浅谈城市污水处理厂提标改造工程

摘要：城市污水污染已成为制约国家发展的重要因素之一，因此国家对污水处理厂的排放标准也愈发严格。本方针对污染物的的特点与处理方法，重点介绍几种常见的污水处理厂改造方案。 

　　关健词： 提标改造 生物填料 曝气生物滤池 反硝化滤池 

　　中图分类号：U664文献标识码： A 文章编号： 

　　随着我国城市化进程及工业的加速发展，环保问题，特别是城市污水处理已成为各国研究的热点。然而随着大量的生活与工业污水流入江河、湖泊或地下水中，给水体造成严重污染，对渔业用水、生活用水等产生影响。城市污水污染已成为制约国家发展的重要因素之一，因此国家对污水处理厂的排放标准也愈发严格。目前越来越多的城市污水处理厂为响应国家节能减排号召，排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准提升为一级A或者更高标准。为达到更高的排放标准，许多水厂由于设计原因，原有的处理单元已无法满足现有要求，所以对水厂的提标改造也不得不提上日程。 

　　目前绝大多数污水厂的排放标准由一级B标准提升为一级A标准。我们首先对以上两个标准的主要指标进行简单的比较分析，一级B标准：BOD520、COD60、SS20、总氮（以N计）20、氨氮（以N计）8、TP1；一级A标准：BOD510、COD50、SS10、总氮（以N计）15、氨氮（以N计）15、TP0.5。 

　　生活污水属于可生化性较好水质范畴，可采用生物处理方法完全降解水中的COD与BOD。根据先前数据分析，由于水质指标提高，可考虑增加处理单元或者对原有构筑物池容不变的情况下，增加池内微生物量的改造来完成COD与BOD的达标排放。考虑出水水质及保证沉淀效果的前提下，系统必须具有足够的硝化、反硝化能力。而系统能否完成较充分的反硝化，除了外部条件，还取决于进水的碳源是否充足。因此，在选择污水处理工艺前要对进水中的碳源情况进行分析。若水中溶解性不可降解物<30mg/l时，TN、NH3也完全可通过生化得以去除。可以考虑增加原生化工艺中的缺氧段并且加大回流比或者增加后置反硝化来实现总氮和氨氮的达标排放。城市污水属于生物除磷效果较好的污水水质范畴，采用生物除磷法可得到较为满意的除磷效果。但是，由于出水总磷要求提高。另外考虑到污水处理厂污泥处理过程中磷释放的问题，因此在在大部分改造过程中采用生物除磷法和化学除磷法相结合的方法以强化除磷效果，达到污水排放标准。针对以上污染物的的特点与处理方法，以下重点介绍几种常见的污水处理厂改造方案。 

　　增加生物填料 

　　目前城市污水处理厂常见的主体生化工艺有：A/A/O、氧化沟、SBR、CASS等，处理单元内通常有厌氧区、缺氧区、好氧区或者相应的反应时间段来对水中的有机物、氨氮、总氮、总磷来进行去除，但是大部分污水处理厂由于最初的设计原因或者为了达到更高的处理标准和更大的处理量，原本的处理能力明显已力不从心。在水处理构筑物池容不改变的情况下，只能对处理单元内部进行改造来人为增加水池内生物总量来达到更高的处理能力。 

　　接触填料作为微生物栖息的场所，是生物膜的载体，不仅影响着生物的生长、繁殖和脱落，而且填料的性能对生物膜的性状、氧的利用率和水力分布条件等起重要作用，是直接影响生物接触氧化工艺处理效果的关键因素。填料的作用主要体现在“三高”，即：(1)高生物量。由于填料的大比表面积，为生物栖息提供了巨大的空间，使得大量微生物得以附着生长，因而可维持生物接触氧化池内较高浓度的生物量。(2) 高生物活性。由于填料的设置，可对气泡进行切割和阻挡，起到了曝气受限器的作用，使气泡的停留时间和气液接触的表面积增加，实测证明提高了氧的吸收能力，可减少曝气量．在曝气面积不变的情况下，曝气强度增加，空气水流扰动剧烈，对生物膜表面的冲刷加强，使生物膜更新快，因而接触氧化池具有较高的生物活性。(3) 高传质速度。因填料的高孔隙率和生物膜的立体结构，使废水较方便地进入填料内部孔，进行生物接触氧化反应，同时也使得正常脱落的生物膜较为容易地从填料中随水流出，减少了填料堵塞的出现概率，同时由于曝气强度大，池内流体强烈扰动，生物膜表面的代谢物质流动和更新速度快，反应浓度梯度大，传质效率高，因而生物膜能保持较高的生化反应速率。 

　　基于接触填料的上述特性，在好氧区增设接触填料，作为微生物附着的载体。由于该填料的特殊结构，系统中的活性污泥浓度可以达到普通活性污泥法的数倍以上，大大提高了构筑物的处理能力；同时由于微生物附着在载体上，好氧区内泥龄较长的硝化菌不易流失，系统生物脱氮能力好，可大幅降低水中有机物与氨氮浓度。 

　　山东济宁市嘉祥县污水处理厂可作为生化池内增加生物填料提标改造成功的典型案例，原嘉祥污水处理厂一期处理规模20000m³/d，主体工艺为一体化氧化沟，工艺原理为卡鲁塞尔氧化沟，为节约占地空间，两侧增加边沟作为沉淀区。但是实际运行情况很不好，由整个工艺的水力停留时间只有20小时左右，两边的沉淀区域挤占了生化处理的空间，使得水中氮、磷、有机物等得不到充分的降解，而沉淀区的水工条件不利，沉淀效果不理想，出水带泥严重，原出水指标达不到一级B标准。目前通过生化池内部改造，在好氧区内增加生物填料提高水中生物总量和污泥浓度，加大硝化液回流比，同时加大沉淀区域的停留时间，使泥水充分分离，现在出水效果一稳定在一级A标准。 

　　曝气生物滤池 

　　为扩大污水处理厂处理能力，提高处理负荷，许多污水厂改造工程中，在不变动原有水处理构筑物情况下，通常考虑增加处理单元来实现提标改造目的。其中较常见的做法是采用曝气生物滤池作为污水处理厂的三级处理工艺。 

　　曝气生物滤池（biological aerated filter），简称BAF，该工艺是20世纪90年代初开发出来的新型微生物附着污水处理技术，不同于前几种活性污泥法生化工艺，BAF是 “生物膜法”污水处理技术的一种，其最大的特点是集生物氧化和截留悬浮物于一体，节省了后续二次沉淀池，有机物容积负荷高，水力负荷大、水力停留时间短，占地、基建投资少，出水水质好，不仅可以用于水体富营养化处理，而且可以广泛地用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水的处理。 

　　曝气生物滤池工艺是一生物过滤池，内设特制的微生物附着生长必须的颗粒性滤料。面比较粗糙，具有巨大的比表面积，滤料表面及开口内腔空间生长有微生物膜，能够承受较高的有机污染负荷，污水由下向上流经滤料层时，微生物膜吸收污水中的有机污染物作为其自身新陈代谢的营养物质，并在滤料层下部提供曝气供氧的条件下，气、水同为上向流态，使废水中的有机物得到好氧降解，并进行硝化脱氮。它定期利用处理后的出水对滤池进行反冲洗，排除滤料表面增殖的老化生物膜，以保证微生物膜的活性，为达到生物氧化有机物和氨氮的目的，生物滤池需进行曝气。曝气生物滤池系统氧的利用率可达30％～35％，曝气量明显低于一般生物处理。其主要原因是：①因滤料粒径小，气泡在上升过程中不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积，提高了氧的利用率；②气泡在上升过程中，由于滤料的阻挡和分割作用，使气泡必须经过滤料的缝隙，延长了其停留时间，同样有利于氧的传质；③理论研究表明，BAF中氧气可直接渗入生物膜，因而加快了氧气的传输速度，减少了供气量。由于滤料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附作用，使得出水的SS很低，一般不超过10mg/L。因进行周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性较高。有时即使生物处理发生故障，在短期内其物理作用机理仍可保证高质量的出水。生物曝气过滤工艺布置十分紧凑、占地面积约为常规工艺的十分之一，这一优点十分令人瞩目。 

　　太仓市沙溪镇污水处理厂位于太仓市，污水处理厂设计规模为2万m3/d，一期工程设计规模为1万m3/d，主体生化工艺为“水解＋改良SBR”，原处理标准为一级B标准。由于太湖蓝藻爆发，出水标准需提高到到一级A，污水处理厂新增一座曝气生物滤池，进一步降解水中有机物、氨氮、总氮、总磷、悬浮物等，目前已稳定运行。 

　　反硝化滤池 

　　氮和磷作为水体富营养化的主要因素，一直是政府关注的焦点，而且也是污染物排放的主要检测指标之一。目前污水处理厂的主要脱氮工艺为硝化反硝化，而采用生物除磷法和化学除磷法相结合的方法来去除水中的磷。 

　　反硝化滤池按处理阶段分为前置反硝化滤池和后置反硝化滤池。对于一般的污水处理厂的提标改造，原有的生化处理系统已经在运行，改造一般采用后置反硝化工艺。反硝化滤池通过反硝化来去除污水中TN，并且去除一部分SS；但是反硝化滤池对进水SS的浓度要求很高，对于进水氨氮、 TN也有一定要求，而且反硝化滤池至于生化池的末端，进水碳源难以保证，可能需另外投加碳源来达到反硝化目的。 

　　反硝化滤池采用2～3mm石英砂介质滤料，滤床深度通常为1.83m，滤池可保证出水SS低于5mg/L以下。反硝化滤池采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，同时深床又是硝酸氮 (NO3-N) 及悬浮物极好的去除构筑物。介质的比表面积较大。深介质的滤床足以避免窜流或穿透现象, 即使前段处理工艺发生污泥膨胀或异常情况也不会使滤床发生水力穿透。介质有极好的悬浮物截留功效，在反冲洗周期区间，每m2过滤面积能保证截留大量的固体悬浮物。固体物负荷高的特性大大延长了滤池过滤周期，减少了反冲洗次数，并能轻松应对峰值流量或处理厂污泥膨胀等异常情况。悬浮物不断的被截留会增加水头损失，因此需要反冲洗来去除截留的固体物。由于固体物负荷高、床体深，因此需要高强度的反冲洗。反硝化滤池采用气、水协同进行反冲洗。反冲洗污水一般返回到前段生物处理单元。在反硝化过程中，由于硝酸氮不断被还原为氮气，深床滤池中会集聚大量的氮气，这些气体会使污水绕窜介质之间，这样增强了微生物与水流的接触，同时也提高了过滤效率。每毫克SS中含BOD50.4~0.5毫克，因此去除出水中固体悬浮物的同时，也降低了出水中的BOD5。另外，出水中固体悬浮物含有氮、磷及其他重金属物质，去除固体悬浮物通常能降低些许以上的上述杂质.配合适当的化学处理， 能使出水总磷稳定降至0.3mg/l以下。在二沉池后投加混凝剂，经机械混合后直接进入滤池，不仅可以进一步降低CODcr和BOD5，而且可以稳定保证SS、TP达标，不仅可简化污水厂处理流程，降低投资费用，减少运行费用，而且还可延长过滤周期，提高产水量及出水水质。微絮凝过滤充分体现了深层滤料中的接触凝聚或絮凝作用。它实际是在混凝、过滤作用机理深入研究的基础上，将混凝与过滤过程有机集成一体，形成了当今水处理的高新技术系统。在污水深度处理方面具有较高的推广价值。目前，反硝化滤池已广泛应用于太湖流域多个污水处理工程。 

　　总结 

　　在国家发展的同时，引发了诸多环境污染代价。随着可持续发展战略的提出，人们的环保意识逐步加强。国家对污水排放的指标要求也不断提高，城市污水处理厂在提标改造确定处理工艺的同时也应注意一下几点，水处理装置能在不同工况下自动调节负荷，使装置始终在最理想、最经济点运行；针对所收集废水的特点和处理要求，进行各种高效处理设施的优化组合，以达到占地面积少，适用性强的目的，专用设备的选型进行充分比选，达到性能价格比的最优化，在保证质量和安全可靠的前提下，降低系统造价和运行管理费用。充分发挥建设项目的社会效益、环境效益和经济效益。在确保功能可靠、运行稳定、灵活性强、操作管理方便的前提下，根据设计进水水质和排放标准的要求，尽量采用新技术，采用高效节能、简便易行的处理工艺。全面规划，合理建设，充分考虑利用原有设施及设备，与现有格局和谐共存，根据技术成熟、经济合理的原则进行总体设计和单元构筑物设计，并充分注意节能，力求减少动力消耗，以节约能源，降低处理成本及运行费用。工程设计应以工艺成熟、操作稳定（具有抗冲击性）、安全可靠、节能、运转周期长为原则。既要体现技术发展水平，又要脚踏实地立足原有装置客观实际功能。我们只有通过对不同提标改造工艺的科学分析，才能有依据的进行改革及创新，从而提高城市污水处理工作效能，为促进和谐社会发展做出必要贡献。