美国污水处理厂升级改造经验教训（上）
国内污水处理厂升级改造近几年如火如荼，这其中不乏有成功的案例，但也有一些改造值得商榷，工程措施并不是cost-effective。本文介绍了美国污水处理厂过去几十年的升级改造经验教训，这些经验教训对中国无疑具有一定的借鉴意义。
最大程度利用现有处理设施：经常听说很多污水处理厂为了升级改造而全部废弃原有的构筑物，实际上在很多情况下这并非英明之举。除非池容特别小，比如小于要求池容的20%，或者构筑物年老失修（混凝土结构可以至少使用50年），一般情况下现有的设施都可以得到合理的利用。例如，有的污水处理厂可以将曝气池改为沉淀池，扩大沉淀面积；
将现有不用的设施改造为生物处理单元：许多污水处理厂都建于80~90年代，基本都有矩形初沉池，这些初沉池有的往往偏小或者偏浅，难以发挥既有的目的。初沉池对于应对进水负荷的波动是有益的，也有利于厌氧消化，可以产生更多的沼气。但是初沉池去除掉太多的碳源对生物脱氮除磷是不利的，为了达到脱磷除磷目的，有的污水处理厂需要对矩形初沉池做一定的改造，例如美国宾夕法尼亚州的Throop污水处理厂，矩形初沉池改造成为生物处理的缺氧、厌氧区，而二级处理改造为好氧区和后缺氧区。
低负荷工艺改造，有的污水处理厂的负荷很低，可以将其负荷适当提高，马里兰州的Thurmont污水处理厂就是将原有的氧化沟改造为VIP工艺，池面的液位有所提高。
许多污水处理厂原有的设计往往都很保守，池体结构足以再承受更高的水位，这种增加池深的方法在一些污水处理厂的升级改造中得到了应用，例如Thurmont污水处理厂。
新建处理设施与原有设施的矛盾，最大程度地利用原有设施无疑是最经济合算的，但改造原有设施要比新建构筑物复杂，而且施工周期更长，这就会增加工程管理人员的费用。如果现有的关键设施（比如曝气池）的改造，可能会难以满足环保部门的排放要求，因此建设新的处理设施，容许旧的处理设施在改造期间继续运行是不得不做出的选择。
30%的能力，50%的寿命：从某种角度而言，现有的设施不值得利用。作为一种经验的总结，如果一个池子不能在改造之后提供30%的处理能力，那么可能不值得利用。寿命是另外一个因素，混凝土的寿命至少50年，一些在上世纪70年代建设的处理设施仍然可以使用。为了验证结构强度，应该考虑钻芯取样。
美国污水处理厂升级改造经验教训（下）
许多升级改造为了实现除磷往往选择铝盐、铁盐来实现化学除磷。虽然这很可靠，但无疑也会增加污泥产量，药剂费用较贵的特点。生物除磷在进水水质合适的条件下，达到1.0mg/L的标准并不困难，较化学除磷有不少的优点，应该优先考虑。
供应商的工作是销售，工艺决策者应该客观评价各种不同的工艺，优化选择。如果工艺决策者过分地相信某一种工艺的供货商之言，那么就丧失了各种不同工艺的竞争，这样的投资可能会比较高。现在，有很多供应商提供完整的工艺设计、供货、安装等。
合理采用生物脱氮除磷工艺（BNR），而不是强化脱氮除磷工艺（ENR）。在很多地方，膜技术用于升级改造，虽然这是一种技术趋势，但应该客观分析，不可盲目应用，膜技术的成本较传统的脱氮除磷工艺（BNR）高很多。即使是在美国的马里兰州和弗吉尼亚州，这两个州很多地方的污水处理厂要求达到强化脱氮除磷的目标，即使在这些地方都很少采用膜技术，而Bardenpho这样传统的工艺辅以过滤单元更为普遍。
过滤技术是污水处理升级改造常用的技术，但马里兰州很多污水处理厂在升级改造之后发现在过滤之前的水质就已经达到了排放标准。过滤单元价格不菲，而且机械电气控制较为复杂，通常会需要中间泵房，并且会产生大量的反冲洗水。而采用较大一些的反应池和沉淀池的造价会更低。
推流式工艺：目前世界上脱氮除磷应用最广的工艺主要有A/O工艺、A2O工艺、UCT工艺、Bardenpho工艺、JHB工艺及多点进水工艺。这些工艺具有较强的灵活性，可以满足不同要求的出水水质。这些推流式工艺往往可以设计成不同的运行模式，多点进水是一种常见的模式，可以应对降雨期间峰值流量的变化。
SBR是常见的一种工艺，SBR的负荷较低，几乎所有的SBR工艺都设计成完全硝化的模式，但实现来良好的生物脱氮与生物除磷却不多见。SBR工艺可以比较容易地升级改造为脱氮除磷工艺。在美国宾夕法尼亚州的Archbald污水处理厂和Gregg Township污水处理厂，SBR工艺都改造成了类似推流式的脱氮除磷工艺。而且，设置了前置缺氧区和厌氧区、内回流泵。SBR工艺的一个不足之处是难以应对流量的大幅度变化。
氧化沟工艺是低负荷，水力停留时间较长，对流量的变化有很强的适应性。如果设计合理的话，氧化沟可以实现一定程度的同时硝化反硝化。氧化沟另外一种普遍的做法是在一个沟中实现硝化，而在另外一个沟中实现反硝化，进水和出水交替切换。有些氧化沟不太好升级改造，这些氧化沟的池深往往太浅，因为转刷会将混合液的温度降低到难以硝化的程度。
运用数学模拟工具来分析研究污水处理过程中的物理、化学、生物反应已经成为一种标准的做法，早期的数学模拟是一些原始的表格，后来各种模拟工具不断出现，例如Biowin、GPS-X等等。运用数学模拟的一个关键之处是要对污水水质特性做全面深入的分析，如果不做具体的分析，简单地采用模拟软件中的默认值很可能会得到错误的结论。例如，在美国马里兰州的Gregg Township污水处理厂，硝化速率是Biowin模型中默认值的110%，而当有渗滤液排入的时候，硝化速率又会降低至默认值的67%，可见模型的应用一定要结合当地具体条件来分析。
