15种城镇污水处理厂提标改造工艺及典型案例分析/淮南首创第一污水处理厂提标改造工艺设计

中国城镇污水处理厂提标改造工艺及典型案例分析

原创 2016-08-23 刘亦凡 , 等 

编者按 

为满足更严格的排放标准，中国城镇污水处理厂正在进行新一轮的提标改造。提标改造中的工艺选择不仅关系到排放是否能够达到更严的标准，还关系到以能耗为主的污水处理成本。从中国各地提标改造工艺选择及实际工程情况来看，提标改造必须对原水水质、地域、原工艺的可利用程度、当地社会经济条件、运行管理水平等多方面进行考虑，在小试、中试或相似工程的经验基础上确定工艺。有条件的城镇污水处理厂宜考虑处理设施前端配套建设调蓄水池，处理设施末端在排出前设置出水缓冲区，提高稳定达标的保障度。

作者简介：刘亦凡（1994-），北京人，大学本科，生物工程专业，从事污水处理助研工作。

1    提标改造技术路线

目前，我国现有城镇污水处理厂执行排放标准主要是从一级B标准提高至一级A标准或从一级A标准提高至地表水类Ⅳ类水体标准及回用水标准，部分污水厂直接从二级标准提高至一级A标准甚至更高。达到更高排放标准的核心是污水处理工艺的改造和升级。我国城镇污水处理厂执行排放标准占比见图1，主要污染物指标对比见表1。

图1     我国城镇污水处理厂执行排放标准占比

 

表1    我国城镇污水处理厂排放标准主要污染物指标对比

mg·L^-1

项目		COD	BOD5	SS	NH4+-N	TN	TP
GB18918-2002	一级A	50	10	10	5(8)	15	1(2006年前) 0.5(20006年后)
	一级B	60	20	20	8(15)	20	1.5(1)
GB18918-2015 征求意见稿	特别排放限值	30	6	5	1.5(3)/3(5)	10/15	0.3
北京地标DB11/890-2012	A	20	4	5	1.0（1.5）	10	0.2
	B	30	6	5	1.5（205）	15	0.3
天津地标DB12/599-2015	A	30	6	5	1.5(3.0)	10	0.3
	B	40	10	5	2.0(3.5)	15	0.4
GB3838-2002	Ⅳ类	30	6	——	1.5	1.5(湖库)	0.3 0.1(湖库)
	Ⅴ类	40	10	——	2	2(湖库)	0.4 0.2(湖库)
注：1）GB18918-2015氨氮指标括号内为水温≤12℃时的控制指标；DB11/890-2012中氨氮指标括号内数值为每年12月1日-次年3月31日执行值；DB12/599-2015氨氮指标括号内为每年11月—次年3月执行值。2）“/”左侧限值适用于水体富营养化问题突出的地区。

《2015年中国城乡建设统计年鉴》数据显示，我国城镇污水处理厂主要采用A²/O及其改良工艺、氧化沟及其改良工艺、SBR及其改良工艺、A/O及其改良工艺、生物膜工艺、普通活性污泥工艺这六大类工艺，其数量占所有城镇污水处理设施的90.4%左右，设计处理能力占93%左右；执行一级A标准、一级B标准、二级标准的城镇污水处理厂的总处理能力和单位电耗分别约为5200万m³/d和0.383kW·h/m³、6100万m³/d和0.292kW·h/m³、2200万m³/d和0.269kW·h/m³。随着处理深度的加大，单位能耗快速增加。提标改造中的工艺选择不仅关系到排放是否能够达到更严的标准，还关系到以能耗为主的污水处理成本。

 

城镇污水处理厂实际运行中主要存在进水不稳定、进水与设计差别大、含有难降解工业废水；碳氮比低、碳源不足、SS/BOD₅比值偏高；低温条件下运行效率差、运行不稳定；运行负荷低、能耗大、运营管理复杂、区域特性强等实际问题，如出水COD难以进一步降低、TN去除较难、出水SS偏高、TP生物处理较难等困难。为克服这些困难，达到更高的排放标准，在提标改造的工程实践中，一般以“先源头控制，后强化处理；先功能定位，后单元比选；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”为总体技术原则，并采取如下技术路线来实施：①稳定进水，使得进水符合原设计，强化预处理，增强污水的可生化性；②对原主体工艺进行运营改良、优化参数、添加外物质、强化生化处理；③对原主体工艺进行改造、革新；④增加尾水处理设施，进行深度处理，考虑中水回用；⑤对附属工艺的改造，如污泥处置、隔音、除臭等；⑥机械、电气、自控设备的升级；⑦同时考虑前述措施的组合。目前主要处理工艺措施详见表2。

表2     城镇污水处理厂提标改造典型技术措施

主要问题	主要技术措施
进水不稳定	前段	设置调节池、储水池等
进水难降解有机物多、B/C比低、出水COD偏高	前段	设置水解池、稳定池等
	生化段	添加生物填料等
	后段	增设强化物化处理工艺，如混凝沉淀-过滤、臭氧氧化、Fenton氧化、活性炭吸附、超滤-反渗透等
进水碳氮比偏低	前段	添加外碳源、取消初沉池等
	生化段	改进工艺利用内碳源，如多点进水等
出水SS偏高	生化段	二沉池中投加化学混凝剂、提高污泥沉降性能等
	后段	设置深度过滤，如生物过滤、物理过滤设施；辅助化学混凝沉淀、微絮凝等
出水TN偏高	生化段	强化生物脱氮、增加外碳源等
	后段	设置反硝化滤池、生物滤池、膜过滤等
出水TP偏高	生化段	强化生物除磷等
	后段	增加化学辅助除磷等
景观生态要求	后段	增加人工湿地、氧化塘等生态处理等
原主体工艺改进	生化段	运行参数改进、多点进水、添加碳源、精细曝气、多模式、强化污泥回流等
污泥处置	污泥段	污泥减量、生物能利用等
扩展空间受限	全程	半地下式、地下式等
大量雨水流入	前段	设置调节池、加强工艺抗冲击负荷能力等
臭气、噪声	全程	加盖封闭、生物除臭、离子除臭；降噪措施等

实践表明，要达到一级A标准并非要盲目增加深度处理，总氮等主要污染物的去除应通过优先改造前段和生化段，实现最经济、最稳定的污染物去除，不应将降解任务更多地放在后段和外加碳源上。调研发现，对于部分中低浓度污水以及生活污水占比较大的污水，通过对原有二级处理的强化，其二级出水主要指标中COD、BOD₅、NH₄⁺-N已经可以达到一级A标准，TN、TP、SS也能够接近甚至达到一级A标准，因此对该类水质的提标改造应以挖掘原有工艺潜力为重点。

2    提标改造工程实例

（1）

原采用A²/O 类工艺

①江苏某污水处理厂

该污水厂处理规模为20万m³/d，原工艺为A²/O，出水标准为一级B。改造工艺为改良A²/O（填料）+膜过滤或滤布滤池，出水标准为一级A。改造前后工艺流程详见图2。

图2     江苏某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

②河北某污水处理厂

该厂处理规模为8万m³/d，原工艺：A²/O，出水标准二级。改造工艺：A²/O（填料）+MBBR+DN生物滤池+纤维转盘滤池，出水标准一级A。改造前后详见图3。

图3     河北某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

③云南某污水处理厂

该厂改造原8.5万m³/d，新建8.5万m³/d，新增深度处理17万m³/d。原工艺：UCT工艺，出水标准一级B。 改造工艺：改良A²/O+混凝沉淀过滤，出水标准一级A。改造前后工艺流程详见图4。

图4     云南某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

④北京某污水处理厂

该厂处理规模为4.5万m³/d。原工艺：改良A²/O（添加生物填料的CNR）+混凝沉淀过滤，出水标准一级B。改造工艺：两段式A/O+MBR+臭氧氧化，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图5。

图5     北京某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

（2）原采用氧化沟类工艺

①北京某污水处理厂

该厂规模为2万m³/d，原工艺：氧化沟，出水标准一级A。改造工艺：氧化沟+两级生物滤池+V型滤池+臭氧脱色，出水标准为北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890-2012）B标准。改造前后工艺流程详见图6。

图6     北京某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

②浙江某污水处理厂

该厂处理规模为3万m³/d，原工艺：DE氧化沟，出水标准一级B。改造工艺：改良DE氧化沟+反硝化滤池+曝气生物滤池+活性砂滤池，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图7。

图7     浙江某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

③江苏某污水处理厂

该污水厂处理规模为15万m³/d，原工艺：Orbal氧化沟，出水标准一级B。改造工艺：BNR+MBR，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图8。

图8     江苏某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

④浙江某污水处理厂

该污水处理厂处理规模为15万m³/d，原工艺：A²/O改良氧化沟+混凝沉淀，出水标准一级B。改造工艺：A²/O改良氧化沟+混凝沉淀+活性炭二级吸附、压滤，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图9。

图9     浙江某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

（3）原采用普通活性污泥法或A/O类工艺

①北京某再生水处理厂

该污水处理厂处理规模为100万m³/d。原工艺：普通活性污泥法，出水标准二级（1996年标准）。改造工艺：改良A²/O+反硝化生物滤池＋膜过滤＋臭氧脱色，出水标准《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002），部分指表参照地表水Ⅳ类水体标准。改造前后工艺流程详见图10。

图10     北京某再生水厂提标改造前后工艺流程对比

②北京某污水处理厂

该污水厂规模为10万m³/d，改建4m³/d，扩建6m³/d。原工艺：普通活性污泥法，出水标准一级B。改造工艺：原工艺改为A²/O工艺，出水执行北京市《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB11/890-2012）B标准；扩建工艺为MBR+RO，MBR出水达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》( GB/ T 18920-2002) 中车辆冲洗水质要求；RO出水标准为《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水体（TN除外），出水进入奥运场馆杂用及奥运公园水体补充。提标改造前后工艺流程详见图11。

图11    北京某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

③河北某污水处理厂

该厂规模为16万m³/d。原工艺：A/O，好氧池采用MBBR，出水标准二级。改造工艺：改良Bardenpho工艺+MBBR+深度处理，出水标准一级A，详见图12。

 图12    河北某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

④浙江某污水处理厂

该厂规模为1万m³/d，原工艺：A/O+生物滤池，出水标准一级B。改造工艺：改良A/O+生物滤池+生态处理，出水达到地表水Ⅲ类标准。提标改造前后工艺流程详见图13。

图13     浙江某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

（4）原采用SBR类工艺

 ①江苏某污水处理厂

该厂规模为1万m³/d。原工艺：SBR工艺，出水标准一级B。改造工艺：A²/O+转盘滤池，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图14。

图14     江苏某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

②浙江某污水处理厂

该污水厂改建规模2.5万m³/d，新建2.5万m³/d。原工艺：CAST工艺，出水标准二级。改造工艺：改良A²/O+微絮凝+滤布滤池，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图15。

图15     浙江某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

③陕西某污水处理厂

该污水厂处理规模为1万m³/d。原工艺为CAST工艺，出水标准一级B。改造工艺为两级A/O工艺+絮凝沉淀+纤维滤池，出水标准一级A。提标改造前后工艺流程详见图16。

图16     陕西某污水处理厂提标改造前后工艺流程对比

（(更详细内容参见《中国给水排水》第16期：中国城镇污水处理厂提标改造工艺及运行案例，作者：浙江工业大学刘亦凡、 陈涛、 李军）

 

 

淮南首创第一污水处理厂提标改造工艺设计

2015-10-23 

曹平1，王建西2，沈旺3，王冰1
 

(1.淮南首创有限公司，安徽淮南232001；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074；3.首创爱华<天津>市政环境工程有限公司，天津300060)

摘要：淮南首创第一污水处理厂改造规模为10×104 m3/d，进水碳氮比值较低。提标改造采用ARP/SSH工艺，改造完成后出厂水质各项指标稳定达到一级A排放标准。而竣工报告显示，工程预（决）算价仅为1 577.3万元。ARP/SSH工艺对于进水氮、磷浓度较高而有机物浓度较低的污水处理厂较为适用，投资较低且可减少外加碳源量。

 

1    污水处理厂现状

淮南首创第一污水处理厂主要负责淮南市东部地区的污水处理，设计处理能力为10×104 m3/d，于2002年5月建成并投入运行，2007年实现满负荷运行。原设计进、出水水质及实际进、出水水质如表1所示。提标前污水厂工艺单元包括：粗格栅、提升泵站、细格栅、旋流沉砂池、配水井、厌氧选择池和卡鲁塞尔2000氧化沟、终沉池、污泥泵房和脱水机房等。

表1    第一污水处理厂进、出水水质

2    提标改造工艺方案

2.1    提标改造设计进、出水水质

经过对2008年1月—2012年4月实际进水水质的分析，提标改造工程确定淮南第一污水处理厂设计进、出水水质见表2。

表2    提标改造设计进、出水水质

2.2    工艺方案

考虑到污水处理厂现状无新建深度处理构筑物所需场地的实际情况，经综合比较，提标改造采用ARP/SSH生物处理工艺，该工艺尤其适合用于C/N值不足的情况。ARP/SSH工艺系首创爱华公司从丹麦引进的技术，ARP（Active Return Sludge Process）即回流活性污泥工艺，可提高现有工艺的水力负荷与有机负荷。SSH(Side Stream Hydrolysis)即侧流水解，在厌氧污泥水解除磷的同时为后续工艺提供额外碳源。该工艺与传统工艺相比，改造量少，仅需改建一座ARP/SSH池用于污泥回流，通过工艺调整使原有生物池结合ARP/SSH池达到技改后的脱氮、除磷的处理能力，降低了外回流污泥的回流比，提高了二沉池的出水能力，省去了深度处理的建(构)筑物。由于建(构)筑物少，所以投资节约，建设周期短。第一污水处理厂现状没有消毒设施，提标改造增加了紫外消毒装置。

2.3    SSH/ARP工艺流程

污水处理厂旋流沉砂池出水直接进入氧化沟。氧化沟内增加潜水推流器和在线自控仪表，终沉池出水经紫外线消毒后排入淮河。终沉池回流污泥分为两部分:一部分回流至ARP/SSH池（利用厌氧池改造），经好氧、厌氧交替运行后污泥进入氧化沟,另一部分污泥直接回流至氧化沟。原有厌氧池改造为ARP/SSH池后，ARP/SSH+氧化沟的处理能力即可达到10×104 m3/d。针对目前污水厂进水C/N值较低的情况，设置了碳源投加装置，碳源采用醋酸钠，必要时投加。 工艺流程见图1。

图1    ARP/SSH工艺流程

3    提标改造工艺设计

3.1    ARP/SSH池（原厌氧池改造）

将原有2座厌氧选择池均改造成为ARP/SSH池，保持选择池不变，厌氧池4格中的3格改造为ARP池，安装曝气设施，配备鼓风机供气，后面的一格保持不变，作为SSH池。其中3格ARP池可以根据实际情况留出一格运行SSH池。

曝气系统采用4台罗茨风机,分为两组分别向两个池子进行供气，每组风机出口配备有空气流量计，每台风机参数如下：Q=43.2 m3/min，H=58 kPa，N=75 kW,5台(4用1备）。采用3 m3/h曝气头，共计5 000个。

在总图配电间的位置建造鼓风机房，鼓风机房尺寸为21 m×10 m×7 m。

原污泥回流管线增加DN600连通管及阀门；增加DN600旁通管、电动阀门及电磁流量计，控制回流污泥量。

选择池进水管路利用原有管道不变。

将厌氧池改造为ARP/SSH池，进泥采用潜污泵提升，从原有污泥分配槽提升入ARP/SSH，设潜污泵2台，Q=300 m3/d，H=30 kPa。潜污泵管路增加DN300电磁流量计，共计2台。

为解决浮渣问题，在SSH池安装有浮渣出口，浮渣可直接进入氧化沟。

目前,污水厂污泥回流比为50%~100％，平均为70％左右。现有每条线设2台污泥回流泵，已经配置有1台变频，改造后增加一台变频。ARP+SSH工艺的回流污泥根据进水参数及具体运行工况数值变频调节，因此原有及新增的变频控制接入中控室。

改造工程对原有厌氧池的进水及进泥线路进行更改。改造后厌氧池进水直接通过原有超越管道进入卡鲁塞尔氧化沟，将原有外回流污泥管道也直接接入卡鲁塞尔氧化沟。原有的厌氧池改造为ARP/SSH池，新建一条外回流污泥管直接接入。改造示意见图2。

图2    厌氧池进水及进泥管路改造示意

3.2    氧化沟（改造）

一共有两组卡鲁塞尔2000型氧化沟，每组需增加6台推流器,共计12台，每台推流器的功率为4 kW，其目的是在氧化沟反硝化时保持污泥悬浮。

氧化沟的曝气设备通过在线仪表测量氨氮、硝态氮及溶解氧数值进行控制。控制过程在原有污水厂的PLC直接编写控制程序，这样氧化沟的曝气设备及内回流就可以根据在线仪表检测的数据运行。

氧化沟为钢筋混凝土结构,尺寸（L×B×H）=105 m×55.25 m×5.5 m,有效水深为5 m,停留时间为12 h,设计流量为1.16 m3/s。

主要设备：立式表曝机8台（4台变频），叶轮直径为3.75 m，单台功率为160 kW,转速为36 r/min,动力效率为2.0 kgO2/(kW·h)。现有推进器８台，叶轮直径为2.5  m,单机功率为5.88 kW,转速为6 r/min;新增推进器12台，叶轮直径为2.5  m,单机功率为4 kW。

3.3    污泥泵池（改造）

根据现有工艺调整，将原有回流比变为根据进水量情况进行调整。

原有4台污泥回流泵，Q=1 740 m3/d，H=60 kPa，N=30 kW，分为2组，每组1台变频，1台恒速。提标改造为了达到更好的变频回流控制，将原有2台恒速泵也更换为变频泵（Q=800 m3/d，H=30 kPa，N=15 kW），变为4台变频控制。

由于回流污泥量大幅减少，原有管路上的电磁流量计(DN1 000)计量不准，因而增加DN600旁通管、电动阀及电磁流量计，结合进水流量及污水厂进水负荷进行变频控制。

为了更好地控制外回流及ARP/SSH进泥量，每组管路分别增加1台DN250的电磁流量计，共计2台。

3.4    紫外线消毒渠（新建）

设紫外灯管共176支，总装机容量为51.2 kV·A。配套：系统配电/控制中心、在线机械加化学自动清洗系统及液压中心、紫外光强监测系统、低水位传感器及自动水位控制系统等全套设备。

3.5    加药装置（新增）

利用原脱水机房空置用地。在必要时由业主自行采购安装。

①    PAC制备及投加装置

混凝剂采用聚合铝，设计投加量为30 mg/L。加药设备采用溶药、储存、投加一体化成套设备，可视进水量的变化调节投药量。在实际运行中，可根据实际情况灵活运行或采用季节性投药方式运行。药剂库按30 d储量设计。投加设备共2套,设计最大投加量为3 000 kg/d;投加浓度为10％。

②    醋酸钠制备投加装置

碳源采用醋酸钠，设计最大投加量为1.23 t/d。加药设备采用溶药、储存、投加一体化成套设备，可视进水量的变化调节投药量。在实际运行中，可根据实际情况灵活运行或采用季节性投药方式运行。药剂库按30 d储量设计。

投加设备共2套,设计投加量为1.23  t/d。

3.6    鼓风机房（新建）

鼓风机房包括鼓风机房、控制室等,钢筋混凝土排架结构,尺寸(L×B×H)为21 m×10 m×7 m。

设罗茨鼓风机5台（4用1备），Q=43.2 m3/min,H=58 kPa,P=75 kW。

4    工艺运行效果评价

4.1    水处理效果

淮南第一污水处理厂升级改造项目于2013年底通水，2014年2月按照新的工艺模式粗放式运行，2014年3月中旬开始工艺调试。2014年3月21日—3月31日，丹麦技术代表到污水处理厂指导工艺调试和技术培训。改造后污水厂运行参数见表3。从污水处理厂提供的化验数据可以看出，2014年3月以后，淮南首创第一污水厂提标改造工程运行状况稳定，各项出水水质指标稳定达到一级A标准。提标改造后近5个月（2015年1月—5月）污水处理厂运行化验数据见表4。ARP/SSH池运行数据见表5。

表3    改造后污水厂运行参数

表4    提标改造工程2015年1月—5月水质数据

 

表5  第一污水处理厂ARP/SSH池调试运行数据

第一污水厂的进水BOD5/TN值低（平均比值不超过3）。理论上BOD5/N>2.86才能有效地进行脱氮反应，实际运行中，一般在BOD5/TN＞4时对氮和磷的去除率才能达到60%左右，出水TN和TP才能保证基本达标。因此，从本项目的进水水质来看，常规处理工艺下，要想实现出水的稳定达标应投加一定的外碳源，而这会造成运行费用的大大增加。本项目在没有额外投加碳源的情况下同样实现了达到出水一级A标准。应该指出的是当前水量只有9×104 m3/d，尚未满负荷运行。

运行数据表明，本厂ARP及SSH工艺不仅增加了整个生物处理系统的生物量，改善了菌种适应性，提高了污水处理厂的耐冲击负荷，使生物处理系统的运行效果和稳定性大大提高，而且对系统的内碳源进行了充分挖掘，为生物处理系统增加了一些可利用的优质碳源，在没有外加碳源的条件下实现了出水TN、TP的稳定达标。

2014年4月—12月，污水厂化验室针对ARP及SSH池的运行效果进行了检测(见表5)。外方调试前，污水厂化验室针对SSH池厌氧水解出的COD（主要为优质碳源挥发性脂肪酸VFA）进行了3天的检测。结果表明，水解效果明显，折合补充有效碳源超过60 mg/L。丹麦技术人员到现场后，出于综合考虑，对污水厂的运行工况进行了调整。运行工况调整后，虽然SSH池的水解COD有所降低（稳定后折合补充碳源约10 mg/L），但SSH池释磷效果明显，池内滤后液TP含量达到10 mg/L左右，污水厂的整体运行效果更加稳定，TN、TP及其他各项出水指标都能稳定达标。

目前，由于淮南市亚行管网改造项目还在进行中，第一污水厂的进水水质水量还未达到设计值，相应ARP/SSH池的处理能力也没有完全发挥，预计随着进水水质浓度提高，ARP/SSH工艺的更多潜力也会被充分地挖掘出来。

4.2    节能效果

2014年处于调试运行，不能保证完全按新工艺运行，单耗不完全有代表性，故未采用。采用2012年、2013年、2015年1月—5月的数据进行比较，结果见表6。

表6    第一污水处理厂能耗

提标后比提标前吨水运行费仅提高0.040 9元。如果不采用ARP/SSH工艺，按照可行性研究报告，需投加PAC（聚合铝）30 mg/L，醋酸钠平均为6.2 t/d。按PAC为1 600 元/t、醋酸钠为3 300 元/t、电价为0.70 元/(kW·h)计算，各单项需增加的运行费用：PAC为0.048 元/m3,醋酸钠为0.204 6 元/m3,紫外消毒为0.015 6 元/m3,总共需增加的运行费为0.268 2元/m3。

5    结论

该项目改造规模为10×104 m3/d。采用ARP/SSH工艺改造完成后，污水处理厂水质检测显示出水各项指标稳定达到一级A排放标准。而竣工报告显示，工程预（决）算价仅为1 577.3万元。

我国有相当一部分污水处理厂进水氮、磷浓度较高，而有机物浓度较低。ARP/SSH工艺适用于这部分污水处理厂升级改造，不仅投资较低，且运行中可减少外加碳源量，具有较显著的节能意义。

（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第20期“工程实例”栏目）=====================================================

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城镇污水处理厂提标改造工艺解析

 

　　目前，我国现有城镇污水处理厂执行排放标准主要是从一级B标准提高至一级A标准或从一级A标准提高至地表水类Ⅳ类水体标准及回用水标准，部分污水厂直接从二级标准提高至一级A标准甚至更高。达到更高排放标准的核心是污水处理工艺的改造和升级。我国城镇污水处理厂执行排放标准占比见图1，主要污染物指标对比见表1。

图1 我国城镇污水处理厂执行排放标准占比

表1 我国城镇污水处理厂排放标准主要污染物指标对比

mg&dot;L-1

　　《2015年中国城乡建设统计年鉴》数据显示，我国城镇污水处理厂主要采用A2/O及其改良工艺、氧化沟及其改良工艺、SBR及其改良工艺、A/O及其改良工艺、生物膜工艺、普通活性污泥工艺这六大类工艺，其数量占所有城镇污水处理设施的90.4%左右，设计处理能力占93%左右;执行一级A标准、一级B标准、二级标准的城镇污水处理厂的总处理能力和单位电耗分别约为5200万m3/d和0.383kW&dot;h/m3、6100万m3/d和0.292kW&dot;h/m3、2200万m3/d和0.269kW&dot;h/m3。随着处理深度的加大，单位能耗快速增加。

　　提标改造中的工艺选择不仅关系到排放是否能够达到更严的标准，还关系到以能耗为主的污水处理成本。城镇污水处理厂实际运行中主要存在进水不稳定、进水与设计差别大、含有难降解工业废水;碳氮比低、碳源不足、SS/BOD5比值偏高;低温条件下运行效率差、运行不稳定;运行负荷低、能耗大、运营管理复杂、区域特性强等实际问题，如出水COD难以进一步降低、TN去除较难、出水SS偏高、TP生物处理较难等困难。

　　为克服这些困难，达到更高的排放标准，在提标改造的工程实践中，一般以“先源头控制，后强化处理;先功能定位，后单元比选;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”为总体技术原则，并采取如下技术路线来实施：

　　①稳定进水，使得进水符合原设计，强化预处理，增强污水的可生化性;

　　②对原主体工艺进行运营改良、优化参数、添加外物质、强化生化处理;

　　③对原主体工艺进行改造、革新;

　　④增加尾水处理设施，进行深度处理，考虑中水回用;

　　⑤对附属工艺的改造，如污泥处置、隔音、除臭等;

　　⑥机械、电气、自控设备的升级;

　　⑦同时考虑前述措施的组合。

　　目前主要处理工艺措施详见表2。

表2 城镇污水处理厂提标改造典型技术措施

　　实践表明，要达到一级A标准并非要盲目增加深度处理，总氮等主要污染物的去除应通过优先改造前段和生化段，实现最经济、最稳定的污染物去除，不应将降解任务更多地放在后段和外加碳源上。调研发现，对于部分中低浓度污水以及生活污水占比较大的污水，通过对原有二级处理的强化，其二级出水主要指标中COD、BOD5、NH4+-N已经可以达到一级A标准，TN、TP、SS也能够接近甚至达到一级A标准，因此对该类水质的提标改造应以挖掘原有工艺潜力为重点。 来源： 沈阳新华

 

污水处理提标改造工艺选择

基于污水提标改造的现实问题，无论是经济性还是可行性方面，如果能在二级生物滤池阶段提标改造完成，则无论从成本还是在难度上而言都是最可行的方案。在二级生物处理阶段改造，可以将传统活性污泥法改造成Biofor生物滤池，也可以改造成投加填料的工艺比如一体式的固定化活性污泥工艺以及MBR工艺，或者膜处理工艺、MBBR工艺。这些工艺都有各自不同的实际特点及适应条件（见表1）。

 表1  二级生物处理阶段可选工艺特点及适应条件

	优点	适应工艺条件
IFAS	使用原有活性污泥系统 硝化容积负荷可提高3倍以上 增加污泥龄、提高处理能力	无可利用额外场地的情况
MBBR	无污泥回流、后续气浮或二沉池 提高处理能力、不增加占地面积 可用高速气浮或滤布滤池代替二沉池，大大节省土地	无可利用额外场地的情况
MBR	出水水质好，后续可省去深度处理工艺 膜池代替二沉池节约土地 污泥浓度高，是传统法的2-3倍	无可利用额外场地情况下提标 出水可直接回用
Biofor	生物挂膜最大，污染物去除效果好 占地面积仅为传统活性污泥的1/3左右	进水SS不易过高 占地较小

 

如果在二级生物处理阶段改造升级之后，仍然存在水质超标问题，则必须考虑增加深度生物处理工艺。苏伊士在该提标改造阶段可以提供的深度处理工艺有：Biofor生物滤池、Densadeg高密池、Greendaf 高速气浮、Aquazur VV型滤池、Compakblue 滤布/转盘滤池、Denifor V深度脱氮V型滤池（见图1），这些工艺的不同的实际特点及适应条件见表2。 

 
图1提标改造深度处理工艺

 

表2 深度处理工艺特点及适应条件

	优点	适应工艺条件
Biofor	陶粒滤池处理负荷大，上升流速高 占地比传统活性污泥小70% 二级处理时无需二沉池	市政污水二级处理 深度处理中除BOD、TN、氨氮
Denifor  V	滤速高达5-10m/h，占地小 节水反冲洗，反洗量<2% 无跌水充氧，碳源自动投加系统 陶粒滤料生物量大，处理负荷高	污水深度处理中反硝化除TN 可同步除TP和SS
Densadeg	高效澄清分离工艺沉淀速率高，深度处理中上升流速达20-30m/h 排泥浓度高，无需额外污泥浓缩	自来水澄清、污水初沉、三级除磷、雨水处理、石灰软化、除重金属等
Greendaf	上升流速是传统气浮的3-4倍 絮凝时间短至5-7分钟 一般无需投加絮凝剂 流态分布更均匀、无短流发生	污水三级除磷 滤池反洗水处理 MBBR工艺泥水分离

 

Denifor V深度脱氮V型滤池

苏伊士Denifor V 深度脱氮V型滤池是原有成熟工艺Flopac（脱炭V型滤池）的新应用，将其用于污水深度脱氮，可同时实现微絮凝除磷和除SS的功能。Denifor V工艺结合了Biofor生物滤池和V型滤池的各项优点，同时具有生物脱氮除磷和物理过滤功能。

 

Denifor V 工艺原理

￭下向流过滤；

￭滤料上的生物膜在缺氧环境下反硝化去除水中硝酸盐，滤料间隙截留悬浮物；

￭前端可投加混凝剂同步除磷；

￭氮气驱除技术释放产生的氮气，减少气阻；

￭为了恢复滤料截污能力和提升反硝化作用，需定期反洗；

￭高效的气水反冲+表面扫洗的反洗模式。

 

Denifor V 工艺参数（见表3）

 

表3  Denifor V 工艺参数

主要指标	硝酸盐 (mg/l)	悬浮物 (mg/l)	总磷 (mg/l)
进水	15-35mg/l	10-35	1-2
出水	<3	<5	<0.5

 

滤料：    1.5-2.0m厚Biolite滤料，有效粒径2.0或2.5mm

承托层： 30cm厚砾石

滤速：      5-10m/h

硝酸盐容积负荷：高于3.0 kg/m³/d

过滤周期：～24h（取决于进水SS和硝酸盐负荷）

反冲洗模式：常规节水反冲洗和高强度反冲洗

常规反冲洗：降水位à气洗à气洗+水洗à水洗+表面扫洗

反冲洗强度：气洗强度70-100Nm/h，水洗强度15-25m/h

反冲洗水量：低至4%，通常<2%

 

Denifor V 工艺特点

系统稳定、出水水质好；

启动快、处理效率高，出水稳定保证TN、TP和SS达到一级A标准；

滤料生物挂膜量大，硝酸盐处理能力高、抗冲击能力强；

可根据进水水质决定是否投加碳源，实现过滤和反硝化功能的相互转换；

设备维护简单，滤板下部可进人，如滤头污堵可进行清洗维护；

自动控制碳源投加系统，操作简单，投资成本低；

相比常规的三级处理工艺，深度脱氮V型滤池流程短、占地面积小；

滤板结构简单、造价低，采用国内常规施工技术和滤料国产化；

独创的节水反洗模式，有表面辅助扫洗，反洗能耗低、水量少、效果好；

恒水位过滤，进水无跌水充氧，有利于反硝化并减少碳源消耗。

 

Denifor V工艺的氮气驱除技术

氮气驱除间歇与硝酸盐负荷和过滤周期有关，尤其是硝酸盐负荷，硝酸盐负荷越高，氮气释放间歇越短。Denifor V工艺氮气驱除频率见表4。

 

表4  氮气驱除频率

N处理负荷 (kgN/m3滤料/d)	氮气释放间歇 (hr)	氮气释放时长 (min)
1.0 -2.0	2.0 -1.5	2
2.0-2.8	1.5 -0.5	2

 

Denifor V 工艺应用

常见污水三级处理可选工艺众多（表5），在提标改造过程中，需要根据二级处理出水的水质情况进行选择。Denifor V 深度脱氮V型滤池主要应用于污水三级处理中去除TN、TP和SS，使得出水达到一级A或者更高标准。

 

表5  常见污水三级处理可选工艺

能达一级A的参数	达不到一级A的参数	可选择技术路线/工艺
TP、TN、NH3-N	SS	直接过滤 微絮凝过滤 絮凝-助凝-过滤
TN、NH3-N	SS、TP	混凝+沉淀+过滤
NH3-N	TN、TP、SS	常规反硝化生物滤池+混凝+沉淀+过滤   Denifor V

 

Denifor V在提标改造中的应用

当污水中总磷不高（<2mg/L)时，Denifor V 深度脱氮V型滤池可单独用于污水同步脱氮除磷、除SS；

当总磷较高（>2mg/L）时，和Densadeg高密池（图2）或Greendaf高速气浮（图3）联用，进行除磷除氮。

 

 

图2 高效除磷工艺——Densadeg高密池

 

 
图3 高效除磷工艺Greendaf高速气浮

 

Denifor V运行结果

 

￭硝酸盐负荷高、系统运行稳定，出水水质好（见图4）；

￭出水浊度<2NTU、出水SS<5mg/L；

￭碳源充足时出水TN可稳定在3mg/L以下（见图5）；

￭当前运行最大负荷：>3.5 kg N/m³滤料/d。

 

 

 
 

图4  Denifor V运行结果（NO₃-N去除）

 

 

来源：蓝之绿环保

浅议污水处理厂提标改造技术

2016-06-29 

所谓提标，无论是从二级到一级A（结合省标）还是从一级B到一级A，原则都是缺啥补啥，对于具体的厂来说，首先要对水质情况进行详细分析，也就是COD从多少到40，BOD从多少到20，NH3-N从多少到5，TP从多少到0.5，SS从多少到到10。要达到一级A意味着碳源要足够，这是生物脱氮和生物除磷都必不可少的，至于SS，三级过滤是必要的，常规的二级处理难以保证出水SS在10mg/L。其次要看现有实际处理工艺以及占地面积，不能一概而论地说什么能用什么不能不用。但不排除有些污水处理厂因进水水质较低，通过运行优化完全能够达到一级A标准。

就笔者认为，目前华南地区的污水处理厂受气候条件、地理位置和地质条件、管网建设维护及生活习惯等因素影响，实际进水多受河水及地下水稀释，进水浓度普遍较低，且碳源不足，所以大部分污水厂的出水有机污染物指标COD和BOD要在一级A难度不大，而后三大指标就各厂各有各特点了，有些厂的难点是氨氮难以达标，有些厂是总磷难以达标，SS较多在15~30之间。

在明确水质情况、现有工艺及用地条件时，提标技术则根据具体情况灵活选取。N方向的加强反硝化，P方向的加强释磷放磷效果，再以化学除磷辅助。

1、MBBR技术—流化床生物膜工艺，除氨氮效果不错；

 

陕西西安市第四污水处理厂于2013年完成升级改造，出水水质标准由一级B提升为一级A。本次改造最大限度地发挥现有构筑物的处理能力，尽可能降低对污水厂正常生产运行的影响；最大亮点是成功应用厌氧、缺氧MBBR技术，无需增加占地；最大限度利用生物除磷，减少化学除磷；最终达到降低工程投资、节约运行成本的目的。

西安市第四污水处理厂改造示意图

西安市第四污水处理厂生化池改造图 

笔者认为，该技术主要难点在于填料投加比、填料设计和选用、曝气方式、搅拌方式以及运行参数控制等方面。

2、多点进水工艺（此法在国内的叫法不尽相同，有的叫分段进水，有的叫多级AO，国外一般都统称Stepfeed，如果是有脱氮的功能则往往叫StepfeedBNR）

分点进水强化脱氮工艺流程(美国RockCreekWWTP,2001;LanderStreetWWTP,1997)

 

分点进水强化脱氮除磷工艺流程(LethbridgeWWTP,1998)

3、反硝化滤池工艺

 

上流式反硝化滤池构造图

 

下流式反硝化滤池构造图

（1）当污水或二级生物处理出水中有大量的可利用碳源，且出水水质对总氮去除要求较高时，宜采用前置反硝化工艺。

 

前置式反硝化滤池工艺流程图

（2）当进水中总氮，尤其是硝酸盐氮较高，而缺乏或几乎没有可利用有机碳源，且出水对总氮要求较为严格时，多可采用后置反硝化工艺，同时外加碳源。采用后置反硝化工艺需严格控制碳源投加量，通常为防止碳源投加过量等问题，在反硝化滤池后设置快速曝气区，去除溢出的有机物。

 

后置式反硝化滤池工艺流程图

但目前有部分项目反映，反硝化滤池用在污水深度处理中，存在水头损失大、填料容易随水流失、挂膜慢、且生物膜容易在反洗时被冲刷掉等问题，所以填料选用、布水布气以及运行控制是难点。

4、MBR工艺，由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度极低，细菌和病毒被大幅去除，出水可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。

MBR目前也存在一些不足，主要表现在以下几个方面：

（1）膜造价高，使其基建投资远高于传统污水处理工艺；

（2）膜污染容易出现，且膜容易断丝、堵塞给操作管理带来不便；

（3）能耗高，运行成本高：首先MBR泥水分离过程必须保持一定的膜驱动压力，其次是MBR池中MLSS浓度非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，还有为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，冲刷膜表面，造成MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高；

（4）目前国内的MBR膜寿命有限，一般难以超过5年，超过寿命的膜反应器又面临一大笔费用。

MBR工艺流程图 

5、三级过滤，可供选择的有砂滤、活性砂过滤、转盘过滤、纤维过滤、膜转鼓过滤等多种方式。

（1）砂滤，利用石英砂作为过滤介质（也可选用活性碳、无烟煤、锰砂等其他滤料）去除水中各中悬浮物、微生物、以及其他微细颗粒，最终达到降低水浊度、净化水质效果的一种高效过滤方式，常用于经澄清（沉淀）处理后的给水处理或污水经二级处理后的深度处理。根据原水和出水水质要求可具有不同的滤层厚度和过滤速度。这里引用常见的V型滤池示意图。

 

（2）活性砂过滤系统是一种集混凝、澄清、过滤为一体的高效过滤处理工艺，由多个活性砂过滤器单元组成。它不需停机反冲洗；采用单级滤料，无需级配，没有水力分布不均和初滤液等问题；不需要反冲洗水泵及其停机切换用电动、气动阀门；无需单设混凝、澄清池，无需混凝、澄清用机械设备。与常规砂过滤工艺相比，可节省30%－40%的化学药剂；可节省70%的设备空间，因此，活性砂过滤系统占地面积更紧凑，运行费用更经济。

 

     活性砂过滤

（3）转盘过滤器由中心转鼓、转盘、反洗系统和配套控制电气系统等组成。转盘固定在中心转鼓周围，并与中心转鼓具有连通孔。原水（污水）由中心转鼓的一端开口流入转鼓内，并通过连通孔进入各转盘，转盘两侧装有过滤布，过滤布为不锈钢丝或聚酯丝编织而成，过滤孔径最小可达10μm。原水通过过滤布过滤后，清水流出过滤布，从过滤水出口排出系统外。随着过滤的进行，过滤布内侧的截留杂质不断增加，过滤压差随之增加，透过滤布的水量减小。当杂质堆积到一定程度，中心转鼓液位达到设定值，需要进行反洗，将过滤布内侧堆积的杂质反洗出。反洗水泵抽取透过过滤布的清水，喷洒到过滤布外侧，将过滤布内侧的截留杂质冲洗下来，冲洗后污水掉落在接液盘内，然后排出装置外。反洗时转盘旋转，反洗水喷洒不同角度的过滤布，直至转盘旋转一周，过滤布全部经过清洗，反洗停止，重新进入静止过滤过程，直至再次进行反洗。

转盘过滤 

（4）纤维过滤，采用束状软填料-纤维作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，并具有比表面积大，过滤阻力小等优点，微小的滤料直径，极大的增加了滤料的比表面积和表面自由能，增加了水中杂质颗粒与滤料的接触机会及滤料的吸附能力，从而提高了过滤效率和截污能力。设备由固定多孔板、活动多孔板、纤维束滤料、布气装置等组成。活动多孔板可上下移动，过滤时，在水力作用下，滤料顺水流方向空隙由大逐渐变小，纤维密度变大，形成理想的过滤层面，其过滤过程既有纵向深层过滤，又有横向深层过滤，有效地提高了过滤精度和过滤速度；清洗时，使纤维束达到疏松状态，同时，采用气水合洗的方法，在气泡聚散和水力冲洗过程中，纤维束处于不断抖动状态，在水力和上升气泡的作用下，反冲洗滤料而使其再生。

纤维过滤 

（5）不锈钢膜转鼓过滤是一种精密过滤系统，通过极细的316L不锈钢丝编织而成的网对原水进行过滤，网孔在10~200ηm，经过过滤后的出水悬浮物可在10mg/L以下，主要应用于市政污水提标改造、中水回用等深度处理领域。

该系统目前在国内已有应用，但实际使用效果还有待考证，笔者认为，该系统主要疑问点为纯物理过滤，只对10ηm以上的悬浮物有明显的效果，对其他指标无去除能力，反洗水量也较大，其设备损耗件（不锈钢膜和轴承等）价格较贵，若更换频率大，使用成本较大。

不锈钢膜转鼓过滤

这里笔者仅对现行主要提标技术（设备）进行一个基本的介绍，后续将尽可能对各个环节和要点进行介绍，敬请关注。来源：GB排水工技

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