1、专题七：城市污水处理厂升级改造专题七：城市污水处理厂升级改造1.强化除磷脱氮2.污水深度处理与回用l2006年原国家环境保护总局对城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）中一级A标准和一级B标准的执行对象进行修改，城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准。l江苏省169座城镇污水处理厂在提标改造的尝试过程中，遇到了很多技术问题：如城镇污水处理厂的“原材料”如何加以控制和管理；初沉池等预处理设施应该不应该设置；二级生物处理强化技术措施及其适用条件是什么；深度处理是否一定要全流程考虑；碳源如何开发和利用、低温生物脱氮影响以及运
2、行管理要求等。l进水水质水量特性分析和出水水质标准要求是污水处理工艺方案选择的关键环节，也是我国当前污水处理工程设计中存在的薄弱环节之一。研究表明，不同的城镇污水处理厂进水SCODcr/CODcr、BOD5/CODcr、BOD5/TN、BOD5/SS、TN中可氨化和溶解性不可氨化有机氮成分、水温等水质特性都不相同。若技术改造方案确定前不进行调研测试，很难提出有针对性的达标技术措施。（1）进水悬浮物浓度高或悬浮物中无机物比例高的城镇污水处理厂，尤其合流制污水为主时，宜保留、改造或设置初沉池或初沉发酵池等前处理构筑物；悬浮物不是很高的原水，若经过较长停留时间的初沉池，会损失一定的碳源，对生物脱氮产
3、生不利影响。因此，初沉池的运行要灵活，要根据实际进水水质情况，适当地提高初沉池的表面负荷，缩短停留时间或部分超越。通常停留时间宜为0.51.0小时。1、预处理技术措施、预处理技术措施（2）进水BOD5/CODcr比值偏低（通常小于0.3），或主要受尤其印染、化工和化学制药废水影响时，应考虑保留、改造或设置厌氧水解池，利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物，提高后续生物处理的效率。(1)为了缩短工艺流程，减少构筑物的设置，生物处理段应立足于最大程度地去除有机物、NH3N、TN；为了节省化学药剂、污泥处理处置费用，并应兼顾磷的去除。(2)现有系统设备的能力、池容利用、
4、操作与控制参数的控制存在一定的可供调控的空间时，宜优先采用运行优化技术，提高系统除磷脱氮的能力。(3)采用运行优化技术后，原有生物池处理能力仍然不能满足尾水排放标准要求，且新增池容困难时，可在生物池中投加填料，将生物膜技术与活性污泥工艺结合，优化系统内微生物的组成和数量，提高系统的硝化稳定性和反硝化能力。2、强化生物处理技术措施、强化生物处理技术措施(4)原有生物处理段采用上述强化措施后NH3N和TN仍然不能达标时，可在原生物处理段后增加曝气生物滤池、反硝化滤池等设施。增加曝气生物滤池，进一步去除氨氮；增加反硝化滤池，进一步去除TN。通常此时需要补充必要的外加碳源，确保尾水NH3N和TN稳定达
5、到排放标准。3、深度处理技术措施(1)研究表明，尾水SS要稳定达到一级标准A标准，过滤设施是必须的，混凝沉淀可作为强化手段，起到高效去除悬浮固体和胶体物质的作用。通过调整混凝剂优选和剂量，可同步完成化学除磷。(2)深度处理基于二级强化处理出水的NH3N及TN已经稳定达到一级A标准，BOD5、CODcr已经稳定达到一级B标准，SS不稳定，且需要化学除磷时，宜采用混凝+沉淀+过滤工艺流程，以确保稳定全面达标。(3)当二级处理出水水质接近一级A标准，但还不能稳定达标时，可以采用絮凝过滤（混凝+过滤）、微絮凝（混合+过滤）或直接过滤等工艺流程。4、碳源利用原则(1)研究成果表明，江苏省太湖流域将近50
6、%的城镇污水处理厂进水碳源不足的现象应该引起污水处理行业高度重视。碳源不足时，首选应挖掘内部碳源。(2)因回流污泥反硝化生物除磷脱氮（改良A/A/O）工艺及其变型工艺在厌氧池前增设了缺氧池，活性污泥利用约1050%的进水中有机物和活性污泥本身的有机物（内源反硝化）基本去除回流污泥中的所有硝酸盐，从而防止厌氧池快速生物降解CODcr的损失，节省碳源，因此，有条件时，可将原工艺改造成这样的工艺，充分利用内部碳源；(3)研究表明，设置初沉发酵池，可挖掘污泥中溶解性的CODcr和VFA；增设水解酸化池，可利用兼性的水解产酸菌将部分难好氧生物降解有机物转化为易生物降解有机物；利用超声波对剩余污泥进行击破
7、，可释放出污泥中的溶解性CODcr，然后将其回流至生物处理段的缺氧池中。以上措施均可以做到对内部碳源的有效利用。(4)内部碳源挖掘后，碳源仍然不能满足生物处理要求，应补充外加碳源，强化生物反硝化效果。常用的外加碳源有：甲醇、乙酸、乙酸盐等，可在一定程度上提高反硝化速率，乙酸钠适应性强、效果好，甲醇适应期长、价格低，两种碳源作为外加碳源较适宜。城镇污水处理厂当地或附近有可利用的廉价碳源（酒精废水、制药废水等）时，应进行技术经济比较后，因地制宜选择合适的外加碳源。酒精废水、制药废水等可以作为快速反硝化碳源加以利用。5、结语(1)、城镇污水处理厂“原材料”的有效控制和管理，是提标改造目标如期达到的有
8、效保障。(2)、城镇污水处理厂提标改造工程必须进行必要性论证。原处理构筑物和新建构筑物的设计水质、水量应以核定后的污水水质、产生量为准。(3)、设计单位应对确需提标改造污水处理厂的进水水质水量特性进行分析，为改造工艺方案选择提供可靠依据。(4)、改造工艺方案的选择应体现满足要求、因地制宜、技术可行、经济合理的总体要求；工艺方案中应做到：合理利用预处理段，充分发挥生物处理段的作用，设置必要流程的深度处理单元；碳源不足时，首选应挖掘内部碳源，必要时补充外加碳源。(5)、冬季低温时，宜在秋季提前提高整个污水处理系统的活性污泥总量，增加实际运行泥龄，累积硝化菌和反硝化菌总量，改善硝化与反硝化效果。2.
9、1 A2/O+混凝沉淀过滤工艺2 国内污水处理厂升级改造采用的传统工艺国内污水处理厂升级改造采用的传统工艺 该工艺可以很好地去除SS及磷，但对氮及溶解性污染物的去除效果较差。特别是采用混凝沉淀作为深度处理技术时，工艺流程较长，工程投资成本较高；工艺操作过程复杂、维护管理工作量大；由于混凝剂的使用量大，还会产生大量的含水率很高的污泥，给污泥处置带来很大困难，同时还会明显增加处理成本、提高运行成本。2）生物滤池工艺的优点1）采用生物滤池对污水处理厂的二级出水进行处理的优点是在去除SS的同时还可以有效地去除污水中的溶解性有机物和氮；2）生物滤池内生物量大，处理负荷高，水处理构筑物容积小，占地省；3）
10、出水水质稳定，品质优良。（3）作为升级改造工艺的缺点 1）生物滤池对进水SS的要求较高，理论上应保证 SS低于100mg/L以下，实际应低于60mg/L，否则会堵塞生物滤池，很难正常运行；2）生物滤池工艺水头损失大，进水出水升级改造部分二级出水 BAF 沉淀池氧化池消毒池二沉池格栅间图2 氧化沟+BAF 工艺流程动力消耗大，造成运行成本增加；3）生物滤池工艺由于必须定期进行反冲洗，当多池并联运行时，必须自动化控制，导致维护管理工作量大，维护成本增加；4）工程投资较大。2.1.2 BAF（生物滤池）工艺 MBR工艺的主要优点是：1）对悬浮物去除率高，抵抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定，而且可去除部
11、分细菌、病毒，是一种对原水处理后不必消毒的工艺；2）实现了悬浮固体停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）的彻底分离，运行控制更加灵活、稳定，易于实现自动控制；3）由于膜组件对混合液的高效分离，活性污泥几乎没有流失，大大提高了曝气池中活性污泥的（MLSS）浓度，MLSS可达到1020gL（好氧型），比传统的MLSS浓度高出近10倍，提高容积负荷，设备占地省；4）SRT延长，有利于增殖缓慢的细菌生长（如硝化细菌），可使硝化细菌在曝气池内积累，从而提高系统的硝化能力，还可以提高难降解有机物的降解速率；5）剩余污泥产生量少，污泥处置费用较低。2.1.3 MBR工艺MBR工艺的主要缺点为：1）对悬浮
12、物、有机物等的去除效果较好，但是对N、P的去除效果不够理想；2）由于膜生物反应器的寿命较短，膜更换成本高，造成设备的维护费用较高；3）膜易污染，造成堵塞，必须定期采用化学药品清洗，导致操作过程复杂，运行成本升高；4）膜组件在运行时，为了保证膜表面不易被生物污染或堵塞，必须保证高的汽水比（汽水比一般需25:1），这样造成了能耗升高，水处理成本增加。3 未来可能工程化应用的新技术未来可能工程化应用的新技术3.1 NPR工艺技术 3.1 NPR工艺技术（1）NPR工艺机理 NPR技术是A2/O与BAF工艺技术的有机结合。该工艺的特点是高效地解决了脱氮除磷问题。NPR工艺可分为两个主体生化段，第一主体
13、生化段设置有厌氧段、缺氧段和好氧保持段三部分，与A2/O基本相似。污水在厌氧段释放磷、部分有机物进行降解，在缺氧段进行反硝化脱氮，同时去除大部分有机物。好氧段为氧保持段，不进行硝化反应，只进行部分有机物降解。好氧段出水经二沉池沉降处理后，进入第二主体生物段。该段安装有新型生物填料，对污水中的有机物、氨氮、磷进一步吸附和生物降解。生物滤池出水一部分排放，另一部分回流到前置的缺氧反应池中进行反硝化。二沉池产生的污泥一部分回流到厌氧段，另一部分剩余污泥排出系统后进行脱水处理。在NPR工艺中，大量的有机物在缺氧段被去除；好氧段曝气时间仅为A2/O工艺曝气段的1/5 1/4，短时间的曝气不产生硝化反应，
14、仅去除剩余的部分有机物；由于好氧段曝气时间缩短，污泥龄短，排出的污泥中含磷量高，可以明显提高系统对磷的去除率。在NPR工艺中，生物滤池内无需设置缺氧区，仅设置好氧区，这样其操作过程以及施工安装都极其简单。2）NPR技术优点1）NPR工艺好氧段与A2/O的好氧段完全不同，NPR工艺中好氧段实质上是溶解氧的保持段，水力停留时间仅为A2/O工艺1/51/4，容积小，减少了占地面积及工程造价；2）NPR工艺中好氧段由于不进行硝化，混合液中硝态氮很少，因此，在二沉池中几乎没有反硝化发生，也不产生N2，这样改善了污泥的沉降性能，使污泥不易上浮，二沉池表面负荷也可明显提高，水力停留时间缩短，池容减小，出水中
15、SS降低；3）NPR工艺中由于二沉池分离出的回流污泥中不含硝酸盐和亚硝酸盐，当其回流至厌氧段后，无氧的释放过程，从而容易形成良好的厌氧过程，提高了回流污泥中微生物对磷的释放效果，也同时改善了好氧段聚磷菌对磷的摄取作用。2）NPR技术优点4）NPR工艺是A2/O工艺与BAF工艺相结合的产物，二沉池出水中SS浓度一般可低于40mg/L。这样保证了BAF进水中SS浓度低于60mg/L的要求，有效地避免了生物滤池堵塞问题，同时NPR工艺又充分利用了生物滤池中可以内装对NH3-N具有吸附作用的滤料，生物量可以提高，NH3-N硝化过程可以强化，有利于对污水进行深度处理，从而保证了出水的品质。5）在NPR工
16、艺中，NH3-N的硝化过程是在后置的生物滤池中完成，硝化液回流到前置的缺氧段中；这样省去了典型的BAF工艺在生物滤池中设置缺氧层进行反硝过的复杂过程，简化了操作，提高了脱氮效果，根据实际运行结果，总氮去除率可达到90%以上；6）虽然NPR工艺中在二沉池之后增加了生物滤池，在选用专用填料的条件下，其水力停留时间仅为1.52h。全流程总的水力停留时间为 45h，与传统A2/O工艺相比，池容积并未增加，只是空间上进行了分割，构筑物增加了一个，并未增加工程投资与运行成本。7）NPR工艺中硝化液从生物滤池回流到缺氧段，与A2/O工艺中硝化液从曝气池末端回流相比，并不增加投资和动力费用；（3）NPR技术的
17、缺点1）生物滤池工艺部分的水头损失大，动力消耗大；2）生物滤池工艺部分由于必须定期反冲洗，当多池并联运行时，必须自动控制，导致维护管理复杂。（4）NPR技术的应用前景根据实验研究结果以及对国外已运行工程的实地考察分析，NPR工艺是由两个在我国已经长期运行成熟的工艺有机组合形成的新工艺，其工程应用比较成熟可靠。NPR工艺与传统的活性污泥工艺相比，在同等的投资费用和运行成本条件下，可以直接将城市污水处理成回用水水质，生物除磷效果可以提高2倍以上，脱氮效率可以提高50%70%。因此，NPR工艺在我国具有广阔的应用前景。人工湿地技术的优点1）工程投资较少；运行成本较低；2）在进行污水处理的同时还可增加
18、绿地面积，改善生态环境，具有良好的景观效果；3）人工湿地植物不仅能净化污水，收割后还有较高的利用价值，能够带来一定的经济效益；4）工艺过程简单，运行维护方便。（3）人工湿地技术的缺点1）占地面积较大；2）容易发生堵塞。作为污水处理厂升级改造的后续工艺时，要求污水处理厂出水的SS浓度不能太高，以防止人工湿地堵塞；3）要求适宜的自然气候条件，比较适用于南方地区，不适合北方寒冷地区使用。3.2 人工湿地人工湿地人工湿地技术是由人工基质、水生植物和微生物组成的水处理构筑物。人工基质为微生物的生长提供了稳定的依附表面，为水生植物提供载体。人工湿地通过一系列的物理、化学、生物的作用净化污水。水生植物除直接
19、吸收、富集、利用污水中的有毒有害物质外，还有输送氧气到根区和维持水力传输的作用；微生物的代谢作用是污水中有机物降解的主要机制。城镇污水处理厂达国家一级排放升级改造实例城镇污水处理厂达国家一级排放升级改造实例1、工程背景2008年2月开始实施的天津市污水综合排放标准（DB12/356-2008）中提出已建成的城市、城镇和工业园区污水处理厂排水应在2010年12月31日前达到GB18918中一级B标准。天津市内四个大型市政污水处理厂纪庄子污水处理厂（现有规模54万m3/d）、咸阳路污水处理厂（现有规模45万m3/d）、东郊污水处理厂（现有规模40万m3/d）和北辰污水处理厂（现有规模10万m3/d
20、）由于设计建造的时间较早，现有的工艺已经不能满足新标准的排放要求，需要进行升级改造。一、天津市四个大型污水处理厂升级改造工程工艺选择2.生物处理工艺的确定四个污水处理厂分属不同的城市排水系统，进水水质差别很大，C/N、C/P、可生化性等指标各不相同，不可能使用同一种工艺。经过长时间的实验对比和专家反复论证，最终确定了两种工艺作为四个污水处理厂升级改造的主要生物处理工艺，一种是“强化生物脱氮”，另一种是“分段进水生物除磷脱氮”。强化生物脱氮工艺的核心设计理念是短程硝化反硝化。影响需氧量的关键因素是设计中采用的DO值，强化生物脱氮设计使得需氧量大大降低，氧传递效率大大提高。另外，通过预反硝化、“短
21、程”硝化反硝化和同时硝化-反硝化，有助于提高反硝化能力。当BOD:N4:1时，这种工艺的优势就体现出来了，可以不投加碳源或少投加碳源。分段进水生物除磷脱氮工艺通常由2-5段缺氧/好氧顺序排列组成。原水分别在首端的厌氧区和各缺氧区进人反应器，回流污泥回流到系统的首端，通常不设内回流设施。该工艺同传统的A/A/O工艺相比具有以下的优点：（1）无需混合液内回流，节省能源，降低运行成本；（2）回流污泥的稀释作用被推迟，反应器内污泥浓度大大增加，提高了处理效率，节省了池容；（3）缺氧段分别进水，可充分的将进水中的碳源用于硝酸盐氮的反硝化，提高脱氮效率及碳源的利用率；在碳源充足的条件下，理论上脱氮率可高于
22、90%。该工艺存在的缺点：（1）缺氧、好氧阶段交替存在，缺氧区的控制较为重要，如不能形成缺氧区，则不能实现预设的脱氮功能；（2）操作复杂：由于分段进水，进水点较多，较难调控。罗芳污水处理厂设计总规模35万m3/d，分两期设计、建设。其中一期工程规模10万m3/d，污水处理采用AB法工艺(B段为A2/O工艺)，于1998年建成并投入运行；二期工程规模25万m3/d，于2001年建成并投入运行。生物处理工艺：针对二期工程用地紧张的实际情况，结合水下搅拌器的使用，在国内首次采用了深池型T型氧化沟工艺，采用4座T型氧化沟，单座氧化沟设计规模为6.25万m3/d，水深5.8m，克服了传统氧化沟占地大的缺
23、点。在氧化沟工艺前增设了厌氧池，增强了氧化沟生物除磷功能，同时流程中增设了污泥回流措施及回流污泥浓缩池，浓缩后污泥流入厌氧池，上清液直接流至氧化沟，这样就避免了浓缩污泥中硝酸盐对厌氧池释磷的影响，增强了氧化沟的生物除磷功能。运行效果分析：二期工程建成投产以来，运行正常，出水水质优于设计水质，完全达到城镇污水污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级B排放标准要求，部分指标还达到一级A排放标准。二、深圳市罗芳污水处理厂二期工程 三、厦门市筼筜污水处理厂 工程概况：厦门市筼筜污水厂目前是亚洲最大的采用DN/CN曝气生物滤池工艺的污水处理厂，将前置反硝化技术应用在BIOFOR工艺中，在国内属
24、于首次运用。于1996年建成投产，规模为10万m3/d，二期工程二级处理部分规模为30万m3/d，工程总投资为3.78亿元。工程于2005年动工，2006年6月建成运行，目前工艺运行状况良好，工艺设备、仪表及自控系统稳定，出水的各项指标均达到或优于设计排放标准。生物处理工艺：本工程污水处理工艺在国外的常规BIOFOR工艺的基础上进行了改进优化，即用DN+CN池组合代替了CN+DN池的组合。进水先入DN池，保证了反硝化所需碳源，使得TN去除率明显提高，且生物除磷的效果也有所改善。与CN+DN池的后置反硝化工艺比较，前置反硝化克服了碳源不足而需投加大量甲醇的缺点，且前置反硝化增设回流系统，使滤池的
25、滤速增加，从而减少了CN池的数量，也节省了投资。另外前置反硝化生物滤池出水水质不受CN池的控制，所以能有效去除污水中的各种有机物，出水水质稳定。而后置反硝化则需要投加甲醇，且出水水质受DN池的影响。运行效果分析：该厂工艺处理效果良好，除TN外，其他各项指标均达到了设计标准。这是因为污水厂进水大部分为旧市区合流制污水，BOD5值很低，因此池中碳源不足，从而影响了反硝化的进行，为此暂时需要投加甲醇补充碳源，补充碳源后出水TN18.5mg/L，能够达到了设计标准。北京市区规划14 座污水处理厂,日处理能力268 万立方米,北京排水集团管理运行的8 座污水处理厂能力每日252 万立方米,占规划处理能力的94%。拟先启动北京排水集团管理运行的8 座污水处理厂升级改造工作,然后启动其它6 座实施特许经营的污水处理厂升级改造。根据收集和分析国际上现有的污水处理新技术和新工艺,制定出污水处理采用加强生物硝化+深度过滤+臭氧氧化消毒的工艺技术组合。四、北京市污水处理厂
