太湖流域城鎮污水處理廠提標改造工藝綜述

高 洋，程潔紅

(江蘇理工學院化學與環境工程學院，江蘇 常州 213001)

0 引言

太湖流域是國家重點控制的污染區域，2007年太湖流域藍藻事件后，國家對太湖流域城鎮污水處理廠的尾水排放提出了更加嚴格的水質要求。但太湖流域城鎮污水處理廠由于接納的工業廢水比例較大，造成進水中碳源不足、進水水質水量變化大、進水無機懸浮固體含量高、冬季水溫偏低、TN濃度變化幅度大等問題，使得不少污水廠的出水TN、NH+4－N不能穩定達標。另外，污水廠土地受限，不能增設處理工藝，這些因素都導致出水達到一級A標準難度增加。自2010年以來，根據國家和江蘇省太湖流域水污染防治工作的總體部署，太湖流域城鎮污水廠除磷脫氮提標改造技術和工程項目有組織地展開，按要求，尾水排放必須達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB l 8918－2002)一級A排放標準。因此，太湖流域城鎮污水廠陸續開展工藝提標改造工程。

1 提標改造工藝

太湖流域城鎮污水處理廠的提標改造工程是強化生物處理和增加深度處理[1]。通常，太湖流域城鎮污水廠多數采用A2/O、倒置A2/O、改良型A2/O、氧化溝、SBR等二級生物處理工藝，因此需要在原有的工藝基礎上改造。

1.1 A2/O工藝的改造

1.1.1 倒置A2/O 工藝

由于傳統A2/O工藝缺氧區位于系統中部，反硝化在碳源分配上居于不利地位，因而影響系統的脫氮效果。該工藝主要改造的是碳源分配方式，目的是為了保證優先利用碳源進行生物脫氮，如蘇州城東污水處理廠通過內外回流閘門的調節以及進水水量的分配，將普通A2/O工藝改為倒置A2/O工藝，即將缺氧池置于厭氧池前面，強化了脫氮除磷效果，該廠還增設混凝沉淀過濾的深度處理工藝[2]。無錫市惠山污水處理廠和蘇州市福星污水處理廠的提標改造也是采用了倒置A2/O工藝，并增加了多點進水優化措施;無錫市惠山污水處理廠還增設了深度處理工藝，采用深床反硝化濾池去除SS，或投加適量碳源快捷地轉換成反硝化濾池[3－4]。

1.1.2 改良型A2/O工藝

改良型A2/O工藝主要是針對降低硝酸鹽對厭氧釋磷影響的問題，主要是在缺氧池方面進行了改造。如常州市江邊污水處理廠主要是將缺氧段分為兩池，將活性污泥與好氧池混合液分別回流至第一缺氧池和第二缺氧池，缺氧池混合液進行反硝化后回流至厭氧池，從而減低流入厭氧池硝酸鹽濃度。無錫市太湖新城污水處理廠一期工程則將缺氧池置于厭氧池前面，將來自二沉池的回流污泥、30% ～50%的進水和50%～150%的混合液均回流到缺氧段，回流污泥和混合液在缺氧池內進行反硝化去除硝態氮，再進入厭氧段，保證了厭氧池的厭氧狀態[5];該污水處理廠二期工程則在一期改良型A2O工藝基礎上，在厭氧段后設置可調節段，調整進水點和回流點實現A2O的多種模式運行，以盡可能適應實際水質變化。該污水處理廠一期和二期工程改造中均增設了深度處理工藝，采用微絮凝直接過濾工藝，即加藥混合后直接過濾[6]。微絮凝過濾工藝是省去沉淀過程而將混凝與過濾過程在濾池內同步完成的一種新型接觸絮凝過濾工藝，是一種經濟高效的集成工藝，可減少近80%的構筑物體積[7]。

有的污水處理廠自身進水碳源嚴重不足，出水氮磷指標難以達標時，如常州市清潭污水處理廠，提標改造中將初沉池改造為預缺氧池，通過延長預缺氧時間達到強化生物脫氮的目的;同時在A2/O工藝中設置了缺氧/好氧過渡區，以方便污水處理廠根據水質條件和排放要求的需要，合理調整運行工藝[8]。

此外，不少污水廠采用了輔助化學除磷和輔助投加碳源的方法，如無錫錢橋污水處理廠和蘆村污水處理廠，輔助化學除磷作用是采用生物與化學相結合的除磷方法，彌補生物除磷的不足，降低了出水總磷含量，提高TP的去除率[9];輔助投加碳源作用是以提高生物池進水中的碳源，尤其是冬季水溫偏低時，確保TN 的去除率[10]。

1.2 化溝工藝的改造

用氧化溝工藝處理城市污水，提高池內的污泥濃度(MLSS)固然可以增加活性生物量(MLVSS)，但一般都存在后續二沉池的負荷限制問題，對此，無錫市城北污水處理廠前三期工程均將其生物段改造為強化二級生物脫氮除磷處理工藝(BNR)[11]，即將氧化溝的中心島溝改造成活性污泥曝氣再生池，對回流污泥進行曝氣再生，提高其活性，從而在不過度增加進入二沉池的污泥通量負荷的情況下增加生物污泥總量。同時，減少氧化溝外溝的充氧量，在外溝內造成缺氧環境，促進反硝化細菌的繁殖，提高TN的去除能力[12]。該廠增設了深度處理，采用盤片式微過濾工藝。

1.3 SBR工藝的改造

此工藝的改造主要是針對SBR池的運行周期進行調整，如無錫市錫山區污水處理廠先將厭氧水解池改造成膜法上流式厭氧水解池，強化水解池的處理能力[13]，其一期工程改造中在SBR池的反應周期中增設進水缺氧攪拌段，在池內形成較為均勻的水力混合攪拌效果，重新設定運行周期，并增加盤片式微孔曝氣頭提高SBR池的氧氣利用率。該污水處理廠二期工程則在不改變總池容的情況下，合理調節各反應區大小，比如取消生物選擇區，增加缺氧池池容，增加缺氧池污泥濃度，從而增加處理能力，并增加攪拌設備保證運行效果。該廠一期工程和二期工程均增設盤片式微過濾池作為其深度處理工藝，用于過濾生化處理出水[14]。

1.4 MBR工藝的改造

對MBR工藝進行改造，可以強化脫氮，節省外碳源的投加。如無錫市城北污水處理廠四期工程采用MBR工藝，該廠設置精細格柵池，強化預處理，保護MBR膜系統[15]。經預處理后的出水進入MBR生物反應池，生物反應池采用兩段缺氧A2/O工藝，其特點是在傳統的A2/O工藝中設置了兩段缺氧區(缺氧區1和缺氧區2)，在第1缺氧區內利用進水碳源實現完全反硝化，第2缺氧區內實現內源反硝化強化脫氮，同時節省外碳源的投加[16]。該污水處理廠還設有碳源投加和化學除磷等設施。

1.5 CAST工藝的改造

對于一級A標準提出的更高脫氮要求，CAST工藝的改造主要是對CAST池運行周期進行調整。如無錫太湖國家旅游度假區污水處理廠的提標改造采用強化CAST生物脫氮，在CAST池的運行周期中增加單獨的缺氧反硝化反應時段，以進一步強化其反硝化脫氮的功能。由于CAST池沒有嚴格的厭氧區，難以依靠生物除磷，因此改造中增加化學藥劑除磷，投加在CAST池主曝氣區內，與活性污泥同步沉淀[17]。該廠在CAST池之后增加了深度處理設施即轉盤過濾器。

2 運行情況

目前，上述太湖流域城鎮污水處理廠均已完成提標改造工作，根據運行情況來看，運行效果較好，各項指標均能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB l 8918－2002)一級A排放標準。這是由于上述對二級生物處理的改造中，根據不同進水水質、不同季節生物脫氮除磷所需碳源的變化，投加碳源和重新調整碳源的分配等。對于A2/O工藝，通過對工況和工藝中各段之間的調整，合理地進行回流，克服了回流硝酸鹽對厭氧池釋磷的影響;通過控制反硝化池的溶解氧濃度提高反硝化效率，從而增強了脫氮除磷效果。對于氧化溝工藝，減少預處理段對進水有機物的去除，以提高進入生物段的有機物濃度，改善C/N比;將回流污泥進行曝氣再生和控制供氧量實現缺氧曝氣，促進反硝化細菌的繁殖，提高TN的去除能力。對于SBR工藝，對其運行周期進行調整，提高SBR池氧氣利用率;將SBR工藝和A2/O工藝聯合，合理地進行硝化液回流，從而增大處理能力。通過增設深度處理工藝和加藥除磷等設施，進一步去除水中的固體懸浮物及TP等，確保水質穩定達標。

3 存在的問題及展望

目前，已經完成提標改造的城鎮污水處理廠運行穩定，出水水質達標，但也存在一些問題。改造后的污水處理廠生物除磷難以達到一級A指標對TP的要求，必須增設化學除磷措施，操作繁瑣，對成本也有一定要求;當進水碳氮比不高時優先考慮脫氮所需碳源，則存在投加量不易控制、出水BOD5超標的危險，同時外加碳源藥劑費用比化學除磷藥劑費用還高;污水廠改造后增設的工藝、設備增加了運行成本等。另外，隨著我國經濟飛速發展，帶來了環境的日益惡化，由此污染物排放標準也在不斷提高，氮、磷營養鹽排放標準的雙重控制和繼續提升是未來發展的趨勢。從其他各國的出水水質標準看，美國敏感水體排放標準限值為TN＜3 mg/L，TP＜0.1 mg/L;歐盟水體排放標準限值為TN＜10 mg/L，TP＜1 mg/L，BOD ＜25 mg/L;日本大阪灣排放標準限值為 BOD ＜8 mg/L，TN ＜8 mg/L，TP ＜0.8 mg/L[18]。從而可看出各國家對標準的制定較為嚴格。綜上所述，如何合理改進現行工藝，在達到更加嚴格的氮、磷營養鹽排放標準雙重控制的同時解決降低成本等問題，仍有待研究。

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