中小型污水處理廠擴容升級改造路線探討

徐秀麗　胡月明　楊　濤

(武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北 武漢　430023)

1　概述

隨著國民經濟的發展和居民生活水平的提升，環境保護意識已逐漸深入人心。隨著國家環保要求和規劃需求的不斷提高，許多已建成的城鎮鄉村污水處理廠正面臨著擴容和升級改造的處境。此類工程，在設計過程中邊界條件多、選擇余地少，看似簡單的問題往往需要“小題大做”。筆者長期從事一線給排水工程設計工作，結合自身經驗以及參與的工程實例，針對中小型污水處理廠的這一情況展開總結和分析。

2　技術原則

1)充分利用廠區現有處理設施，選擇合適的改造工藝，工藝方面力求技術成熟可靠、處理成效顯著、抗沖擊負荷能力強，運行方面爭取做到易于維護管理、節能經濟。

2)因地制宜、特事特辦，結合各污水處理廠自身特點，優化廠區總平面布置和豎向設計，充分考慮本工程與現狀及遠期工程用地的銜接，減少廠區挖填方量和污水提升費用。

3)廠區建筑風格力求統一，簡潔明快、美觀大方，并保證充分的綠化用地，在保證廠內環境優美的同時，與廠區周圍景觀協調一致。

3　技術難點

1)廠區布置。由于受規劃和資源的鉗制，部分中小型污水廠設計之初就存在用地緊張、預留不足的情況。因此，在二次改造過程取舍兩難，或犧牲處理成效，或增加成本。

2)選擇合適的生物池改造方案。中小型污水廠設計之初選擇的工藝較新型、市場運行檢測較短，實際運行中并不能很好的實現處理目標。因此方案的選擇重在對現狀生物池運行情況的分析，應在充分的分析論證基礎上合理選擇生物池改造方案。

3)選擇合適深度處理單元。深度處理單元的選擇需結合生物池的改造，以解決生物池剩余無法達標項，實現廠區出水水質達標。深度處理對象最主要是SS、有機物等。

4)工程實施情況。不同地域、不同受納水體的重要程度不同，各地環保部門的要求也不盡一致。針對改造過程中無法停運的水廠，需提出應對措施、降低污染程度。

4　生物池改造方案

生物池改造視其功能需求而定，主要可分為兩大類：一類是廠區處理規模達標，出水水質不達標；另一類是廠區處理規模不達標，出水水質也不達標。需求不同，處理措施也有所差異。

4.1　處理規模達標，出水水質不達標

1)投加化學藥劑。通過加藥劑解決出水水質問題是最簡單直接的措施，其優點是對現狀生物池擾動最小、水廠能持續運行，缺點是增加了藥劑費及相關制備和投加裝置。當然，投加藥劑并非能夠解決所有問題，該方法宜用于出水水質不達標項較少的情況，如TP；抑或是現狀生物池碳源不足、難以保證目標水質時，可以通過外加碳源來改善其處理效果。目前，很多鄉鎮污水廠進水水質負荷偏低，尤其是在水量充沛、水費較低的地區，進水水質負荷經常持續偏低。再加上污水廠設計之初的安全冗余，現狀出水水質較好，此時可統籌考慮、分步實施，先通過加藥來解決現階段無法達標指標，保留后期升級改造空間。

2)改造原有生物池。根據利用目標水質核算所得的參數，在允許停運的窗口時間內改造現狀生物池。在總池容滿足要求的前提下，通過調整厭氧/缺氧/好氧時間、污泥回流比、消化液回流比以及曝氣量等參數使出水水質達標[1]。這種方式的優點是改造過程造價相對較低，缺點是對現狀土建、設備等仍有一系列的擾動，無疑是污水處理廠的一個小手術。

就活性污泥法而言，傳統A/A/O工藝在中小型污水廠中應用較多、運行穩定、出水可靠。現有鄉鎮污水廠出水水質多執行國家一級B標準，一般沒有嚴格意義上的厭氧區(通常沒有)、缺氧區和好氧區。因此，可通過調整生物池內部架構，升級成A/A/O工藝。厭氧區最重要的功能是釋磷，為好氧條件下磷的吸收創造條件，因此增加厭氧區可以更好地激發活性污泥法的生物除磷功能，減少除磷藥劑使用量[2]。該改造方法中，厭氧、缺氧容積無法嚴格滿足規范要求時，可采取多模式A/A/O工藝。在總氮負荷較高時，可將厭氧區和缺氧區統一作為缺氧區使用，形成AN/O工藝，消化液回流至厭氧區，磷的去除則通過后續化學除磷完成。在總氮負荷較低時，恢復成常規A/A/O工藝，消化液回流至缺氧區，減輕后續化學除磷工藝的壓力[3]。該方法已經在三峽壩區樂天溪污水廠以及丹江口市土關埡、均縣等污水廠得到了成功應用。

4.2　原有生物池無法滿足功能需求，保留池體框架內部重新構池

如上述所言，礙于規模、投資、占地和運行維護等因素的限制，部分中小型污水廠設計時并沒有選擇應用廣泛的傳統工藝，而是選擇了尚未經過大量工程實踐檢驗的新工藝。運行過程中難免會出現各種各樣的問題，在小型污水廠中該情況尤為嚴重。在這種情況下，可能就要大刀闊斧地對生物池進行改造。如，筆者最新接觸的某鄉鎮污水廠，其設計并無獨立的缺氧區、好氧區，且出水不達標，對它的改造則僅留下生物池的外殼，內部的功能區全部重新劃分。

4.3　處理規模不達標，出水水質不達標

規模較大的污水廠均是根據近遠期規劃分步設計、階段實施，如果在遠期規劃實施前遇到環保部門標準的提高，則需對污水廠進行擴容改造：一方面另起爐灶新建生物池，一方面改造現狀生物池。此時，通常會根據目標水質核減現狀生物池的處理規模，調配新增生物池處理規模，以使出水水質達到設計要求。這種改造既充分挖掘了現狀生物池的潛力，又兼顧了廠區遠期規劃，切實達到了經濟有效的效果，是污水廠擴容改造目前最常使用的措施。需要說明的是，在條件允許的前提下需保持新舊兩座生物池停留時間、內外回流比、曝氣量等關鍵參數的一致。這樣既能保證污染物降解的同步性，又便于連通管道的調配。武漢市蔡甸污水廠(15×104m3/d)、黃家湖污水廠(20×104m3/d)和漢西污水廠(旱季80×104m3/d、雨季122×104m3/d)等采用的均是該改造方法。

5　深度處理方案

常規深度處理的重點是出水SS，同時進一步去除附著型污染物，對溶解性污染物的去除貢獻有限。根據我國城市污水二級處理出水的水質情況和污水再生利用發展現狀，通常采用的深度處理措施主要有下列幾種方案：二級處理出水+混凝過濾+消毒(方案一)、二級出水+混凝沉淀+過濾+消毒(方案二)、二級出水+混凝沉淀+過濾+活性炭吸附+消毒(方案三)。

方案一具有簡單、實用的特點，出水可用于城市道路澆灑、綠化、景觀、消防、補充河湖等市政用水和居民住宅沖洗廁等雜用水，以及不受限制的農業用水。該工藝水質適用面廣、處理費用低、安全實用，曾在20世紀80年代以前的發達國家中得到廣泛使用，目前在我國南方城市污水廠升級改造工程中應用也比較多。方案二在方案一的基礎上增加了沉淀單元，即通過混凝沉淀進一步去除二級生化處理系統未能除去的膠體物質、部分重金屬和有機污染物，確保過濾效果、延長過濾周期，因而出水水質更優、適用面更廣、效果更穩定。方案三在方案二的基礎上增加活性炭吸附，對微污染物、金屬離子、色度及病毒等有毒污染物的去除效果明顯。該工藝處理流程較長，適用于除直接飲用外各種工農業用水和城市雜用水。

6　結語

隨著國家環保標準的提高，污水處理廠排入水體的允許水質也隨之發生了變化，穩步推進已建成污水處理廠的升級改造勢在必行。本文總結了污水處理廠提標改造過程中包括生物池和深度處理在內的幾種思路，并給出了相應的適用情況。在實際過程中應根據項目的特點，因地制宜地選擇行之有效的處理措施。

參考文獻：

[1]GB 50014—2006,室外排水設計規范(2016年版)[S].

[2]張自杰.排水工程下冊[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，2000.

[3]熊天煜.污水處理廠工藝設計優化及改造的模擬方法與應用研究[D].北京：清華大學，2015.