四川某乡镇污水处理厂的提标改造工艺探讨

文_谢丹 代权 余丹 吴超 纪晓梦

1. 四川省生态环境科学研究院 2.成都市龙泉驿区国营电力提灌站

沱江流域早期修建的小城镇污水处理厂普遍对对氮、磷的去除效率较低，大多设计执行一级B标准。其中SBR工艺因其具有工艺简单、操作灵活、耐冲击负荷和处理效果好等优点，适合处理小水量，间歇排放的生活污水，成为早期一些乡镇地区污水处理厂的选择。

近年来，为进一步改善沱江流域水环境质量，流域内不少乡镇污水厂也将陆续开始提标升级改造，改造后出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准。本文基于四川沱江流域内某乡镇污水处理厂原SBR工艺提标改造实际案例，为SBR工艺乡镇污水处理厂的提标改造提供技术支持和经验参考。

1 提标改造目标分析

某乡镇污水处理厂设计处理规模200m3/d，废水来源为当地居民生活废水，进水量在时间上有较大的变化性。原设计排放标准为一级B标准，现需提高到一级A标准，根据污水厂长期水质监测数据，其主要污染指标进水水质及出水情况如表1所示。

表1污水处理厂主要污染指标进出水水质及削减负荷 单位：mg/L

由表1可以看出，污水处理厂SS、COD、BOD5、NH3-N、TN、TP出水浓度满足一级B排放标准，SS可直接满足一级A排放标准。其中COD、BOD5、NH3-N出水浓度接近一级A标准，可通过强化运行管控进一步提高处理效率，而出水TN及TP浓度相对较高，故该污水处理厂提标改造的重点和难点是强化对TN、TP的去除。

2 原工艺存在的问题及改造思路

2.1 原工艺存在的问题

2.1.1 反硝化脱氮能力不足

当废水中大量的氨氮在好氧条件下被氨氧化菌硝化后变成硝酸盐和亚硝酸盐，同时大量有机物被微生物降解后，生化池逐渐进入缺氧状态，而此时水中有机物浓度较低，难以为反硝化菌提供足够的碳源，影响了反硝化效率。此外， SBR工艺因其通过时间上的变化使生化池交替的处于好氧、缺氧及厌氧的条件下，导致生化池内的不同种群的微生物难以生长在各自适宜的环境下，进而影响了脱氮效率的提高。因此，SBR工艺相对其他具有脱氮除磷能力的工艺偏低，在一定条件下出水水质难以达到一级A标准。

2.1.2 总磷去除率较低

传统的生物除磷是通过厌氧好氧交替过程中聚磷菌过量摄取磷形成高磷污泥,以剩余污泥的排放将磷从系统中排出，从而达到除磷目的。SBR工艺中当系统停止曝气后进入沉淀、排水工序的缺氧段，当反硝化不完全而留下大量硝酸盐，硝酸盐的存在导致反硝化菌与聚磷菌争夺有机碳源，导致厌氧释磷量减少，导致好氧条件下摄磷能力下降，影响除磷效果。此外，SBR在时间上的沉淀、排水、排泥过程使污泥处于厌氧和缺氧状态，污泥中部分磷提前释放，也将影响出水水质。

2.1.3 污泥干化能力不足

乡镇污水处理厂普遍处理规模较小，污泥产生量低，通常未配置污泥浓缩脱水设备。该污水厂采用污泥浓缩池进行污泥浓缩，随后直接进入储泥池进行储存，缺乏干化能力，经检测，污泥含水率约为98%，导致后续运输处置不便。

2.2 工艺改造思路

通常，污水厂升级改造要遵循以下几个原则：工艺运行可靠，改造后出水稳定达标；尽量利旧，减少改造投资费用；布置紧凑，合理利用空间；在改造过程中尽量不影响污水厂正常运行。

由表1水质监测数据可知，该污水厂改造前可稳定达到一级B标准，但有机物及氮磷等营养元素等指标还不能满足一级A标准，因此本次提标改造主要在于强化系统内的污泥活性，增强有机物分解及脱氮除磷能力。

氮是污水厂常规二级生物处理工艺比较难以去除的污染物，污水中氮的去除主要靠硝化、反硝化过程，硝酸盐的反硝化过程是控制生化处理缺氧单元设计的主要因素。对于SBR类工艺，其脱氮除磷能力一般稍逊于A2/O工艺，因此此类污水厂升级改造时需针对氨氮和总氮的去除合理选取改造工艺和设计参数，突出生物脱氮优先，兼顾生物除磷的设计原则。

由于乡镇污水处理厂进水水质波动较大，当进水碳源较低时，SBR工艺的生活除磷效果难以保证。为确保出水总磷达标，需要辅以化学除磷，目前常用的化学除磷有前置除磷、同步除磷、后置除磷三种方式。对于SBR类工艺，生化池本身也是沉淀池，采用前置除磷、同步除磷时难以避免除磷药剂对活性污泥的抑制作用，对于水量较小的SBR工艺乡镇污水处理厂，由于出水的不连续性，采用后置除磷时，需要将药剂的投加和生化池的出水实现联动，否则将造成不必要的药剂浪费。

污泥干化有自然蒸发法和机械脱水法两种，一般情况下，乡镇污水处理厂由于进水量较小，污泥产量较小，采用自然蒸发法更为经济合理。因此，该污水厂考虑采用污泥干化床对污泥进行干化，通过污泥自身排水及从外露的表面向空气中蒸发，可使污泥含水率下降至85%左右。

3 提标改造方案及效果

本次改造考虑在利用现有SBR生化处理系统的基础上，考虑在增设部分处理单元，具体改造方案如下：

强化生物脱氮能力，在SBR工艺前段新增缺氧池，HRT=3.0h，并将SBR中混合液回流至前段的缺氧池，回流比为300%，将废水中在好氧条件下产生的的硝酸盐氮经反硝化后变成氮气而去除。

新增化学除磷单元，在SBR工艺后端增设混凝池及二沉池，实现对生化除磷的效果进一步强化。其中二沉池表面负荷为0.92m3/m2·h，停留时间为3.5h。

改造污泥处理方法，将储泥池改造为污泥干化床，通过污泥自身排水及自然增发降低污泥含水率，节省污泥处置费用。

污水处理厂改造后各处理单元设计参数如表2所示。

表2 污水处理厂改造后主要构建筑物表

本次提标改造采用“缺氧池+一体化SBR+混凝沉淀”的污水处理工艺和自然干化的污泥处理工艺，提标改造后通过对污水处理厂出水进行水质监测，数据显示：改造后6个月出水水质均连续稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准，各项水质指标监测数据见表3。经过污泥干化床自然干化的污泥含水率将至约85%，可减轻后续污泥处置压力。

表3 改造后COD监测数据表 单位：mg/L

4 提标改造总结与建议

以SBR工艺为主的乡镇污水处理厂在进行提标改造时，应重点考虑强化系统的脱氮除磷能力，同时尽可能利用原有构筑物及设备，减少提标改造工程量，降低改造费用。

污水处理量较小的乡镇污水处理厂其污泥处理建议以自然干化为主，既可有效降低污泥含水率，又可减少运营成本。

小乡镇污水处理厂宜加强运行管理，应根据进水水质和水量的变化调整运行模式确保出水稳定达标。