城市污水处理现状及污水处理厂提标改造

张 强

（浑源县市政公用事业服务中心，山西 大同 037400）

0 引言

在我国城市化进程中，城市污水产生量不断增加，发展为严重的水污染问题。城市污水厂是城市污水处理的基础设施，承受着极大的压力。在长期不间断作业过程中，污水处理厂运行问题频出，传统的活性污泥处理工艺对氮、磷的去除率不高，无法达到一级A 出水标准。因此，探究污水处理厂提标改造具有非常突出的现实意义。

1 城市污水处理现状

在我国城市化率持续提高过程中，污水处理标准愈发严格，污水处理技术不断升级。当前我国城市污水处理工艺主要为二级生物处理工艺（见图1），即在对污水进行初步过滤、沉淀、曝气去除废水中悬浮物后，开展二级生物处理（传统活性污泥法/氧化沟、序批式活性污泥法），可以在一定程度上去除污水中磷、氮与有机物[1]。但是，当前城市污水处理整体存在氮磷去除率低、污泥处置效果差、再生水回用率低等问题，个别地区污水截流干渠污水溶解氧值极低，化学需氧量、硫化物、氮磷、挥发酚等指标显著超出排放标准，且存在臭气逸散问题。

图1 基于传统活性污泥法的废水处理

2 城市污水处理存在问题的原因

2.1 设施设置不合理

城市污水处理设施主要包括粗格栅及进水泵房、细格栅、沉淀池、生物反应池、二沉池、回流污泥池、滤布滤池、鼓风机房、接触消毒池、回用水泵房、曝气储泥池、加氯间、污泥脱水机房、污泥浓缩池等。当前城市污水二级生物处理体系中，一级处理单元主要设备生产能力与提升泵能力存在欠缺，沉砂池内无设备问题频现。而二级生物处理单元设施设置不合理，粗格栅间隙过大，格栅筛选能力较弱，鼓风机风量、深度提升泵房扬程、机械搅拌澄清池搅拌设备均无法满足工艺运行要求，导致污水处理效率较低。

2.2 设施脱氮除磷效率低

污水处理厂是我国城市污水处理主要阵地，污水处理厂脱氮除磷效率低问题是目前城市污水处理现状问题的主要原因。当前我国早期建设的污水处理厂在工艺选择方面未考虑污水中氮磷污染物的去除问题，导致现有污水处理厂运行期间无法有效去除污水中的氮磷污染物。

2.3 污泥处理设施老化破损

城市污水处理体系中污泥浓缩池多为敞开式地上构筑物，存在老化破损漏气现象，无臭气收集装置。同时污泥脱水机房泥棚、皮带输送机、螺旋输送机臭味较大，密封效果差，存在臭气逸出现象。加之以往污水臭气处理规模较小，现状除臭设施老化严重，无法有效去除污水中臭味。

3 城市污水处理厂提标改造

3.1 改造背景

一城市污水处理厂建成于2007 年，处理水量为20 000 m3/d。污水处理厂主要负责处理生活污水，处理工艺为Unitank，污水处理达标后排入外河，污泥委外焚烧。污水处理厂原处理标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级B 标准，出水水质见表1。拟依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级A 标准要求，其中COD、氨氮、总磷三项主要污染物指标执行《国家地表水环境质量标准》V 类标准要求，进行工艺改造。

表1 改造前城市污水处理厂出水水质

3.2 改造过程

城市污水处理厂提标改造是以Unitank 处理工艺为核心，集成A2O 池、MBR 池、反硝化滤池、转盘滤池。

3.2.1 预处理改造

根据城市污水中细小漂浮杂物、污泥分离要求，选择三道机械格栅（25 mm+10 mm+3 mm）、曝气沉砂池作为预处理工艺。其中25 mm 格栅的最大水深为2 m，过栅流速为0.6 m/s，总高度为7.3 m，栅渣量为9 m3/d，配电功率为3.5 kW；10 mm、3 mm 格栅转移至粗格栅后。同时配备1 套螺旋直径300 mm、处理栅渣量达3 m3/d 的无轴螺旋输送机以及一套总长4 m、处理栅渣量达3 m3/d 的栅渣压滤机和1 套10 t 起吊设备。

3.2.2 生物处理池改造

预处理后，将现状Unitank 池改造为A2O 池，A2O池后增设MBR 池（膜生物反应池）、反硝化滤池、纤维转盘滤池，参数见表2。

表2 生物处理池改造参数

A2O 池是应用范围较为广阔的脱氮除磷设施，在碳源充足情况下，脱氮率较高，且水力停留时间较短，有利于抑制污泥膨胀，分割污泥、脱去污泥污水，获得稳定的脱氮、脱磷效果，降低污水处理成本。在具体改造期间，为进一步提高出水稳定性，新建1 座生物反应池，更换厌氧区、缺氧区推进器，维护原填料区内壁，缩短停水时间。随后根据深度处理要求，综合考虑进水混凝沉淀、机械搅拌絮凝、沉淀几个环节，增设反硝化滤池。反硝化滤池呈V 型，过滤材料颗粒级别均一，水冲洗与气洗结合，交替开展过滤、反冲洗。在过滤环节，进水经槽堰、配水孔（V 型槽底）进入内部，逐层过滤后流出到清水池。进入清水池的进水先由长柄滤头进行气洗，再经长柄滤头进行水洗，单独水洗后将杂质转移到排水槽。排水槽设置直径超1.5 mm 的滤料（2～3 mm 石英砂），配合高强度反冲洗转台，有效截流污水中悬浮物以及多种污染物，强化总磷处理效果[2]。进而经排水槽进入纤维转盘滤池，以纤维毛滤布为过滤介质，在润湿后，直立状态的纤维毛变为4 mm±1 mm 深、当量孔径10 μm 的有效过滤介质，有效捕获悬浮粒子，并在反洗状态下排出杂质。

3.2.3 加氯接触池改造

对于膜生物反应池后的加氯接触池，根据现有加氯系统自动控制灵敏度不高、投加氯气接触时间无法保证等问题，以过滤后污水余氯、出水量为控制信号，增设基于模糊控制算法的自动投氯系统。模糊控制器以过滤后污水余氯的幅值大小变化、过滤后污水余氯与设定值差值为输入子集，以氯耗为输出子集，保证接触时间达到30 min。控制公式如下：

式中：L 为投入氯量；M 为原水流流量；M1为原污水流量模拟信号为20 mA 时对应数字量信号；N 为原污水流量模拟信号为20 mA 时对应输出量；L0为单位氯耗；G 为投入氯量模拟信号为20 mA 时对应输出量；M2为投入氯量模拟信号为20 mA 时对应数字量信号。在改造原加氯接触标准设施的基础上，配置6 kg/h的次氯酸钠发生器，添加剂为3%聚合氯化铝、0.3%聚丙烯酰胺（其中百分数值均为对应各物质质量分数），确保加氯消毒池的HRT（水力停留时间）达到30 min。

3.2.4 除臭改造

依据《恶臭污染物排放标准》（GB14554—93）的二级排放标准，借助生物强化除臭+生物滴滤塔除臭方式，改造污染源处理系统。生物强化除臭主要是依据生物膜理论，在生物滤池内吸附恶臭气味，促使废水内有机污染物溶解并进入气膜，进而被气膜上微生物捕获，最终转化为无害化合物[3]。生物滴滤塔除臭主要是以聚丙烯小球、塑料、陶瓷、木炭等无法输出营养物质的惰性材料为滤料，吸引以芽孢杆菌为主的除臭微生物附着，处理污水中含量较高的NH3、H2S、CH4等恶臭气体。同时依据42 000 m3/h 的标准，配置加药计量泵、循环泵、氧化还原电位监测仪，集中收集臭气。

3.2.5 再生水回用改造

针对集中水井内污泥淤积严重并堵塞污泥回流泵的情况下，根据30%的废水回用标准，增设1 座再生水泵房，泵房内增设水下搅拌推流器以及高8 m、功率达45 kW 的潜污泵，泵房规模为2 800 万m3/a，与城市道路清洗、城市绿化、污水处理厂区绿化等环节相连接。而污泥则经过均质、浓缩以及脱去75%～80%水后焚烧处理。

3.3 改造成效

改造后城市污水处理厂出水水质见表3。

表3 改造后城市污水处理厂出水水质

由表3 可知，改造后，城市污水化学需氧量（COD）、总磷、总氮、氨氮以及悬浮物（SS）、臭气（含H2S、CH4、NH3等）去除率显著提升，达到标准要求。同时观测各污水处理工段进水井、格栅井、二沉池、机械污泥脱水间等气味值，进水气味值均超出85，在32～160 之间波动，改造后污水气味值均在20 以下，波动范围在12～35 之间，表明改造效果良好。

4 结语

A2O 池+MBR 池+反硝化滤池+转盘滤池工艺的应用，可以有效提升城市污水处理厂出水水质，改善城市污水处理效果。因此，根据实际出水水质，城市污水处理厂可以选择适宜的预处理、深度处理与消毒、除臭工艺、污泥处理处置工艺、再生水回用工艺，辅助提升污水处理后出水标准，为城市水资源污染问题的解决提供支持。