城镇污水处理厂提标改造的思考研究

杨洁

（北控（秦皇岛）水务有限责任公司第三污水处理厂，河北 秦皇岛 066000）

现阶段，城市规模持续扩大，工业污水及生产污水的排放问题十分突出，对城市污水处理效能和出水水质提出了更高要求，传统的污水处理厂工艺落后，处理方法单一，无法满足现代城市的污水处理需求。因此，应加强污水处理厂的提标改造，从根本上解决出水水质偏低等实际问题，改善城市生态环境，实现水资源循环利用目标。

1 城镇污水处理现状

1.1 冲击负荷过大

当前，我国部分城市仍旧采取传统的合流制排水模式，将生活污水、工业废水连同雨水一同排放至城镇污水处理厂，在排水量较大或年降雨量集中时，排放的污水对污水处理厂造成一定程度的冲击负荷，由此引发污水中SS固体含量增加、工艺负荷加大等一系列问题出现，最终对出水水质造成明显影响。

1.2 设备老化严重

目前，部分城镇污水处理厂的使用年限较长，在污水处理厂运营期间，设施维护保养工作不到位，没有及时更换老化磨损严重的设备，少量污水处理设施处于“超期服役”状态。随着时间推移，受到污水水质、恶劣环境条件等诸多因素影响，污水处理设施老化速度加快，使用性能全面下降，实际污水处理效果远低于预期。同时，为满足日益增长的污水处理需求，多数处理设施长时间处于超负荷运行状态，不但进一步加快了设备老化速度，还会提高设备故障率，导致现场应急抢修工作频繁[1]。通过提标改造工作，将配置一批全新的污水处理设备取代老化设备，并设置一定比例的备用设备，在主处理设备出现故障问题时，由备用设备接替污水处理作业。

1.3 污水处理能力低

当前，城镇污水产生量呈现逐年增加的态势，实际污水产生量超过污水处理能力，导致部分污水未经处理就直接排放到河流水域当中，或是对城镇污水进行简单处理后即进行排放，实际出水水质并未达到使用标准。这一问题的症结在于企业缺乏深度处理工艺、设备数量有限两方面。首先，企业缺乏深度处理工艺，部分污水处理厂仅采取格栅除污、絮凝沉淀、生态氧化降解等一二级处理工艺，很难有效去除污水中的氮、磷等污染物，处理后的水体仍旧具备一定的污染性。其次，设备数量不达标，没有根据污水产生量的变化情况，在污水处理厂内新增足够数量的处理设备，忽视了设备处理能力而盲目选择工艺种类、设备型号[2]。

2 城镇污水处理厂提标改造原则

2.1 尊重实际情况

考虑不同污水处理厂的设备配置情况、当地出水水质要求和城镇污水产生量存在明显差异。因此，要在提标改造项目中遵循实际出发原则，提前收集项目资料，确定城镇污水处理厂的不足之处，在其基础上确定提标改造思路。例如，对于工艺种类单一、缺乏深度处理工艺的污水处理厂，应以创新现有污水处理工艺和安装配套处理设施为提标改造工作重点。对于污水处理能力欠缺、设备老化严重的污水处理厂，则以新增污水处理设施、安装全新处理设备取代老化设备为提升改造工作重点，还可以选用新型节能处理设备来减少处理成本、降低污水处理厂总体能耗水平。

2.2 力求经济适宜

在污水处理厂提标改造项目中，工作人员应遵循经济适宜原则，提前制定多套提标改造方案，各套方案中的工艺形式、污水处理流程存在明显差异。随后，进行仿真实验，模拟各套提标改造方案下的污水处理过程，从工艺效能、建设费用、污水处理系统运行成本、出水水质等多个维度进行评价打分，在保证处理效果满足城镇污水实际处理需求的情况下，从中选择综合表现好、经济效益显著的方案作为最终污水处理厂提标改造方案。

2.3 尽量提高效能

城镇污水处理厂提标改造是为满足污水处理需求，提高出水水质，工作人员要遵循效能分析原则，着重分析改造后的整体工艺处理效能是否达到预期要求，具体采取COD去除效能分析、氨氮去除效能分析、总氮去除效能分析和总磷去除效能分析四项措施，根据分析结果来确定提标改造方案的不足之处，并加以改进。例如，在总磷去除效能方面，可选择在厌氧池前侧布置调节池，控制二沉池内回流污泥与10%进水，流入调节池内停留0.5 h，凭借微生物作用，还原污泥中含有的亚硝态氨与硝态氮等物质，以此来维持厌氧池脱氮发过程稳定性与强化除磷效果[3]。可以采取混凝沉淀池作为深度除磷工艺，工作人员在沉淀池内投入适量絮凝剂来去除总磷，可以保证最终污水处理效果达到国家除磷标准。

3 城镇污水处理厂提标改造措施

3.1 预处理改造

3.1.1 跌水区改造

跌水复氧是污水预处理环节碳源消耗量最高、消耗速度最快的步骤，在污水跌水过程和进入后续构筑物时持续消耗优质碳源，并同步增加溶解氧含量，其原理在于水体自高处向下跌落时破坏表面张力、形成波浪导致水体与气体混合处理。对此，需要在预处理单元中的跌水区域内采取表层覆盖措施，以物理方式来阻隔污水跌落时与外部空气间的接触，如在提升泵出水渠部位额外设置橡胶材质控制盖板，在盖板上加铺一层防水油毡，起到密封作用。一般情况下，经过跌水区改造后，出水井内溶解氧含量可以减少50%左右，以此来节省大量的优质碳源，所节省碳源积极参与到后续生物脱氮除磷处理过程当中。

3.1.2 初沉池改造

为解决优质碳源在初沉池内迅速消耗的问题，可选择采取污泥开发内碳源方法，提前对初沉污泥以及剩余污泥进行厌氧水解酸化处理，酸化产物后续持续向外挥发VFAs物质，凭借此类物质来弥补污水处理期间被消耗的碳源，始终维持稳定的碳源水准。同时，也可选择在系统中搭配采取生物絮凝沉淀，以及水解发酵两项处理技术，布置初沉发酵池，把水力停留时间控制在60 min左右，这类发酵池的处理效能明显优于普通初沉池，SS去除率提高至2倍、出水SCOD提升40%左右、TP平均去除率提升至4倍。必要情况下，还可选择在预处理单元中布置APT活性初沉池，沉淀池前端安装淘洗装置，以及在污泥斗与淘洗装置间隔处搭建污泥回流系统，在淘洗过程中实现颗粒态碳源释放[4]。

3.1.3 投加耐低温菌种

为减小水温状态对出水水质造成的影响，工作人员需要在生物反应器中投加具备较强耐低温能力的菌种，一般情况下可选用Proteobacteria或Chlorflexi等菌种，这类菌种在低温条件下仍可维持良好活性，持续降解污水中分布的各类污染物。同时，必要情况下还可选择在活性污泥中额外投加微生物活性剂，起到强化菌种活性、加快污泥培养速度和缩短污水处理周期等多重作用。

3.1.4 生物膜处理

为减弱细菌对温度的敏感性，可以在预处理单元中设置生物膜床，以生物膜表面作为细菌繁殖附着载体，控制细菌在生物膜上富集繁殖，可以通过生物膜直接对低温废水进行预处理。

3.2 强化二级处理工艺

3.2.1 优化工艺参数

为减少碳源消耗量与提升磷氮等污染物质的去除效率，需要根据污水处理工艺情况，准确计算混合液回流比、缺氧时间和污泥龄等工艺参数的最佳值。为实现这一目的，可选择使用GPS-X等软件来建立工艺模型，依托模型进行仿真实验，观察各项工艺参数值的污水处理效果。例如，某污水处理厂位于寒冷地区，采取AAO处理工艺，将污泥龄设定为15 d、污泥回流比设定为50%、混合液回流比设定为150%。根据模型仿真实验结果，后续把污泥龄设定为20 d、污泥回流比设定为75%、混合液回流比设定为200%，污水处理效能得到明显改善[5]。

3.2.2 改造主体生物处理工艺

传统污水处理系统中，普遍以CAST池作为生物段工艺主体，起到污水脱氮除磷的作用。为进一步提升脱氮除磷效能，可以采取调节池改造、MBBR镶嵌改造两种方法。其中，调节池改造是把原有CAST池，经过改造处理后作为调节池，搭建AAO搭配MBR工艺的污水处理系统，改造后可以把氨氮去除率保持在99%以上、总氮去除率保持在70%以上、总磷去除率保持在96%以上。MBBR镶嵌改造是在原有活性污泥系统中，额外设置MBBR移动床生物膜反应器系统，在反应器内投加悬浮载体，凭借曝气与水流来维持载体硫化状态，确保生物膜完全覆盖反应器空间，同步完成去除有机物和脱氮除磷等处理任务，实现提标增效目标。

3.2.3 采取侧流除磷的方法

在传统污水处理系统中，需要持续消耗大量碳源与投加化学药剂，以配合生物除磷作业，但实际除磷效果有限，并增加了污水处理成本。对此，可以在系统中采取侧流除磷方法，控制适量的富磷回流污泥，排到厌氧释磷池内后，要停留一段时间，等池内出现分层现象，采取化学除磷手段来处理上清液，再将其排入好氧/缺氧池内进行生物除磷操作，处理完毕后衔接至A2/O工艺当中进行继续处理。如此，可以明显提高除磷系统C/P比，并把出水总磷含量控制在0.3 mg/L以内。

3.3 强化深度处理工艺

3.3.1 滤池脱氮除磷

为提高氮磷指标去除率，可选择在污水处理系统中新增设反硝化滤池、V型滤池与纤维转盘滤池等种类的滤池设施，反硝化滤池与活性砂滤池等滤池，可以明显改善脱氮效果，纤维转盘滤池和V型滤池等种类滤池，可以显著改善除磷效果。同时，在选择滤池种类时，应着重考虑滤池和原有污水深度处理设施间的关系，遵循实际出发原则。

3.3.2 磁混凝澄清强化除磷

相比于普通混凝沉淀池，磁混凝沉淀技术是在池内额外投加适量磁粉，一段时间后磁粉和污染物相互形成絮凝体，再对絮凝体进行分离处理后回收磁粉，将磁粉循环使用。根据污水处理效果来看，对磁混凝沉淀技术的应用，可以在改善除磷效果的前提下，减少混凝剂实际用量，把系统运行成本压低在0.2元/m3左右。同时，此项技术还具有设施占地面积小、建造费用低廉的优势。

3.3.3 人工湿地脱氮除磷

在污水处理系统中修建人工湿地作为处理设施，湿地由预处理、潜流湿地、表流湿地和塘系统四部分组成，由人工湿地来拦截、去除污水中含有的氮、磷等污染物质。同时，也可根据污水处理需求，来随机搭配湿地单元。例如，在以一级B至一级A作为污水深度处理目标时，可以搭配使用塘系统和表流湿地单元。

3.4 搭建自动控制系统

传统污水处理系统以人工控制方式为主，对工作人员的专业素养提出严格要求，工作人员将根据污水处理情况来实时调节温度、进水量等工艺参数。根据实际处理情况来看，受到人为因素影响，偶尔出现错误决策、操作不及时的问题，导致污水处理效果存在不确定性。因此，为减小人为因素对污水处理效果造成的影响，除改进工艺技术和更新设施设备外，还应把搭建自动控制系统作为一项重要的提标改造措施。在污水处理系统中的预处理等单元内，安装传感器与探测器作为终端感知设施，安装电动执行器作为执行机构，并安装控制器负责决策分析。如此，在系统运行期间，工作人员提前导入控制方案、确定各项工艺参数的标准值和允许偏差范围，系统采取闭环控制方式，通过传感器持续采集温度、进水量、水力停留时间等工艺参数的测量值，对比测量值与额定值二者偏差程度是否超限，偏差程度较大时自动下达调节指令来纠偏参数，确保工艺技术方案得到贯彻执行。

4 结语

综上所述，为推动我国污水处理事业，高效处理城镇污水，通过提升出水水质来实现水资源循环利用目标。污水处理厂都应提高对提标改造工作的重视，严格遵循实际出发、经济适宜、效能分析三项基本原则，积极落实预处理改造、强化二级处理工艺、强化深度处理工艺、搭建自动控制系统等提标改造措施，为污水处理提供有力保障。