污水處理廠高排放標準提標改造措施的應用探討

伍 波 葉昌明

深圳市清泉水業股份有限公司 廣東 深圳 518172

目前，脫氮除磷是持續改善水生態環境的關鍵技術手段。隨著國家高質量發展、綠色環保要求的提出，各地要求污水處理廠排放標準不斷提高，由二級標準向一級B、一級A、地表準Ⅳ類、地表準Ⅲ類水逐級推進[1]，其中地表準IV類的地方標準有天津市A標準、四川省城鎮污水廠、浙江省新建污水廠、江蘇省A標準等；地表準Ⅲ類有北京市A標準、深圳市A標準、昆明市A標準等。因此，污水處理廠需要進一步脫氮除磷，減少污染物排放，防止水體富營養化，實現水環境可持續發展，同時對污水處理技術提出了更高的要求。為此，本文針對高排放標準提標改造存在的難點以及提標改造技術措施進行了分析與總結，以期為類似工程設計提供參考依據。

1 高排放標準下污水處理的難點分析

1.1 進水水質水量波動

受地下管網滲漏現象，河水、地下水等倒灌排水管網以及排污企業偷排現象等問題，導致我國大部分城鎮污水處理廠實際進水水質水量波動較大，部分污水廠因服務區域缺水長期處于低負荷運行，尤其在南方城市普遍存在。污水廠進水水質水量過高會出現超負荷運行，出水容易超標，增加了日常管理難度；若過低容易影響生化池微生物生長繁殖，出現處理效果不穩定，且好氧區處于長期延時曝氣狀態，嚴重影響生化除磷效果，既需要在缺氧區補充外加碳源保證脫氮效果，又要在好氧區末端投加大量除磷藥劑保證除磷，無形中增加了運行費用。

為了加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板，盡快實現污水管網全覆蓋、全收集、全處理，我國于2019年4月發布了《城鎮污水處理提質增效三年行動方案（2019-2021年）》（簡稱“三年行動方案”），經過3年努力，要實現城市生活污水集中收集效能顯著提高，確保城市污水處理廠進水生化需氧量（BOD）濃度不低于100 mg/L。自“三年行動方案”實施以來，全國管網收集系統完善取得了一定的成績，但一些城市和地區污水集中收集率仍然偏低[2]。因此，高排放標準的污水處理廠依然需要面對水質水量波動的巨大挑戰。

1.2 現有生化池處理能力有限

高排放標準主要去除污染物CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP，排放標準越高，去除難度越大，尤其是TN和TP指標。通常我國污水處理廠二級生化處理已無法滿足高排放標準，大多數原因在于：碳源不充足，污水碳氮比（C/N）普遍低于4，厭氧與缺氧區激烈競爭碳源，脫氮除磷效果差；設計選型不合理，缺氧區沒有完全混合，或好氧區曝氣裝置溶氧效率低，或設置初沉池降低生化池有機質，均會影響脫氮除磷；生化池水力停留時間不足，容積負荷過高，無法超負荷實現污染物去除；存在設備老化，導致水力條件不佳，某些生化區域存在死區，有效池容處理效率降低。

2 高排放標準下提標改造技術措施

2.1 加快推進提質增效

針對現有高排放標準下污水廠提標改造存在的難點，各地政府需重視并加快推進城鎮污水處理廠提質增效工作，前期應充分調研，排查現有污水收集系統存在的問題，在此基礎上提高管網收集率、降低倒灌水量，提升進水水質濃度。重點工作需要從以下幾個方面著手：

第一，降低管道水位，提高管道流速，能夠有效降低收集管網內污水中的顆粒物沉降，也是快速提升污水收集率的最佳方法。通過降低管道充滿度與運行水位，確保管道實際流速不低于最小沉降流速或設計流速，即使旱季水量少，但流速快，污水中的顆粒物沉積能夠顯著降低。

第二，補齊短板，填補管網空白區，通過排查污水管網存在的破損問題進行修復，提升管網運行效能。

第三，定期清淤，能夠提升污水管網健康運行水平。

第四，加強已建設截污排口的防倒灌措施，協調降低河道水位，減少河水倒灌情況。

第五，推進新建或改造區域完成管網雨污分流，并且強化居民小區尤其是城中村污水與雨水管道錯接混接治理。

2.2 強化生化處理

污水處理廠提標改造通常采取優化運行方式和參數、外加碳源、添加填料等措施，強化生化池微生物處理能力。

2.2.1 優化運行條件

針對污水處理廠二級生化處理存在的碳源不充足問題，最直接的做法是向生化池內外加碳源，工程中反硝化脫氮C/N設計值不低于5，根據實際進水水質C/N與設計值計算出碳源需求量，將配置好的碳源投加至生化池，提高生化脫氮的去除量。其次，適當降低生化系統的硝化液回流比，減少進入缺氧池內的溶解氧，一方面，能夠限制碳化菌的繁殖，側面提高了碳源利用率；另一方面，可以更好的維持缺氧池內微生物生存環境，降低溶解氧對反硝化細菌的影響，提高處理能力。蘭鑫[3]采用A2/O工藝，運行條件控制為C/N比值由3.2升高至5，混合液回流比從300%降至200%，厭氧池DO≤0.20mg/L，好氧池DO為2.5mg/L左右，發現TN、氨氮去除率分別增加58.13%、48.14%，脫氮效率顯著提升。此外，可以將生化池單一進水方式改為多點進水，充分提高污水中有機質的利用效率。

2.2.2 提高微生物量

僅通過優化生化池運行條件不足以讓處理能力得到質的改變，往往還需要結合提高系統微生物量的措施。當現狀污水處理廠生化池水力停留時間不足時，在占地面積充足的情況，可以增設部分生化池，提高系統污染物處理能力，如總氮不達標，可以增設缺氧池，降低硝態氮容積負荷。若污水廠場地受限，無法擴建構筑物，則需要考慮采用原位提標改造技術手段，如MBBR和MBR技術。

通常活性污泥法設計上好氧區的體積富余量較多，在好氧池內隔出一塊區域，投加一定比例的MBBR懸浮填料，使填料表面繁殖大量生物菌群，增強活性污泥的硝化效果。有的南方城鎮污水處理廠為了提高反硝化脫氮能力，在好氧池隔出一段缺氧區域，并在缺氧區投加懸浮填料，整體提升生化系統的脫氮效果。西安第三污水處理廠[4]將奧貝爾氧化溝內溝的表曝改為底曝方式，向內溝投加聚乙烯懸浮填料，填充率為10%～20%，按MBBR工藝運行，改造完成后填料表面生長大量生物膜，提高了脫氮除磷處理效率，出水水質由一級B標準提升至一級A標準，且出水TP 從0.4 mg /L～0.8 mg /L降低至0.02 mg /L～0. 41 mg /L。

另外，提高微生物量比較常見的做法是將原有二沉池改造成MBR膜生物反應器，該工藝的優點是無需二沉池，節約占地面積，有效提高活性污泥的濃度，能夠實現原位提標擴容。湖南某污水處理廠[5]提標改造需從6.0萬m3/d擴容至16.0萬m3/d，因空間場地限制，該污水處理廠將原工藝“厭氧+氧化溝”改造為“二級生化（缺氧池、厭氧池、好氧池）+MBR池”工藝，將現狀二沉池改造為好氧池和MBR池，污泥濃度保持在8000 mg/L，提高污水處理能力，出水水質由一級B標準提升至一級A標準。

2.3 增設深度處理單元

盡管強化了二級生化處理能力能夠提升污水處理效果，但污水處理廠出水水質達到準IV類仍然存在風險，尤其是污泥負荷偏高的項目，若要求達到準Ⅲ類排放標準則更加困難。目前，大多數提標改造工程充分挖掘二級生化處理能力后，再增加深度處理單元。就高排放標準主要強化去除指標CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP等，常見的深度處理組合工藝如下表1所示。

表1 部分提標改造工程深度處理組合工藝

從表1可知，強化處理SS和TP時，僅采用高效沉淀池+濾布濾池組合工藝即可，高效沉淀池外加除磷藥劑（PAC或PAFC等）經絮凝沉淀降低TP，濾布濾池為了確保出水SS達標排放；若二級處理出水TN無法達標排放，則應將濾布濾池更換成反硝化濾池進行深度脫氮；當要求出水水質CODCr、BOD5達到地表準Ⅲ類時，北方地區常選用臭氧催化氧化+活性炭（焦）吸附組合工藝，主要利用臭氧氧化將大分子有機物斷鏈，礦化部分有機污染物，再經活性炭濾池或活性焦濾池吸附進一步去除CODCr、BOD5，同時吸附去除臭氧催化氧化產生的副產物，降低對水環境的影響；如果強化生化池也無法提升NH3-N去除量，深度處理中需要增設曝氣生物濾池確保NH3-N達標。因此，僅通過強化生化處理并不能確保出水能夠穩定達到高排放標準，需要同步考慮二級處理與深度處理改造。

3 高排放標準工程案例

表2是我國部分高排放標準污水處理廠提標改造工程。由表2可知，高標放標準提標改造項目中，主要采用強化二級生化處理+增設深度處理的技術路線，改造后出水水質達到地表準IV類甚至地表準Ⅲ類。

表2 部分高排放標準污水處理廠提標改造工程

其中北京某污水處理廠因水質水量波動大、企業偷排現象多，決定將原有SBR工藝改造成AAOAO形式的MBR工藝，增設了臭氧催化氧化+活性炭濾池深度處理單元，改造后出水穩定達到地表準Ⅲ類水質。廣東省韶關市某市政污水處理廠原采用AO微曝氧化溝為主體工藝，存在溶氧率低以及底部淤泥沉積問題，導致水處理效果不佳，出水水質僅達到一級B，將表面曝氣機改為底部微孔曝氣器，新增推流器，并增設曝氣生物濾池和上向流反硝化濾池，改造后總出水實際穩定達到地表準Ⅲ類標準，即CODCr≤20 mg/L，BOD5≤4 mg/L，NH3-N≤1 mg/L，TP≤0.2 mg/L，DO＞5 mg/L。

由以上案例可知，污水廠高排放標準提標改造的技術路線并不唯一，需要一廠一策，充分考慮地域、進出水質情況及投資預算等因素選擇設計。

4 結語

近些年來，國內污水處理廠提標改造已從數量向質量發展，尤其重視水源地、生態環境敏感區保護，由此各地提出了地表準Ⅳ類甚至地表準Ⅲ類的高排放標準。因此，污水處理廠高排放標準提標改造時，應當重視污水處理廠提質增效，填補管網空白區，修復滲漏管網，提高污水集中收集率；其次，充分挖掘現有處理工藝的潛力，通過優化運行條件、提高微生物量等措施強化二級生化處理能力；同時，依據調研與科學分析結果，結合廠區占地面積與投資造價等因素，因地制宜的選擇較佳的深度處理單元，例如高效沉淀池、反硝化濾池、曝氣生物濾池等。