城鎮污水處理廠提標改造的思考研究

楊潔

（北控（秦皇島）水務有限責任公司第三污水處理廠，河北 秦皇島 066000）

現階段，城市規模持續擴大，工業污水及生產污水的排放問題十分突出，對城市污水處理效能和出水水質提出了更高要求，傳統的污水處理廠工藝落后，處理方法單一，無法滿足現代城市的污水處理需求。因此，應加強污水處理廠的提標改造，從根本上解決出水水質偏低等實際問題，改善城市生態環境，實現水資源循環利用目標。

1 城鎮污水處理現狀

1.1 沖擊負荷過大

當前，我國部分城市仍舊采取傳統的合流制排水模式，將生活污水、工業廢水連同雨水一同排放至城鎮污水處理廠，在排水量較大或年降雨量集中時，排放的污水對污水處理廠造成一定程度的沖擊負荷，由此引發污水中SS固體含量增加、工藝負荷加大等一系列問題出現，最終對出水水質造成明顯影響。

1.2 設備老化嚴重

目前，部分城鎮污水處理廠的使用年限較長，在污水處理廠運營期間，設施維護保養工作不到位，沒有及時更換老化磨損嚴重的設備，少量污水處理設施處于“超期服役”狀態。隨著時間推移，受到污水水質、惡劣環境條件等諸多因素影響，污水處理設施老化速度加快，使用性能全面下降，實際污水處理效果遠低于預期。同時，為滿足日益增長的污水處理需求，多數處理設施長時間處于超負荷運行狀態，不但進一步加快了設備老化速度，還會提高設備故障率，導致現場應急搶修工作頻繁[1]。通過提標改造工作，將配置一批全新的污水處理設備取代老化設備，并設置一定比例的備用設備，在主處理設備出現故障問題時，由備用設備接替污水處理作業。

1.3 污水處理能力低

當前，城鎮污水產生量呈現逐年增加的態勢，實際污水產生量超過污水處理能力，導致部分污水未經處理就直接排放到河流水域當中，或是對城鎮污水進行簡單處理后即進行排放，實際出水水質并未達到使用標準。這一問題的癥結在于企業缺乏深度處理工藝、設備數量有限兩方面。首先，企業缺乏深度處理工藝，部分污水處理廠僅采取格柵除污、絮凝沉淀、生態氧化降解等一二級處理工藝，很難有效去除污水中的氮、磷等污染物，處理后的水體仍舊具備一定的污染性。其次，設備數量不達標，沒有根據污水產生量的變化情況，在污水處理廠內新增足夠數量的處理設備，忽視了設備處理能力而盲目選擇工藝種類、設備型號[2]。

2 城鎮污水處理廠提標改造原則

2.1 尊重實際情況

考慮不同污水處理廠的設備配置情況、當地出水水質要求和城鎮污水產生量存在明顯差異。因此，要在提標改造項目中遵循實際出發原則，提前收集項目資料，確定城鎮污水處理廠的不足之處，在其基礎上確定提標改造思路。例如，對于工藝種類單一、缺乏深度處理工藝的污水處理廠，應以創新現有污水處理工藝和安裝配套處理設施為提標改造工作重點。對于污水處理能力欠缺、設備老化嚴重的污水處理廠，則以新增污水處理設施、安裝全新處理設備取代老化設備為提升改造工作重點，還可以選用新型節能處理設備來減少處理成本、降低污水處理廠總體能耗水平。

2.2 力求經濟適宜

在污水處理廠提標改造項目中，工作人員應遵循經濟適宜原則，提前制定多套提標改造方案，各套方案中的工藝形式、污水處理流程存在明顯差異。隨后，進行仿真實驗，模擬各套提標改造方案下的污水處理過程，從工藝效能、建設費用、污水處理系統運行成本、出水水質等多個維度進行評價打分，在保證處理效果滿足城鎮污水實際處理需求的情況下，從中選擇綜合表現好、經濟效益顯著的方案作為最終污水處理廠提標改造方案。

2.3 盡量提高效能

城鎮污水處理廠提標改造是為滿足污水處理需求，提高出水水質，工作人員要遵循效能分析原則，著重分析改造后的整體工藝處理效能是否達到預期要求，具體采取COD去除效能分析、氨氮去除效能分析、總氮去除效能分析和總磷去除效能分析四項措施，根據分析結果來確定提標改造方案的不足之處，并加以改進。例如，在總磷去除效能方面，可選擇在厭氧池前側布置調節池，控制二沉池內回流污泥與10%進水，流入調節池內停留0.5 h，憑借微生物作用，還原污泥中含有的亞硝態氨與硝態氮等物質，以此來維持厭氧池脫氮發過程穩定性與強化除磷效果[3]。可以采取混凝沉淀池作為深度除磷工藝，工作人員在沉淀池內投入適量絮凝劑來去除總磷，可以保證最終污水處理效果達到國家除磷標準。

3 城鎮污水處理廠提標改造措施

3.1 預處理改造

3.1.1 跌水區改造

跌水復氧是污水預處理環節碳源消耗量最高、消耗速度最快的步驟，在污水跌水過程和進入后續構筑物時持續消耗優質碳源，并同步增加溶解氧含量，其原理在于水體自高處向下跌落時破壞表面張力、形成波浪導致水體與氣體混合處理。對此，需要在預處理單元中的跌水區域內采取表層覆蓋措施，以物理方式來阻隔污水跌落時與外部空氣間的接觸，如在提升泵出水渠部位額外設置橡膠材質控制蓋板，在蓋板上加鋪一層防水油氈，起到密封作用。一般情況下，經過跌水區改造后，出水井內溶解氧含量可以減少50%左右，以此來節省大量的優質碳源，所節省碳源積極參與到后續生物脫氮除磷處理過程當中。

3.1.2 初沉池改造

為解決優質碳源在初沉池內迅速消耗的問題，可選擇采取污泥開發內碳源方法，提前對初沉污泥以及剩余污泥進行厭氧水解酸化處理，酸化產物后續持續向外揮發VFAs物質，憑借此類物質來彌補污水處理期間被消耗的碳源，始終維持穩定的碳源水準。同時，也可選擇在系統中搭配采取生物絮凝沉淀，以及水解發酵兩項處理技術，布置初沉發酵池，把水力停留時間控制在60 min左右，這類發酵池的處理效能明顯優于普通初沉池，SS去除率提高至2倍、出水SCOD提升40%左右、TP平均去除率提升至4倍。必要情況下，還可選擇在預處理單元中布置APT活性初沉池，沉淀池前端安裝淘洗裝置，以及在污泥斗與淘洗裝置間隔處搭建污泥回流系統，在淘洗過程中實現顆粒態碳源釋放[4]。

3.1.3 投加耐低溫菌種

為減小水溫狀態對出水水質造成的影響，工作人員需要在生物反應器中投加具備較強耐低溫能力的菌種，一般情況下可選用Proteobacteria或Chlorflexi等菌種，這類菌種在低溫條件下仍可維持良好活性，持續降解污水中分布的各類污染物。同時，必要情況下還可選擇在活性污泥中額外投加微生物活性劑，起到強化菌種活性、加快污泥培養速度和縮短污水處理周期等多重作用。

3.1.4 生物膜處理

為減弱細菌對溫度的敏感性，可以在預處理單元中設置生物膜床，以生物膜表面作為細菌繁殖附著載體，控制細菌在生物膜上富集繁殖，可以通過生物膜直接對低溫廢水進行預處理。

3.2 強化二級處理工藝

3.2.1 優化工藝參數

為減少碳源消耗量與提升磷氮等污染物質的去除效率，需要根據污水處理工藝情況，準確計算混合液回流比、缺氧時間和污泥齡等工藝參數的最佳值。為實現這一目的，可選擇使用GPS-X等軟件來建立工藝模型，依托模型進行仿真實驗，觀察各項工藝參數值的污水處理效果。例如，某污水處理廠位于寒冷地區，采取AAO處理工藝，將污泥齡設定為15 d、污泥回流比設定為50%、混合液回流比設定為150%。根據模型仿真實驗結果，后續把污泥齡設定為20 d、污泥回流比設定為75%、混合液回流比設定為200%，污水處理效能得到明顯改善[5]。

3.2.2 改造主體生物處理工藝

傳統污水處理系統中，普遍以CAST池作為生物段工藝主體，起到污水脫氮除磷的作用。為進一步提升脫氮除磷效能，可以采取調節池改造、MBBR鑲嵌改造兩種方法。其中，調節池改造是把原有CAST池，經過改造處理后作為調節池，搭建AAO搭配MBR工藝的污水處理系統，改造后可以把氨氮去除率保持在99%以上、總氮去除率保持在70%以上、總磷去除率保持在96%以上。MBBR鑲嵌改造是在原有活性污泥系統中，額外設置MBBR移動床生物膜反應器系統，在反應器內投加懸浮載體，憑借曝氣與水流來維持載體硫化狀態，確保生物膜完全覆蓋反應器空間，同步完成去除有機物和脫氮除磷等處理任務，實現提標增效目標。

3.2.3 采取側流除磷的方法

在傳統污水處理系統中，需要持續消耗大量碳源與投加化學藥劑，以配合生物除磷作業，但實際除磷效果有限，并增加了污水處理成本。對此，可以在系統中采取側流除磷方法，控制適量的富磷回流污泥，排到厭氧釋磷池內后，要停留一段時間，等池內出現分層現象，采取化學除磷手段來處理上清液，再將其排入好氧/缺氧池內進行生物除磷操作，處理完畢后銜接至A2/O工藝當中進行繼續處理。如此，可以明顯提高除磷系統C/P比，并把出水總磷含量控制在0.3 mg/L以內。

3.3 強化深度處理工藝

3.3.1 濾池脫氮除磷

為提高氮磷指標去除率，可選擇在污水處理系統中新增設反硝化濾池、V型濾池與纖維轉盤濾池等種類的濾池設施，反硝化濾池與活性砂濾池等濾池，可以明顯改善脫氮效果，纖維轉盤濾池和V型濾池等種類濾池，可以顯著改善除磷效果。同時，在選擇濾池種類時，應著重考慮濾池和原有污水深度處理設施間的關系，遵循實際出發原則。

3.3.2 磁混凝澄清強化除磷

相比于普通混凝沉淀池，磁混凝沉淀技術是在池內額外投加適量磁粉，一段時間后磁粉和污染物相互形成絮凝體，再對絮凝體進行分離處理后回收磁粉，將磁粉循環使用。根據污水處理效果來看，對磁混凝沉淀技術的應用，可以在改善除磷效果的前提下，減少混凝劑實際用量，把系統運行成本壓低在0.2元/m3左右。同時，此項技術還具有設施占地面積小、建造費用低廉的優勢。

3.3.3 人工濕地脫氮除磷

在污水處理系統中修建人工濕地作為處理設施，濕地由預處理、潛流濕地、表流濕地和塘系統四部分組成，由人工濕地來攔截、去除污水中含有的氮、磷等污染物質。同時，也可根據污水處理需求，來隨機搭配濕地單元。例如，在以一級B至一級A作為污水深度處理目標時，可以搭配使用塘系統和表流濕地單元。

3.4 搭建自動控制系統

傳統污水處理系統以人工控制方式為主，對工作人員的專業素養提出嚴格要求，工作人員將根據污水處理情況來實時調節溫度、進水量等工藝參數。根據實際處理情況來看，受到人為因素影響，偶爾出現錯誤決策、操作不及時的問題，導致污水處理效果存在不確定性。因此，為減小人為因素對污水處理效果造成的影響，除改進工藝技術和更新設施設備外，還應把搭建自動控制系統作為一項重要的提標改造措施。在污水處理系統中的預處理等單元內，安裝傳感器與探測器作為終端感知設施，安裝電動執行器作為執行機構，并安裝控制器負責決策分析。如此，在系統運行期間，工作人員提前導入控制方案、確定各項工藝參數的標準值和允許偏差范圍，系統采取閉環控制方式，通過傳感器持續采集溫度、進水量、水力停留時間等工藝參數的測量值，對比測量值與額定值二者偏差程度是否超限，偏差程度較大時自動下達調節指令來糾偏參數，確保工藝技術方案得到貫徹執行。

4 結語

綜上所述，為推動我國污水處理事業，高效處理城鎮污水，通過提升出水水質來實現水資源循環利用目標。污水處理廠都應提高對提標改造工作的重視，嚴格遵循實際出發、經濟適宜、效能分析三項基本原則，積極落實預處理改造、強化二級處理工藝、強化深度處理工藝、搭建自動控制系統等提標改造措施，為污水處理提供有力保障。