城镇污水处理厂升级改造分析

李蓉蓉

摘要：近些年，城镇化的水平不断提高，环境污染问题也就随之而来，三废的排放对环境造成了严重的污染，作为三废之一的废水也成为了各个污水厂重点处理的对象。污水排放不仅会对周围的土地环境造成重污染，有毒物质的含量增加会给当地的动植物造成危害。我国2500家县级以上的污水处理厂，仅有20%能够做到国家一级A排放标准。面对污水处理带来的巨大压力，进行污水处理厂升级改造成为现今的首要问题。

关键词：城镇污水;处理厂;升级改造

一、城镇污水处理厂进水水质分析

城镇污水处理厂进水水质检测指标主要包括COD、BOD5、悬浮物（SS）、氨氮、TN和TP。进水水质的设计多以当前年度调查的水质为依据，保证率一般为90%或95%，并作适当调整。各指标的比值在污水处理过程中具有重要的工程意义。BOD5/COD可以预测污水生物的降解。一般来水BOD5/COD应该是>0.3。为了进行生物脱氮或生物除磷，一般要求进水BOD5/TN>4或BOD5/TP>17。同步脱氮除磷，需要的碳氮比、碳磷比更高，若碳源不足，则影响生物脱氮除磷效果;SS/BOD5>1.5时，表明进水中无机固体组分含量偏高，则需设置初沉池或具有同等功能的设施，以强化对进水SS的去除。从全国范围来看，污水处理厂平均进水COD、BOD5、SS、氨氮、TN和TP分别为219.97mg/L、81.64mg/L、148.54mg/L、22.83mg/L、30.36mg/L、3.70mg/L。根据污水处理厂进水BOD5/COD、BOD5/TN、BOD5/TP、SS/BOD5等指标，我国98%的样本污水处理厂进水都适用于生化处理，有机物满足生物除磷需求。但大多数情况下需添加甲醇、葡萄糖、乙酸和乙酸钠等弥补反硝化的碳源不足。

二、城镇污水处理厂升级改造

1.升级改造技术及工艺

由生活污水、工业废水和雨水组成的城市污水水质水量变化很大，有机质浓度高，BOD5/TN值偏低，SS/BOD5值偏高。若遭遇低温，会导致TN、氨氮、TP和SS的去除率下降。为了达到更高的排放标准，城市污水处理厂应根据达标难易程度，对超标污染物进行有效治理，使COD、SS、氨氮、TN和TP得到有效去除。可以通过设置调节池等预处理单元对污水进行均质均量，可以通过设置水解酸化池提高水中污染物的可降解性。如果水中悬浮物较多，可以在进入后续生物单元之前设置初级沉淀池，对COD和SS进行初步的去除。经过一系列预处理后的污水进入生物处理单元，生物处理单元也可以通过增加生物质或添加填料来加强COD、BOD5、TN、TP和氨氮的去除。

污水处理厂总体改造原则为先优化运行，后工程措施;先内部碳源，后外加碳源;先生物除磷，后化学除磷，合理控制成本和运行费用。生物单元强化通常是改造的核心。生物处理单元中，可以通过添加填料形成生物膜来提高生物量（MBBR），提高该单元处理负荷，强化处理效果，实现原池提量，对低碳源污水有較好的去除效果。有研究表明，在针对GB18918—2002一级A的提标改造中，添加悬浮载体的MBBR中硝化菌丰度为6.08%，是其在污泥中的6倍，反硝化菌的丰度可达到13.40%，未投加碳源情况下，MBBR中通过同步硝化反硝化（SND）途径去除TN的贡献率可以达到13.20%。低温下城镇污水处理厂水质达标更为不易，但6～8℃下改造的MBBR工艺出水氨氮始终保持在5mg/L以下，去除率达到94.2%，系统具有较好的耐低温性能。无建设用地时，AAO、SBR和氧化沟工艺均能改造成MBBR，在好氧池或缺氧池原位原池进行，对工艺流程影响小，大大缩短建设工期。

城镇污水处理厂的改造升级工作应因地制宜，充分利用现有的设施，尽量减少新建设施。工艺选择应力求运行安全可靠、技术先进成熟、出水水质优良、抗冲击负荷能力强、维护管理方便、高效节能，以降低项目投资和运行成本。常用的转化工艺路线是“强化预处理+生物处理+同步化学除磷+深度处理”。深度处理后，出水水质应当符合当地相应的污水排放标准。

2.改造工艺运行参数设置

工艺升级改造时需依据原有工艺的组成和特点，重新选取与之匹配的水力负荷、有机负荷、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、污泥龄（SRT）、回流比和水力停留时间（HRT）等设计参数。设计参数的正确选用，对工艺稳定运行、污染物去除和节能降耗有重要影响。水力负荷过低会使HRT过长，影响池体容积及规模;水力负荷过高会使HRT过短，污染物去除效率降低，同时对二沉池泥水分离产生不利影响;。高有机负荷将加快有机物降解，产生更多剩余污泥，加重污泥系统处理负荷;低有机负荷需加大池容，与实际处理需求不符。维持适宜的MLSS，可以保证足量的生物浓度和活性，MLSS过低会导致生物数量不足，污水处理效果降低;MLSS过高则会导致SRT延长，活细胞浓度降低，同时影响泥水分离和传质效果。

SRT决定了活性污泥中微生物的种类，产生时间较长的微生物不能成为污泥中的优势菌种。脱氮和除磷微生物对SRT的要求不同，脱氮需要的SRT较长，而除磷需要的SRT比脱氮要短。SRT越长，有机负荷越低，硝化效果越好;通过调节回流比，可使MLSS保持在一个适当的水平，使二沉池保持稳定。回流比过高，会降低二沉池的污泥沉淀效率，导致出水水质和污泥浓度下降。回流比过低，生物池的MLSS不足，出水水质无法保证。HRT应适应污染物的去除和功能性微生物的时间周期。如果HRT过短，水质会下降甚至恶化。我国城镇污水处理厂运行温度冬季10～16℃，夏季24～30℃，冬季低温条件下COD、BOD5、TN、TP、氨氮和SS去除率有所降低，水质难以稳定达标。适当降低有机负荷，提高污水HRT，增大回流比以及提高SRT可应对低温的不利影响。

3.升级改造工艺的评价与优化

通常依据经验或者使用简单传统的计算即可完成城镇污水处理厂的升级改造与参数设计，但对于排放标准较严格的污水处理厂，基于经验和计算的升级改造通常难以满足设计要求，为确保升级改造后污水处理达到效果，且运行稳定可靠，需对升级改造的工艺进行模拟分析、诊断和优化。利用活性污泥数学（ASM）模型对污水处理过程进行模拟可对升级改造后的工艺进行评价和优化，在设备选型上筛选出节能高效设备，使之能够有效应对生产运行中的水量波动，实现节能降耗。常用的ASM模型主要包括ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3 4个，在污水处理厂工艺评价和优化中发挥了重要作用。利用BIOWiN软件对某城市污水处理厂悬浮填料生物膜工艺的运行问题进行模拟诊断，结果表明调整DO≥4.5Mg/L、排泥量≤回流比≥50%均可使出水氨氮达到排放标准;将填料投配于生化池的后段能够改善硝化效果;参数调节的优先次序依次是排泥量、回流比、投配方式和DO。利用GPS-X软件对采用传统方法设计的污水SBR处理工艺进行了评价，结果表明，利用传统方法设计的SBR工艺的循环设置并不能满足所有运行条件下的出水水质要求，可以通过模拟分析技术优化SBR的循环设置，使得出水水质满足设计要求。利用ASM2D模型对实际奥贝尔氧化沟工艺进行建模，并校准与验证模型，通过优化氧化沟的回流比与BOD5污泥负荷率以达到对工艺的优化，结果表明，当污泥回流比为55%～60%、污泥负荷为0.056～0.060kg/（kg.d）时，奥贝尔氧化沟工艺可取得较好的污染物去除率。

结束语

污水处理厂的升级改造应结合工程实际，综合分析进水水质、出水水质标准、现有工艺存在的问题、技术经济水平等。改造技术和工艺的选择应因地制宜，在借鉴类似工艺改造经验的基础上，尽量结合现有设施。在数学模型仿真和优化的基础上，对改造过程的处理效果和运行成本进行分析。

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