升級改造基什島米爾莫哈納污水處理廠案列分析

與傳統活性污泥技術（AS）相比，MBBR具有許多優勢，包括與AS系統相比，運行的配合物更少、對占地面積和反應器體積要求較小、生物質濃度高、抗水力和有機負荷沖擊能力強。在工廠升級的極端負荷條件下，固體停留時間增加以及在極端負荷條件下具有較高的去除能力[3]。

1.2.1 升級改造分析

對污水處理廠的升級改造研究中，活性污泥工藝升級為MBBR工藝，并比較了不同的操作參數。本文在升級前和升級后進行分析，在此期間，研究了改質對有機負荷率（OLR）、混合液懸浮固體（MLSS）、混合液揮發性懸浮固體（MLVSS）、污泥停留時間（SRT）、污泥體積指數（SVI）、水力負荷率（HLR）等不同參數的影響，以及對化學需氧量、生化需氧量和總懸浮固體的去除效率。表1顯示了米爾莫哈納污水處理廠改造前后的不同特性。

表1 米爾莫哈納污水處理廠的不同特性

1.2.2 MBBR升級改造效果分析

在升級改造后可看出進水流量對活性污泥工藝性能和MBBR的影響，比較了ASP和MBBR在不同操作條件下的COD去除效果。從圖3可以看出，盡管平均進水流量增加了近一倍，同時將曝氣池減為一個，但MBBR工藝的效果與ASP基本相同，且隨著進水流量的增加，兩系統的出水水質都在緩慢惡化。從圖4看出MBBR改造對曝氣池水力停留時間的影響，由于增加進水速度，平均水力停留時間從23.05±1.4小時降至5.62±0.15小時，升級后兩個曝氣池變為一個。

圖5 結果表明，M B B R 升級改造后，平均O L R 提升到1.82±0.15 kg COD/m3/d。在不同的SRT條件下，對這兩個系統的MLSS和MLVSS進行了定期測定，如圖6所示，懸浮態的常規ASP的MLSS為1 291±463 mg/L，而附加態的MBBR工藝MLSS平均值為7 382±272 mg/L，常規ASP的懸浮態MLSS為900±324，穩定的MBBR工藝的MLVSS為5 168±190 mg/L（圖7）。

MBBR工藝已成功運行于超負荷的污水處理廠。在短時間內（HRT≈6 h），該工藝對COD<500 mg/L的生活污水處理廠進行改造是有效的，并且污泥停留時間較長（SRT≈29 d）。ASP和MBBR具有兩種相同的有機物去除效率，此時進水流量從500 m3/d逐漸變為3 000 m3/d[4]，如圖8所示。MBBR工藝在COD去除效率方面優于ASP，且升級前TSS的去除效率高于升級后；盡管升級后出水中TSS的含量在整個運行期間低于用水的調節值（≥100 mg/L）。

污水處理廠升級到MBBR后，ASP的平均SVI為55±16，MBBR的平均SVI為51±9（圖9），升級后的SVI要比升級前低。

2 總結

國內外污水處理廠在升級改造方面均存在明顯不足，從以上案列可看出包括常規的活性污泥和曝氣生物濾池，不能充分處理氮磷營養鹽造成的污染。

數學模型和仿真正日益成為污水處理廠優化的工具，以補充完善建立的污水處理廠的設計程序，通過動態條件下的模擬運行，精確的廢水特性，以及對特定的污水處理廠運行的化學計量和動力學參數進行調整，以獲得較好的污水處理效果。