污水处理厂高排放标准提标改造措施的应用探讨

伍 波 叶昌明

深圳市清泉水业股份有限公司 广东 深圳 518172

目前，脱氮除磷是持续改善水生态环境的关键技术手段。随着国家高质量发展、绿色环保要求的提出，各地要求污水处理厂排放标准不断提高，由二级标准向一级B、一级A、地表准Ⅳ类、地表准Ⅲ类水逐级推进[1]，其中地表准IV类的地方标准有天津市A标准、四川省城镇污水厂、浙江省新建污水厂、江苏省A标准等；地表准Ⅲ类有北京市A标准、深圳市A标准、昆明市A标准等。因此，污水处理厂需要进一步脱氮除磷，减少污染物排放，防止水体富营养化，实现水环境可持续发展，同时对污水处理技术提出了更高的要求。为此，本文针对高排放标准提标改造存在的难点以及提标改造技术措施进行了分析与总结，以期为类似工程设计提供参考依据。

1 高排放标准下污水处理的难点分析

1.1 进水水质水量波动

受地下管网渗漏现象，河水、地下水等倒灌排水管网以及排污企业偷排现象等问题，导致我国大部分城镇污水处理厂实际进水水质水量波动较大，部分污水厂因服务区域缺水长期处于低负荷运行，尤其在南方城市普遍存在。污水厂进水水质水量过高会出现超负荷运行，出水容易超标，增加了日常管理难度；若过低容易影响生化池微生物生长繁殖，出现处理效果不稳定，且好氧区处于长期延时曝气状态，严重影响生化除磷效果，既需要在缺氧区补充外加碳源保证脱氮效果，又要在好氧区末端投加大量除磷药剂保证除磷，无形中增加了运行费用。

为了加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理，我国于2019年4月发布了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2021年）》（简称“三年行动方案”），经过3年努力，要实现城市生活污水集中收集效能显著提高，确保城市污水处理厂进水生化需氧量（BOD）浓度不低于100 mg/L。自“三年行动方案”实施以来，全国管网收集系统完善取得了一定的成绩，但一些城市和地区污水集中收集率仍然偏低[2]。因此，高排放标准的污水处理厂依然需要面对水质水量波动的巨大挑战。

1.2 现有生化池处理能力有限

高排放标准主要去除污染物CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP，排放标准越高，去除难度越大，尤其是TN和TP指标。通常我国污水处理厂二级生化处理已无法满足高排放标准，大多数原因在于：碳源不充足，污水碳氮比（C/N）普遍低于4，厌氧与缺氧区激烈竞争碳源，脱氮除磷效果差；设计选型不合理，缺氧区没有完全混合，或好氧区曝气装置溶氧效率低，或设置初沉池降低生化池有机质，均会影响脱氮除磷；生化池水力停留时间不足，容积负荷过高，无法超负荷实现污染物去除；存在设备老化，导致水力条件不佳，某些生化区域存在死区，有效池容处理效率降低。

2 高排放标准下提标改造技术措施

2.1 加快推进提质增效

针对现有高排放标准下污水厂提标改造存在的难点，各地政府需重视并加快推进城镇污水处理厂提质增效工作，前期应充分调研，排查现有污水收集系统存在的问题，在此基础上提高管网收集率、降低倒灌水量，提升进水水质浓度。重点工作需要从以下几个方面着手：

第一，降低管道水位，提高管道流速，能够有效降低收集管网内污水中的颗粒物沉降，也是快速提升污水收集率的最佳方法。通过降低管道充满度与运行水位，确保管道实际流速不低于最小沉降流速或设计流速，即使旱季水量少，但流速快，污水中的颗粒物沉积能够显著降低。

第二，补齐短板，填补管网空白区，通过排查污水管网存在的破损问题进行修复，提升管网运行效能。

第三，定期清淤，能够提升污水管网健康运行水平。

第四，加强已建设截污排口的防倒灌措施，协调降低河道水位，减少河水倒灌情况。

第五，推进新建或改造区域完成管网雨污分流，并且强化居民小区尤其是城中村污水与雨水管道错接混接治理。

2.2 强化生化处理

污水处理厂提标改造通常采取优化运行方式和参数、外加碳源、添加填料等措施，强化生化池微生物处理能力。

2.2.1 优化运行条件

针对污水处理厂二级生化处理存在的碳源不充足问题，最直接的做法是向生化池内外加碳源，工程中反硝化脱氮C/N设计值不低于5，根据实际进水水质C/N与设计值计算出碳源需求量，将配置好的碳源投加至生化池，提高生化脱氮的去除量。其次，适当降低生化系统的硝化液回流比，减少进入缺氧池内的溶解氧，一方面，能够限制碳化菌的繁殖，侧面提高了碳源利用率；另一方面，可以更好的维持缺氧池内微生物生存环境，降低溶解氧对反硝化细菌的影响，提高处理能力。兰鑫[3]采用A2/O工艺，运行条件控制为C/N比值由3.2升高至5，混合液回流比从300%降至200%，厌氧池DO≤0.20mg/L，好氧池DO为2.5mg/L左右，发现TN、氨氮去除率分别增加58.13%、48.14%，脱氮效率显著提升。此外，可以将生化池单一进水方式改为多点进水，充分提高污水中有机质的利用效率。

2.2.2 提高微生物量

仅通过优化生化池运行条件不足以让处理能力得到质的改变，往往还需要结合提高系统微生物量的措施。当现状污水处理厂生化池水力停留时间不足时，在占地面积充足的情况，可以增设部分生化池，提高系统污染物处理能力，如总氮不达标，可以增设缺氧池，降低硝态氮容积负荷。若污水厂场地受限，无法扩建构筑物，则需要考虑采用原位提标改造技术手段，如MBBR和MBR技术。

通常活性污泥法设计上好氧区的体积富余量较多，在好氧池内隔出一块区域，投加一定比例的MBBR悬浮填料，使填料表面繁殖大量生物菌群，增强活性污泥的硝化效果。有的南方城镇污水处理厂为了提高反硝化脱氮能力，在好氧池隔出一段缺氧区域，并在缺氧区投加悬浮填料，整体提升生化系统的脱氮效果。西安第三污水处理厂[4]将奥贝尔氧化沟内沟的表曝改为底曝方式，向内沟投加聚乙烯悬浮填料，填充率为10%～20%，按MBBR工艺运行，改造完成后填料表面生长大量生物膜，提高了脱氮除磷处理效率，出水水质由一级B标准提升至一级A标准，且出水TP 从0.4 mg /L～0.8 mg /L降低至0.02 mg /L～0. 41 mg /L。

另外，提高微生物量比较常见的做法是将原有二沉池改造成MBR膜生物反应器，该工艺的优点是无需二沉池，节约占地面积，有效提高活性污泥的浓度，能够实现原位提标扩容。湖南某污水处理厂[5]提标改造需从6.0万m3/d扩容至16.0万m3/d，因空间场地限制，该污水处理厂将原工艺“厌氧+氧化沟”改造为“二级生化（缺氧池、厌氧池、好氧池）+MBR池”工艺，将现状二沉池改造为好氧池和MBR池，污泥浓度保持在8000 mg/L，提高污水处理能力，出水水质由一级B标准提升至一级A标准。

2.3 增设深度处理单元

尽管强化了二级生化处理能力能够提升污水处理效果，但污水处理厂出水水质达到准IV类仍然存在风险，尤其是污泥负荷偏高的项目，若要求达到准Ⅲ类排放标准则更加困难。目前，大多数提标改造工程充分挖掘二级生化处理能力后，再增加深度处理单元。就高排放标准主要强化去除指标CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP等，常见的深度处理组合工艺如下表1所示。

表1 部分提标改造工程深度处理组合工艺

从表1可知，强化处理SS和TP时，仅采用高效沉淀池+滤布滤池组合工艺即可，高效沉淀池外加除磷药剂（PAC或PAFC等）经絮凝沉淀降低TP，滤布滤池为了确保出水SS达标排放；若二级处理出水TN无法达标排放，则应将滤布滤池更换成反硝化滤池进行深度脱氮；当要求出水水质CODCr、BOD5达到地表准Ⅲ类时，北方地区常选用臭氧催化氧化+活性炭（焦）吸附组合工艺，主要利用臭氧氧化将大分子有机物断链，矿化部分有机污染物，再经活性炭滤池或活性焦滤池吸附进一步去除CODCr、BOD5，同时吸附去除臭氧催化氧化产生的副产物，降低对水环境的影响；如果强化生化池也无法提升NH3-N去除量，深度处理中需要增设曝气生物滤池确保NH3-N达标。因此，仅通过强化生化处理并不能确保出水能够稳定达到高排放标准，需要同步考虑二级处理与深度处理改造。

3 高排放标准工程案例

表2是我国部分高排放标准污水处理厂提标改造工程。由表2可知，高标放标准提标改造项目中，主要采用强化二级生化处理+增设深度处理的技术路线，改造后出水水质达到地表准IV类甚至地表准Ⅲ类。

表2 部分高排放标准污水处理厂提标改造工程

其中北京某污水处理厂因水质水量波动大、企业偷排现象多，决定将原有SBR工艺改造成AAOAO形式的MBR工艺，增设了臭氧催化氧化+活性炭滤池深度处理单元，改造后出水稳定达到地表准Ⅲ类水质。广东省韶关市某市政污水处理厂原采用AO微曝氧化沟为主体工艺，存在溶氧率低以及底部淤泥沉积问题，导致水处理效果不佳，出水水质仅达到一级B，将表面曝气机改为底部微孔曝气器，新增推流器，并增设曝气生物滤池和上向流反硝化滤池，改造后总出水实际稳定达到地表准Ⅲ类标准，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，污水厂高排放标准提标改造的技术路线并不唯一，需要一厂一策，充分考虑地域、进出水质情况及投资预算等因素选择设计。

4 结语

近些年来，国内污水处理厂提标改造已从数量向质量发展，尤其重视水源地、生态环境敏感区保护，由此各地提出了地表准Ⅳ类甚至地表准Ⅲ类的高排放标准。因此，污水处理厂高排放标准提标改造时，应当重视污水处理厂提质增效，填补管网空白区，修复渗漏管网，提高污水集中收集率；其次，充分挖掘现有处理工艺的潜力，通过优化运行条件、提高微生物量等措施强化二级生化处理能力；同时，依据调研与科学分析结果，结合厂区占地面积与投资造价等因素，因地制宜的选择较佳的深度处理单元，例如高效沉淀池、反硝化滤池、曝气生物滤池等。