太湖流域城镇污水厂提标改造工艺的比较和选择

刘科军

（常州市市政工程设计研究院有限公司，江苏 常州 213003）

2007年5月无锡太湖的蓝藻爆发事件，引起了社会各界的广泛关注。根据国务院、江苏省委、省政府的要求，为进一步加大太湖流域水环境的保护力度，太湖流域范围内的城镇污水处理厂必须提高尾水的排放标准，满足防治太湖水污染，改善和保护环境，提高人民健康水平和保障安全的要求。

1 城镇污水厂尾水排放标准提高

目前，太湖流域大部分已建城镇污水厂尾水的排放采用《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级排放标准B标准(总氮未作为控制指标)，而在2007年无锡太湖蓝藻事件后，江苏省政府要求太湖流域所有新建城镇污水厂尾水排放标准提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级排放标准A标准。一级排放标准A标准和B标准的具体区别见表1。

表1 一级排放标准中A、B标准的主要指标对比Tab.1 Contrast of Main Emission Standard in A,B Standard

通过表1，可见一级排放标准A标准中:（1）BOD5、NH3－N、SS、CODCr控制要求提高。（2）TN 控制要求非常高，冬天水温12℃时仍要控制在15mg／L以下。（3）TP的控制进一步加强，由1mg／L提高到0.5mg／L。

对于以上 BOD5、NH3－N、CODCr和 TN 指标可以通过对城镇污水厂目前普遍采用的二级处理工艺进行强化来进一步去除，但对于SS和TP必须采用三级处理工艺才能实现达标排放。因为常规的生物除磷很难使TP的去除到达0.5mg／L的限值，必须采用化学除磷；而在不影响现有工艺的生物效应，化学除磷应考虑放在三级处理工艺中进行。此外，城镇污水厂二级处理中的常规重力沉淀也很难保证SS的稳定达标排放，因此也应考虑采用三级处理。

2 污水厂提标改造工艺的选择

由于尾水排放标准的提高，太湖流域所有已建城镇污水厂都面临着改造，以实现尾水的达标排放。通过对排放标准的对比分析可以看出，对于现状城镇污水厂的提标改造可以分为以下几部分:一是对现状污水厂普遍采用的二级处理工艺进行改造，来强化处理效果；二是新建三级处理构筑物，来进一步去除污染物，进而做到达标排放；三是新技术膜生物反应器（membrane bioreactor,MBR）的运用，MBR出水不需经三级处理即可实现达标排放和满足直接回用要求。

2.1 二级处理工艺的改造方案

二级处理工艺的改造，主要是为了提高对BOD5、CODCr和氮磷的去除效果，因此改造的重点在于生化池。目前，太湖流域城镇污水厂的生化池采用的形式主要有A／A／O和氧化沟。因此对于生化池的改造主要有减荷增效和泥法—膜法联用。

2.1.1 生化池减荷增效

在污水的生物处理中，根据活性污泥法的反应器理论[1]，当生化池进水污染物负荷降低时，能够有效提高微生物的去污效果，使出水中污染物的各类指标进一步降低。目前工程中通常采用的措施有:

（1）进水的分流量减荷；（2）生化池的扩容减荷。

1）分流量减荷

当平面布置允许时，可以通过新建生化池来达到分流量，最终实现生化池负荷的降低。此方案最大的优点是不影响污水厂现有工艺的正常运行，大大降低了因改造而对污水厂带来的损失和不便，做到生产和改造同步进行。

2）扩容减荷

生化池的扩容主要是降低负荷，延长污泥泥龄和水力停留时间，进而提高生物处理效果。具体措施有:（1）扩大原有生化池的容积，其前提是必须有足够的场地；（2）把原有初沉池改造成生化池，初沉池对BOD5有20%～30%的去除率[2]，降低了进入生化池的BOD5浓度，碳氮比的下降不利于脱氮。因此把初沉池改造成生化池，不仅有利于TN的去除，同时平面布置和高程衔接上也无任何困难。此方案最大的优点是充分利用了现有构筑物，做到了挖潜增效。

2.1.2 泥法—膜法联用

在污水的生物处理中，主要有悬浮生物法，简称泥法（即常见的活性污泥法）和固定膜生物法，简称膜法。目前城镇污水厂采用的主流生物处理法是活性污泥法，主要是固定膜生物法需要设置填料，而填料的费用一般较高。但是在微污染饮用水的生物预处理中，生物膜法已经得到广泛运用，并取得了显著的效果[3]。生物膜法的主要优点是生物量大，污泥龄长，抗冲击负荷，具有良好的硝化功能，尤其在低温季节，生物膜法的脱氮效果明显比活性污泥法要好。活性污泥法的优点是运行灵活，可靠，出水质量高，抗短时有机负荷和水力负荷能力比较强[4]。在此次太湖流域城镇污水厂的提标改造中，可以在原有生化池中设置填料，充分利用两者的优点，做到取长补短，优势互补。

1）生化池增设填料

生化池中增设填料就是在活性污泥曝气池中投加悬浮型填料作为微生物附着生长的载体。由于填料的加入，使污水处理机理和效能都大为改变。在这种系统中，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变为气、液、固三相，载体表面的生物膜与液相中的悬浮污泥共同发挥作用，各自发挥降解优势，形成了一个更复杂的复合式生态系统。在复合系统中由于曝气的作用，悬浮状态和填料表面附着状态的微生物处于好氧状态，主要由去除有机物的异养菌和硝化、亚硝化菌组成。从填料表面的好氧区到填料的内部，由于受到氧转移的影响，形成中间兼氧区、内部厌氧区，存在兼性反硝化细菌，将硝酸盐氮转化成氮气，起到去除总氮的作用。由以上的分析可知，用这种复合式生物处理系统改造传统活性污泥法是一种经济高效的途径。

当污水厂提标改造面临现状用地有限及进一步征地条件极其苛刻，且征地的经济代价相当昂贵时，生化池增设填料的工艺可以在不增加工程建设用地，对现有运行管理影响有限的条件下，完成污水厂的提标改造，现实出水的达标排放。

2）增设曝气生物滤池

曝气生物滤池（biological aerated filter，BAF）是将接触氧化与过滤工艺有机结合在一起的一种好氧生物膜法处理工艺。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，对废水中的有机物、氨氮、磷等都有较好的去除效果，同时该工艺具有容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、占地面积小、出水水质好等特点[5]。

在城镇污水厂提标改造中采用曝气生物滤池可以不需改造现有处理构筑物，而通过增加曝气生物滤池，与原有处理工艺中的生化池形成泥－膜法联用工艺，进一步削减原工艺出水中的各类污染物，特别是原有泥法工艺不能有效去除的N、P。但为保证出水SS稳定达标，曝气生物滤池后宜增加过滤处理[6]。

2.2 三级处理工艺的新建方案

三级处理工艺的新建主要是为了去除二级处理中不能有效稳定去除的污染物，如SS和TP。二沉池出水中的SS一般波动较大，很难达到良好的保证率；而TP的去除在二级处理中主要依靠生化池的生物效应，而冬季太湖流域水温一般在10～12℃，单独的生物效应很难保证达标排放。

为实现中水回用和达标排放的目的，二级处理出水必须进行深度处理。深度处理的去除对象和采用的主要处理技术见表2[7]。

表2 深度处理各单元去污效率[6]Tab.2 Decontamination Efficiency of Each Unit of the Depth Processing

通过技术经济比较，目前适合我国国情，同时适用于本次城镇污水厂提标改造工程的三级处理主流工艺流程主要有以下几种:

2.2.1 混凝—沉淀—过滤

混凝—沉淀—过滤是目前自来水厂采用的主流工艺，当用于污水三级处理时其各处理单元的主要作用有:混凝主要是:（1）澄清降浊；（2）化学除磷。沉淀主要是:减轻后续过滤单元的负荷，防止滤料阻塞，减少滤池反冲洗次数。过滤主要是:进一步去除水中的固体悬浮物，确保出水稳定达标。

2.2.2 微絮凝—过滤

微絮凝—过滤就是原水加药混合经过絮凝后不经沉淀而直接过滤的工艺。当污水厂二级处理中SS去除效果较好，同时工艺运行稳定，但需要进一步有效除磷的，后续三级处理工艺可以考虑采用微絮凝－过滤。通过加药微絮凝过程使二级处理出水中溶解态的磷酸离子形成难溶性的磷酸盐，再通过后续的过滤单元得到进一步去除。本工艺减少了沉淀单元，使得工程造价减少，同时工艺流程简洁，运行简单。

2.2.3 直接过滤

直接过滤就是二级处理出水直接通过滤池过滤。在污水厂二级处理出水水质较好，并能稳定运行，三级处理可以采用直接过滤。该工艺流程简单，运行费用节省。泰安市污水处理厂的三级处理就是采用直接过滤工艺，运行结果表明该工艺在去除CODCr、BOD5、SS指标上都是很有效的，但由于未采用絮凝剂投加系统，所以对磷的去除无效[8]。

从以上三种工艺可以看出:过滤单元是三级处理工艺的核心，是保障出水水质的把关措施。目前，过滤在实际工程中普遍采用V型滤池。V型滤池的特点是:过滤周期长，采用均质深层砂滤料，滤料层利用率高，截污能力强、滤速高、滤后水质好，反冲洗方式为气水反冲加表面扫洗，反冲洗强度小，节省冲洗水量和电耗，反冲洗效果好。此外还有翻板滤池和D型滤池，以及最近从国外引进的转盘过滤器和滤布滤池等。

2.3 膜生物反应器（MBR）的运用

MBR[9,10]是将超、微滤膜技术与污水处理中的生物反应器相结合的一种新的污水处理装置。超、微滤膜截留活性污泥混合液中微生物絮体，使之停留在生化池内，使生化池内活性污泥浓度大大提高，并延长了污泥龄，极大提高了微生物对有机物的降解，同时超、微滤膜作为泥水分离单元，可以完全取代二沉池。MBR工艺适用于需要除磷脱氮，同时用地紧张，出水水质要求高或有回用要求的场合。目前MBR工艺的工程投资及运行成本还是相对较高，但随着膜材料研究的不断深入，MBR工艺也将更具有实用价值。

3 结论与建议

太湖流域城镇污水厂尾水排放标准由目前的一级B标准提高到一级A标准，引发了太湖流域众多已建城镇污水厂的改造。本文从污水厂现状二级处理工艺的改造，三级处理工艺的新建以及新工艺MBR的运用三方面，归纳了适用于本次提标改造的各种工艺，并介绍了各种工艺的适用场合及优缺点，为工程运用实践提供了借鉴。

［1］许保玖,龙腾锐.当代给水与废水处理原理[M].北京:高等教育出版社,2000,458.

［2］张自杰,林荣忱,金儒霖.排水工程下册[M],第4版.北京:中国建筑工业出版社,2000,78.

［3］王占生,刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1999,197-235.

［4］G P Leslie Grady,Jr Glen,T Daigger Henry,et al.废水生物处理[M].北京:化学工业出版社,2003,246.

［5］朱正齐,姜佩华,陈季华.曝气生物滤池(BAF)的研究进展[J].净水技术,2005,24(1):59-61，64.

［6］江苏省住房和城乡建设厅.江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标建设技术导则[M].北京:中国建筑工业出版社,2010,42.

［7］GB 50335—2002,污水再生利用工程设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003,35.

［8］化学工业出版社.水处理工程典型设计实例[M].北京:化学工业出版社,2001,112.

［9］李志东,李娜,张洪林.膜生物反应器(MBR)处理废水的研究进展[J].净水技术,2007,26(1):18-22.

［10］付国楷,余健,郑宪明,等.MBR在水处理中的应用研究[J].净水技术,2004,23(2):34-38.