城市污水處理現狀及污水處理廠提標改造

張 強

（渾源縣市政公用事業服務中心，山西 大同 037400）

0 引言

在我國城市化進程中，城市污水產生量不斷增加，發展為嚴重的水污染問題。城市污水廠是城市污水處理的基礎設施，承受著極大的壓力。在長期不間斷作業過程中，污水處理廠運行問題頻出，傳統的活性污泥處理工藝對氮、磷的去除率不高，無法達到一級A 出水標準。因此，探究污水處理廠提標改造具有非常突出的現實意義。

1 城市污水處理現狀

在我國城市化率持續提高過程中，污水處理標準愈發嚴格，污水處理技術不斷升級。當前我國城市污水處理工藝主要為二級生物處理工藝（見圖1），即在對污水進行初步過濾、沉淀、曝氣去除廢水中懸浮物后，開展二級生物處理（傳統活性污泥法/氧化溝、序批式活性污泥法），可以在一定程度上去除污水中磷、氮與有機物[1]。但是，當前城市污水處理整體存在氮磷去除率低、污泥處置效果差、再生水回用率低等問題，個別地區污水截流干渠污水溶解氧值極低，化學需氧量、硫化物、氮磷、揮發酚等指標顯著超出排放標準，且存在臭氣逸散問題。

圖1 基于傳統活性污泥法的廢水處理

2 城市污水處理存在問題的原因

2.1 設施設置不合理

城市污水處理設施主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵、沉淀池、生物反應池、二沉池、回流污泥池、濾布濾池、鼓風機房、接觸消毒池、回用水泵房、曝氣儲泥池、加氯間、污泥脫水機房、污泥濃縮池等。當前城市污水二級生物處理體系中，一級處理單元主要設備生產能力與提升泵能力存在欠缺，沉砂池內無設備問題頻現。而二級生物處理單元設施設置不合理，粗格柵間隙過大，格柵篩選能力較弱，鼓風機風量、深度提升泵房揚程、機械攪拌澄清池攪拌設備均無法滿足工藝運行要求，導致污水處理效率較低。

2.2 設施脫氮除磷效率低

污水處理廠是我國城市污水處理主要陣地，污水處理廠脫氮除磷效率低問題是目前城市污水處理現狀問題的主要原因。當前我國早期建設的污水處理廠在工藝選擇方面未考慮污水中氮磷污染物的去除問題，導致現有污水處理廠運行期間無法有效去除污水中的氮磷污染物。

2.3 污泥處理設施老化破損

城市污水處理體系中污泥濃縮池多為敞開式地上構筑物，存在老化破損漏氣現象，無臭氣收集裝置。同時污泥脫水機房泥棚、皮帶輸送機、螺旋輸送機臭味較大，密封效果差，存在臭氣逸出現象。加之以往污水臭氣處理規模較小，現狀除臭設施老化嚴重，無法有效去除污水中臭味。

3 城市污水處理廠提標改造

3.1 改造背景

一城市污水處理廠建成于2007 年，處理水量為20 000 m3/d。污水處理廠主要負責處理生活污水，處理工藝為Unitank，污水處理達標后排入外河，污泥委外焚燒。污水處理廠原處理標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級B 標準，出水水質見表1。擬依據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A 標準要求，其中COD、氨氮、總磷三項主要污染物指標執行《國家地表水環境質量標準》V 類標準要求，進行工藝改造。

表1 改造前城市污水處理廠出水水質

3.2 改造過程

城市污水處理廠提標改造是以Unitank 處理工藝為核心，集成A2O 池、MBR 池、反硝化濾池、轉盤濾池。

3.2.1 預處理改造

根據城市污水中細小漂浮雜物、污泥分離要求，選擇三道機械格柵（25 mm+10 mm+3 mm）、曝氣沉砂池作為預處理工藝。其中25 mm 格柵的最大水深為2 m，過柵流速為0.6 m/s，總高度為7.3 m，柵渣量為9 m3/d，配電功率為3.5 kW；10 mm、3 mm 格柵轉移至粗格柵后。同時配備1 套螺旋直徑300 mm、處理柵渣量達3 m3/d 的無軸螺旋輸送機以及一套總長4 m、處理柵渣量達3 m3/d 的柵渣壓濾機和1 套10 t 起吊設備。

3.2.2 生物處理池改造

預處理后，將現狀Unitank 池改造為A2O 池，A2O池后增設MBR 池（膜生物反應池）、反硝化濾池、纖維轉盤濾池，參數見表2。

表2 生物處理池改造參數

A2O 池是應用范圍較為廣闊的脫氮除磷設施，在碳源充足情況下，脫氮率較高，且水力停留時間較短，有利于抑制污泥膨脹，分割污泥、脫去污泥污水，獲得穩定的脫氮、脫磷效果，降低污水處理成本。在具體改造期間，為進一步提高出水穩定性，新建1 座生物反應池，更換厭氧區、缺氧區推進器，維護原填料區內壁，縮短停水時間。隨后根據深度處理要求，綜合考慮進水混凝沉淀、機械攪拌絮凝、沉淀幾個環節，增設反硝化濾池。反硝化濾池呈V 型，過濾材料顆粒級別均一，水沖洗與氣洗結合，交替開展過濾、反沖洗。在過濾環節，進水經槽堰、配水孔（V 型槽底）進入內部，逐層過濾后流出到清水池。進入清水池的進水先由長柄濾頭進行氣洗，再經長柄濾頭進行水洗，單獨水洗后將雜質轉移到排水槽。排水槽設置直徑超1.5 mm 的濾料（2～3 mm 石英砂），配合高強度反沖洗轉臺，有效截流污水中懸浮物以及多種污染物，強化總磷處理效果[2]。進而經排水槽進入纖維轉盤濾池，以纖維毛濾布為過濾介質，在潤濕后，直立狀態的纖維毛變為4 mm±1 mm 深、當量孔徑10 μm 的有效過濾介質，有效捕獲懸浮粒子，并在反洗狀態下排出雜質。

3.2.3 加氯接觸池改造

對于膜生物反應池后的加氯接觸池，根據現有加氯系統自動控制靈敏度不高、投加氯氣接觸時間無法保證等問題，以過濾后污水余氯、出水量為控制信號，增設基于模糊控制算法的自動投氯系統。模糊控制器以過濾后污水余氯的幅值大小變化、過濾后污水余氯與設定值差值為輸入子集，以氯耗為輸出子集，保證接觸時間達到30 min。控制公式如下：

式中：L 為投入氯量；M 為原水流流量；M1為原污水流量模擬信號為20 mA 時對應數字量信號；N 為原污水流量模擬信號為20 mA 時對應輸出量；L0為單位氯耗；G 為投入氯量模擬信號為20 mA 時對應輸出量；M2為投入氯量模擬信號為20 mA 時對應數字量信號。在改造原加氯接觸標準設施的基礎上，配置6 kg/h的次氯酸鈉發生器，添加劑為3%聚合氯化鋁、0.3%聚丙烯酰胺（其中百分數值均為對應各物質質量分數），確保加氯消毒池的HRT（水力停留時間）達到30 min。

3.2.4 除臭改造

依據《惡臭污染物排放標準》（GB14554—93）的二級排放標準，借助生物強化除臭+生物滴濾塔除臭方式，改造污染源處理系統。生物強化除臭主要是依據生物膜理論，在生物濾池內吸附惡臭氣味，促使廢水內有機污染物溶解并進入氣膜，進而被氣膜上微生物捕獲，最終轉化為無害化合物[3]。生物滴濾塔除臭主要是以聚丙烯小球、塑料、陶瓷、木炭等無法輸出營養物質的惰性材料為濾料，吸引以芽孢桿菌為主的除臭微生物附著，處理污水中含量較高的NH3、H2S、CH4等惡臭氣體。同時依據42 000 m3/h 的標準，配置加藥計量泵、循環泵、氧化還原電位監測儀，集中收集臭氣。

3.2.5 再生水回用改造

針對集中水井內污泥淤積嚴重并堵塞污泥回流泵的情況下，根據30%的廢水回用標準，增設1 座再生水泵房，泵房內增設水下攪拌推流器以及高8 m、功率達45 kW 的潛污泵，泵房規模為2 800 萬m3/a，與城市道路清洗、城市綠化、污水處理廠區綠化等環節相連接。而污泥則經過均質、濃縮以及脫去75%～80%水后焚燒處理。

3.3 改造成效

改造后城市污水處理廠出水水質見表3。

表3 改造后城市污水處理廠出水水質

由表3 可知，改造后，城市污水化學需氧量（COD）、總磷、總氮、氨氮以及懸浮物（SS）、臭氣（含H2S、CH4、NH3等）去除率顯著提升，達到標準要求。同時觀測各污水處理工段進水井、格柵井、二沉池、機械污泥脫水間等氣味值，進水氣味值均超出85，在32～160 之間波動，改造后污水氣味值均在20 以下，波動范圍在12～35 之間，表明改造效果良好。

4 結語

A2O 池+MBR 池+反硝化濾池+轉盤濾池工藝的應用，可以有效提升城市污水處理廠出水水質，改善城市污水處理效果。因此，根據實際出水水質，城市污水處理廠可以選擇適宜的預處理、深度處理與消毒、除臭工藝、污泥處理處置工藝、再生水回用工藝，輔助提升污水處理后出水標準，為城市水資源污染問題的解決提供支持。