污水處理廠高排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造措施的應(yīng)用探討

伍 波 葉昌明

深圳市清泉水業(yè)股份有限公司 廣東 深圳 518172

目前，脫氮除磷是持續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)手段。隨著國家高質(zhì)量發(fā)展、綠色環(huán)保要求的提出，各地要求污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，由二級標(biāo)準(zhǔn)向一級B、一級A、地表準(zhǔn)Ⅳ類、地表準(zhǔn)Ⅲ類水逐級推進(jìn)[1]，其中地表準(zhǔn)IV類的地方標(biāo)準(zhǔn)有天津市A標(biāo)準(zhǔn)、四川省城鎮(zhèn)污水廠、浙江省新建污水廠、江蘇省A標(biāo)準(zhǔn)等；地表準(zhǔn)Ⅲ類有北京市A標(biāo)準(zhǔn)、深圳市A標(biāo)準(zhǔn)、昆明市A標(biāo)準(zhǔn)等。因此，污水處理廠需要進(jìn)一步脫氮除磷，減少污染物排放，防止水體富營養(yǎng)化，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，同時對污水處理技術(shù)提出了更高的要求。為此，本文針對高排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造存在的難點(diǎn)以及提標(biāo)改造技術(shù)措施進(jìn)行了分析與總結(jié)，以期為類似工程設(shè)計提供參考依據(jù)。

1 高排放標(biāo)準(zhǔn)下污水處理的難點(diǎn)分析

1.1 進(jìn)水水質(zhì)水量波動

受地下管網(wǎng)滲漏現(xiàn)象，河水、地下水等倒灌排水管網(wǎng)以及排污企業(yè)偷排現(xiàn)象等問題，導(dǎo)致我國大部分城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)水量波動較大，部分污水廠因服務(wù)區(qū)域缺水長期處于低負(fù)荷運(yùn)行，尤其在南方城市普遍存在。污水廠進(jìn)水水質(zhì)水量過高會出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行，出水容易超標(biāo)，增加了日常管理難度；若過低容易影響生化池微生物生長繁殖，出現(xiàn)處理效果不穩(wěn)定，且好氧區(qū)處于長期延時曝氣狀態(tài)，嚴(yán)重影響生化除磷效果，既需要在缺氧區(qū)補(bǔ)充外加碳源保證脫氮效果，又要在好氧區(qū)末端投加大量除磷藥劑保證除磷，無形中增加了運(yùn)行費(fèi)用。

為了加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板，盡快實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理，我國于2019年4月發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019-2021年）》（簡稱“三年行動方案”），經(jīng)過3年努力，要實(shí)現(xiàn)城市生活污水集中收集效能顯著提高，確保城市污水處理廠進(jìn)水生化需氧量（BOD）濃度不低于100 mg/L。自“三年行動方案”實(shí)施以來，全國管網(wǎng)收集系統(tǒng)完善取得了一定的成績，但一些城市和地區(qū)污水集中收集率仍然偏低[2]。因此，高排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠依然需要面對水質(zhì)水量波動的巨大挑戰(zhàn)。

1.2 現(xiàn)有生化池處理能力有限

高排放標(biāo)準(zhǔn)主要去除污染物CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP，排放標(biāo)準(zhǔn)越高，去除難度越大，尤其是TN和TP指標(biāo)。通常我國污水處理廠二級生化處理已無法滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)原因在于：碳源不充足，污水碳氮比（C/N）普遍低于4，厭氧與缺氧區(qū)激烈競爭碳源，脫氮除磷效果差；設(shè)計選型不合理，缺氧區(qū)沒有完全混合，或好氧區(qū)曝氣裝置溶氧效率低，或設(shè)置初沉池降低生化池有機(jī)質(zhì)，均會影響脫氮除磷；生化池水力停留時間不足，容積負(fù)荷過高，無法超負(fù)荷實(shí)現(xiàn)污染物去除；存在設(shè)備老化，導(dǎo)致水力條件不佳，某些生化區(qū)域存在死區(qū)，有效池容處理效率降低。

2 高排放標(biāo)準(zhǔn)下提標(biāo)改造技術(shù)措施

2.1 加快推進(jìn)提質(zhì)增效

針對現(xiàn)有高排放標(biāo)準(zhǔn)下污水廠提標(biāo)改造存在的難點(diǎn)，各地政府需重視并加快推進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效工作，前期應(yīng)充分調(diào)研，排查現(xiàn)有污水收集系統(tǒng)存在的問題，在此基礎(chǔ)上提高管網(wǎng)收集率、降低倒灌水量，提升進(jìn)水水質(zhì)濃度。重點(diǎn)工作需要從以下幾個方面著手：

第一，降低管道水位，提高管道流速，能夠有效降低收集管網(wǎng)內(nèi)污水中的顆粒物沉降，也是快速提升污水收集率的最佳方法。通過降低管道充滿度與運(yùn)行水位，確保管道實(shí)際流速不低于最小沉降流速或設(shè)計流速，即使旱季水量少，但流速快，污水中的顆粒物沉積能夠顯著降低。

第二，補(bǔ)齊短板，填補(bǔ)管網(wǎng)空白區(qū)，通過排查污水管網(wǎng)存在的破損問題進(jìn)行修復(fù)，提升管網(wǎng)運(yùn)行效能。

第三，定期清淤，能夠提升污水管網(wǎng)健康運(yùn)行水平。

第四，加強(qiáng)已建設(shè)截污排口的防倒灌措施，協(xié)調(diào)降低河道水位，減少河水倒灌情況。

第五，推進(jìn)新建或改造區(qū)域完成管網(wǎng)雨污分流，并且強(qiáng)化居民小區(qū)尤其是城中村污水與雨水管道錯接混接治理。

2.2 強(qiáng)化生化處理

污水處理廠提標(biāo)改造通常采取優(yōu)化運(yùn)行方式和參數(shù)、外加碳源、添加填料等措施，強(qiáng)化生化池微生物處理能力。

2.2.1 優(yōu)化運(yùn)行條件

針對污水處理廠二級生化處理存在的碳源不充足問題，最直接的做法是向生化池內(nèi)外加碳源，工程中反硝化脫氮C/N設(shè)計值不低于5，根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)C/N與設(shè)計值計算出碳源需求量，將配置好的碳源投加至生化池，提高生化脫氮的去除量。其次，適當(dāng)降低生化系統(tǒng)的硝化液回流比，減少進(jìn)入缺氧池內(nèi)的溶解氧，一方面，能夠限制碳化菌的繁殖，側(cè)面提高了碳源利用率；另一方面，可以更好的維持缺氧池內(nèi)微生物生存環(huán)境，降低溶解氧對反硝化細(xì)菌的影響，提高處理能力。蘭鑫[3]采用A2/O工藝，運(yùn)行條件控制為C/N比值由3.2升高至5，混合液回流比從300%降至200%，厭氧池DO≤0.20mg/L，好氧池DO為2.5mg/L左右，發(fā)現(xiàn)TN、氨氮去除率分別增加58.13%、48.14%，脫氮效率顯著提升。此外，可以將生化池單一進(jìn)水方式改為多點(diǎn)進(jìn)水，充分提高污水中有機(jī)質(zhì)的利用效率。

2.2.2 提高微生物量

僅通過優(yōu)化生化池運(yùn)行條件不足以讓處理能力得到質(zhì)的改變，往往還需要結(jié)合提高系統(tǒng)微生物量的措施。當(dāng)現(xiàn)狀污水處理廠生化池水力停留時間不足時，在占地面積充足的情況，可以增設(shè)部分生化池，提高系統(tǒng)污染物處理能力，如總氮不達(dá)標(biāo)，可以增設(shè)缺氧池，降低硝態(tài)氮容積負(fù)荷。若污水廠場地受限，無法擴(kuò)建構(gòu)筑物，則需要考慮采用原位提標(biāo)改造技術(shù)手段，如MBBR和MBR技術(shù)。

通常活性污泥法設(shè)計上好氧區(qū)的體積富余量較多，在好氧池內(nèi)隔出一塊區(qū)域，投加一定比例的MBBR懸浮填料，使填料表面繁殖大量生物菌群，增強(qiáng)活性污泥的硝化效果。有的南方城鎮(zhèn)污水處理廠為了提高反硝化脫氮能力，在好氧池隔出一段缺氧區(qū)域，并在缺氧區(qū)投加懸浮填料，整體提升生化系統(tǒng)的脫氮效果。西安第三污水處理廠[4]將奧貝爾氧化溝內(nèi)溝的表曝改為底曝方式，向內(nèi)溝投加聚乙烯懸浮填料，填充率為10%～20%，按MBBR工藝運(yùn)行，改造完成后填料表面生長大量生物膜，提高了脫氮除磷處理效率，出水水質(zhì)由一級B標(biāo)準(zhǔn)提升至一級A標(biāo)準(zhǔn)，且出水TP 從0.4 mg /L～0.8 mg /L降低至0.02 mg /L～0. 41 mg /L。

另外，提高微生物量比較常見的做法是將原有二沉池改造成MBR膜生物反應(yīng)器，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是無需二沉池，節(jié)約占地面積，有效提高活性污泥的濃度，能夠?qū)崿F(xiàn)原位提標(biāo)擴(kuò)容。湖南某污水處理廠[5]提標(biāo)改造需從6.0萬m3/d擴(kuò)容至16.0萬m3/d，因空間場地限制，該污水處理廠將原工藝“厭氧+氧化溝”改造為“二級生化（缺氧池、厭氧池、好氧池）+MBR池”工藝，將現(xiàn)狀二沉池改造為好氧池和MBR池，污泥濃度保持在8000 mg/L，提高污水處理能力，出水水質(zhì)由一級B標(biāo)準(zhǔn)提升至一級A標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 增設(shè)深度處理單元

盡管強(qiáng)化了二級生化處理能力能夠提升污水處理效果，但污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)IV類仍然存在風(fēng)險，尤其是污泥負(fù)荷偏高的項(xiàng)目，若要求達(dá)到準(zhǔn)Ⅲ類排放標(biāo)準(zhǔn)則更加困難。目前，大多數(shù)提標(biāo)改造工程充分挖掘二級生化處理能力后，再增加深度處理單元。就高排放標(biāo)準(zhǔn)主要強(qiáng)化去除指標(biāo)CODCr、BOD5、氨氮、TN、TP等，常見的深度處理組合工藝如下表1所示。

表1 部分提標(biāo)改造工程深度處理組合工藝

從表1可知，強(qiáng)化處理SS和TP時，僅采用高效沉淀池+濾布濾池組合工藝即可，高效沉淀池外加除磷藥劑（PAC或PAFC等）經(jīng)絮凝沉淀降低TP，濾布濾池為了確保出水SS達(dá)標(biāo)排放；若二級處理出水TN無法達(dá)標(biāo)排放，則應(yīng)將濾布濾池更換成反硝化濾池進(jìn)行深度脫氮；當(dāng)要求出水水質(zhì)CODCr、BOD5達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅲ類時，北方地區(qū)常選用臭氧催化氧化+活性炭（焦）吸附組合工藝，主要利用臭氧氧化將大分子有機(jī)物斷鏈，礦化部分有機(jī)污染物，再經(jīng)活性炭濾池或活性焦濾池吸附進(jìn)一步去除CODCr、BOD5，同時吸附去除臭氧催化氧化產(chǎn)生的副產(chǎn)物，降低對水環(huán)境的影響；如果強(qiáng)化生化池也無法提升NH3-N去除量，深度處理中需要增設(shè)曝氣生物濾池確保NH3-N達(dá)標(biāo)。因此，僅通過強(qiáng)化生化處理并不能確保出水能夠穩(wěn)定達(dá)到高排放標(biāo)準(zhǔn)，需要同步考慮二級處理與深度處理改造。

3 高排放標(biāo)準(zhǔn)工程案例

表2是我國部分高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠提標(biāo)改造工程。由表2可知，高標(biāo)放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造項(xiàng)目中，主要采用強(qiáng)化二級生化處理+增設(shè)深度處理的技術(shù)路線，改造后出水水質(zhì)達(dá)到地表準(zhǔn)IV類甚至地表準(zhǔn)Ⅲ類。

表2 部分高排放標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠提標(biāo)改造工程

其中北京某污水處理廠因水質(zhì)水量波動大、企業(yè)偷排現(xiàn)象多，決定將原有SBR工藝改造成AAOAO形式的MBR工藝，增設(shè)了臭氧催化氧化+活性炭濾池深度處理單元，改造后出水穩(wěn)定達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅲ類水質(zhì)。廣東省韶關(guān)市某市政污水處理廠原采用AO微曝氧化溝為主體工藝，存在溶氧率低以及底部淤泥沉積問題，導(dǎo)致水處理效果不佳，出水水質(zhì)僅達(dá)到一級B，將表面曝氣機(jī)改為底部微孔曝氣器，新增推流器，并增設(shè)曝氣生物濾池和上向流反硝化濾池，改造后總出水實(shí)際穩(wěn)定達(dá)到地表準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，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，污水廠高排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造的技術(shù)路線并不唯一，需要一廠一策，充分考慮地域、進(jìn)出水質(zhì)情況及投資預(yù)算等因素選擇設(shè)計。

4 結(jié)語

近些年來，國內(nèi)污水處理廠提標(biāo)改造已從數(shù)量向質(zhì)量發(fā)展，尤其重視水源地、生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)保護(hù)，由此各地提出了地表準(zhǔn)Ⅳ類甚至地表準(zhǔn)Ⅲ類的高排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水處理廠高排放標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)改造時，應(yīng)當(dāng)重視污水處理廠提質(zhì)增效，填補(bǔ)管網(wǎng)空白區(qū)，修復(fù)滲漏管網(wǎng)，提高污水集中收集率；其次，充分挖掘現(xiàn)有處理工藝的潛力，通過優(yōu)化運(yùn)行條件、提高微生物量等措施強(qiáng)化二級生化處理能力；同時，依據(jù)調(diào)研與科學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合廠區(qū)占地面積與投資造價等因素，因地制宜的選擇較佳的深度處理單元，例如高效沉淀池、反硝化濾池、曝氣生物濾池等。