來(lái)源:JIEI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
隨著環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，水污染治理要求越趨嚴(yán)格。2015年，國(guó)家出臺(tái)“水十條”，隨后各省市相繼出臺(tái)地方“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”。部分省市先后制定并實(shí)施了污水處理廠污染物排放地方標(biāo)準(zhǔn)，均較現(xiàn)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）更為嚴(yán)格。如北京、天津、安徽、四川等重點(diǎn)城市與流域執(zhí)行準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)；部分環(huán)境容量小的流域，要求執(zhí)行準(zhǔn)III類標(biāo)準(zhǔn)；也有尾水排入封閉水體的地區(qū)，如昆明試行的“雙5”排放標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，污水處理行業(yè)已迅速響應(yīng)，污水處理廠提標(biāo)改造紛紛被提上日程。
但不同于新建項(xiàng)目，提標(biāo)改造項(xiàng)目需考慮的影響因素更多。除分析規(guī)模、水質(zhì)趨勢(shì)外，還需考慮現(xiàn)狀可達(dá)性、工藝選擇、與現(xiàn)有工藝銜接、現(xiàn)狀構(gòu)（建）筑物改造及利用、用地、不停產(chǎn)/少減產(chǎn)改造措施、外電擴(kuò)容等諸多限制因素。此外，提標(biāo)改造對(duì)項(xiàng)目整體的投資造價(jià)、運(yùn)行成本有較大影響，進(jìn)而影響污水處理服務(wù)費(fèi)的定價(jià)及收取。因此，其實(shí)施難度往往較新建項(xiàng)目更大。
因工業(yè)污水處理、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理技術(shù)與特點(diǎn)差異性較大，本文僅對(duì)市政生活污水處理廠提標(biāo)改造中比較常見(jiàn)的技術(shù)進(jìn)行分析，著重闡述生活污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)行現(xiàn)狀及需求思考。
常規(guī)提標(biāo)改造技術(shù)思路
目前，在各處理單元進(jìn)行提標(biāo)改造的常規(guī)思路如下：
預(yù)處理單元
隨著廠外雨污分流的實(shí)施，污水廠進(jìn)水水質(zhì)濃度提高，對(duì)于油污、砂渣等的去除要求進(jìn)一步提升。可對(duì)旋流沉砂改曝氣沉砂，以提高預(yù)處理效果；對(duì)于飲食習(xí)慣含油量比較大的地區(qū)及后端有膜處理系統(tǒng)的地區(qū)，建議前處理增加氣浮設(shè)施，降低后端膜系統(tǒng)的污染概率，提高膜系統(tǒng)的清洗周期和使用壽命。增加初沉池、固液秒分離設(shè)備（SSgo）等一體化預(yù)處理設(shè)備，降低原有系統(tǒng)負(fù)荷，提高預(yù)處理效率。
生化處理單元
在高標(biāo)準(zhǔn)下，碳氮指標(biāo)較GB 18918一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)大幅度提高。生化系統(tǒng)改造常用技術(shù)手段有MBR，該技術(shù)可成倍提高系統(tǒng)污泥濃度及微生物含量，在廠站內(nèi)不新增用地的情況下，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)與水量提升；可采用MBBR與現(xiàn)有活性污泥法結(jié)合工藝，提高容積負(fù)荷，對(duì)生化系統(tǒng)重新分區(qū)，以實(shí)現(xiàn)碳氮指標(biāo)的提升；也可對(duì)生化系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)，增設(shè)多點(diǎn)進(jìn)水、多段A/O、提升回流比，以提高碳源利用，提升TN去除效率。
深度處理單元
針對(duì)準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)下TP、SS提升，其措施主要為強(qiáng)化沉淀過(guò)濾工藝，如高效沉淀（加砂、加磁）、砂濾等；針對(duì)更高出水要求（如準(zhǔn)III類），建議采取氣浮、吸附、過(guò)（超）濾等工藝，通過(guò)混凝反應(yīng)，固液分離實(shí)現(xiàn)TP與SS的提升，與此同時(shí)，隨著吸附性污染物的去除，COD和NH3-N的去除率可同時(shí)提升20%~30%；針對(duì)難降解有機(jī)物，采取高級(jí)氧化、活性炭吸附等技術(shù)。
針對(duì)TN指標(biāo)提升要求，應(yīng)充分分析進(jìn)水情況，盡可能利用碳源，在生化池采用生物脫氮技術(shù)進(jìn)行除氮；確因碳氮比嚴(yán)重失調(diào)難以達(dá)標(biāo)，可增加反硝化濾池，但需關(guān)注反硝化濾池投加碳源后出現(xiàn)穿碳，進(jìn)而導(dǎo)致COD上升的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，還需關(guān)注濾池生物膜脫落導(dǎo)致出水SS超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議在反硝化濾池后增加保障工藝措施。
不同技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)介與運(yùn)行現(xiàn)狀
MBR系統(tǒng)
目前還處于準(zhǔn)IV類及以上高標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)初期，大多技術(shù)處于嘗試期，也少有實(shí)際工程案例，MBR系統(tǒng)依靠其高污泥負(fù)荷與過(guò)濾攔截能力，在提標(biāo)改造中充當(dāng)前鋒。其在提標(biāo)改造項(xiàng)目中應(yīng)用的特點(diǎn)如下：
（1）水質(zhì)可達(dá)：系統(tǒng)污泥負(fù)荷高，抗水質(zhì)沖擊能力較高，適當(dāng)投加碳源，可有效保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
（2）系統(tǒng)穩(wěn)定性不足：技改項(xiàng)目中往往是將原生化系統(tǒng)進(jìn)行改造，分隔設(shè)立膜區(qū)，或?qū)⒍脸馗臑槟こ?；增設(shè)或修改回流設(shè)施、設(shè)備。而技改項(xiàng)目非新建項(xiàng)目，建設(shè)條件往往受各種限制，導(dǎo)致膜系統(tǒng)與生化系統(tǒng)流態(tài)差等，引起生化系統(tǒng)浮泥、膜易污堵等情況。
（3）運(yùn)行成本高：膜系統(tǒng)本來(lái)屬于高能耗工藝，技改項(xiàng)目中前處理未能達(dá)到理想效果，膜易污堵，增加了清洗成本。
（4）抗沖擊負(fù)荷小，系統(tǒng)擴(kuò)展性?。菏苣ね颗c產(chǎn)水泵規(guī)格制約，膜系統(tǒng)難以提高產(chǎn)水量。在冬季低溫期，大部分膜系統(tǒng)的處理通量將大幅下降，導(dǎo)致處理能力受限。同時(shí)，在進(jìn)水濃度較低、來(lái)水量充足時(shí)，難以提高效益。
多級(jí)多段A/O生化系統(tǒng)
該工藝是在傳統(tǒng)A2/O、氧化溝、SBR工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行分區(qū)分段改造，能夠提高系統(tǒng)脫氮效率。
（1）采用多級(jí)多段A/O，在不外加碳源條件下，脫氮效率可較傳統(tǒng)工藝提高5%~10%；可靈活投加碳源，節(jié)約藥劑量。
（2）多級(jí)多段A/O存在的運(yùn)行難點(diǎn)在于水量分配較難控制，調(diào)整到某種穩(wěn)定工況后就不便再調(diào)整，抗水量沖擊負(fù)荷能力較低。
MBBR系統(tǒng)
采用MBBR系統(tǒng)提標(biāo)技改，是在既有生化系統(tǒng)中挖潛，通過(guò)使用填料作為微生物生長(zhǎng)附著的載體，實(shí)現(xiàn)生物膜與活性污泥法結(jié)合，增加系統(tǒng)微生物量，提高容積負(fù)荷，以提高碳氮處理效率。
（1）運(yùn)行中抗沖擊負(fù)荷較強(qiáng)。
（2）在不同水質(zhì)、水溫、碳源條件下，掛膜性能差異較大；也存在填料流化狀態(tài)差，引起系統(tǒng)堵塞、填料流失等困擾。
加砂/加磁高效沉淀池、氣浮等除磷系統(tǒng)
（1）加砂與加磁高效沉淀池作為傳統(tǒng)高效沉淀池的衍生，具有高負(fù)荷、高除磷效率的優(yōu)勢(shì)。處理生活污水，通?？蓪⒊鏊甌P控制在0.3mg/L以內(nèi)。而氣浮泥水分離效果更佳，可將TP控制在0.2mg/L。如昆明采取氣浮試點(diǎn)，TP達(dá)到0.05mg/L。
（2）加砂與加磁可節(jié)省占地，適用于提標(biāo)改造項(xiàng)目。
（3）加砂與加磁對(duì)水泵閥門等設(shè)備、管道磨損較為嚴(yán)重，管道更易堵塞。若土建與設(shè)備安裝質(zhì)量不到位，可能引起水流不均、跑砂、跑磁等問(wèn)題。
反硝化（深床）濾池
（1）用于深度脫氮，可解決二級(jí)處理出水硝酸鹽引起的TN過(guò)高難題，保障出水TN達(dá)標(biāo)，在投加碳源條件下可以做到5mg/L以下。
（2）運(yùn)營(yíng)難點(diǎn)在于初期運(yùn)營(yíng)掛膜難；進(jìn)水SS、浮渣較多時(shí)引起濾池頻繁沖洗，降低掛膜性能；水量波動(dòng)影響對(duì)碳源的精準(zhǔn)控制，容易引起穿碳或過(guò)量投加問(wèn)題。
工程案例分析
以成都市某執(zhí)行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB 51/2311-2016（準(zhǔn)Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)）污水處理廠為例，進(jìn)行全面分析。
（一）項(xiàng)目概況
該廠總設(shè)計(jì)規(guī)模4.0萬(wàn)m3/d，分兩期建設(shè)實(shí)施。原污水廠采用A2/O+高效沉淀池工藝，執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)生活污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
2016年12月，四川省出臺(tái)《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 51/2311-2016）,按此標(biāo)準(zhǔn)，該廠進(jìn)行升級(jí)改造，采用MBR工藝，對(duì)生化池進(jìn)行分隔設(shè)置膜區(qū)，該項(xiàng)目于2019年3月全面調(diào)試完成。
工藝流程
污水處理主要生化工藝：A2/O+MBR（圖1）
提標(biāo)改造生化系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)
運(yùn)行現(xiàn)狀
提標(biāo)改造生化系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)該污水處理廠于2019年3月整體完成提標(biāo)改造工程，并調(diào)試穩(wěn)定達(dá)到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 51/2311-2016）中城鎮(zhèn)生活污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)。
水質(zhì)水量分析
以2019年3月7日-2019年4月7日實(shí)測(cè)進(jìn)出水水質(zhì)及處理水量為基礎(chǔ)，進(jìn)行水質(zhì)水量分析如表3：
從上表可看出，進(jìn)水B/C、B/N比分別為：0.38、3.07，污水可生化性、碳氮比尚可，平均處理水量已基本達(dá)到設(shè)計(jì)處理水量，進(jìn)水中SS、TP超出設(shè)計(jì)水質(zhì)，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到高排放標(biāo)準(zhǔn)。
主要工藝控制參數(shù)
從上表可看出，除DO及ORP外，其他工藝控制參數(shù)較一級(jí)A標(biāo)均有較大幅度變化，具體體現(xiàn)在MLSS、污泥回流比控制在較高范圍，SRT縮短。
水質(zhì)達(dá)標(biāo)問(wèn)題及運(yùn)行措施
該污水處理廠按高標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間尚短，水質(zhì)達(dá)標(biāo)難點(diǎn)及運(yùn)行措施如下。
TP達(dá)標(biāo)措施：MBR系統(tǒng)污泥齡長(zhǎng)，偶有進(jìn)水TP較高，僅依靠生化除磷無(wú)法保證出水TP達(dá)標(biāo)，需額外投加大量除磷藥劑，增加運(yùn)行成本；
TN達(dá)標(biāo)措施：MBR高溶解氧、大回流系統(tǒng)，對(duì)于利用進(jìn)水碳源，脫氮不充分。需額外投加碳源才可保證出水TN穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；
預(yù)處理對(duì)系統(tǒng)的影響：進(jìn)水SS與油污含量偏高，加大預(yù)處理及生化處理難度，生化區(qū)與膜區(qū)產(chǎn)生較多浮泥。
一期利用原有二沉池改為膜池，二期將原生化池分隔改為膜池，增加隔墻與回流，破壞了原有生化系統(tǒng)流態(tài)，加之膜池進(jìn)出水、回流等點(diǎn)位未精細(xì)設(shè)計(jì)，膜區(qū)水力流態(tài)較差，系統(tǒng)浮泥較多。后期擬對(duì)預(yù)處理進(jìn)行強(qiáng)化，校核生化池流態(tài)、調(diào)整厭缺氧區(qū)攪拌器安裝位置與角度，增加機(jī)械排浮渣等方式進(jìn)行運(yùn)營(yíng)優(yōu)化。
MBR系統(tǒng)控制：機(jī)械控制產(chǎn)水、反洗、加藥，工藝運(yùn)行控制精度與運(yùn)行管理要求高。
思考及建議
我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)的環(huán)境、氣候和生活習(xí)慣等差異很大，污水的水質(zhì)、水量以及受納水體的環(huán)境容量都不相同，應(yīng)因地制宜地確定污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于湖泊、海灣等脆弱水體，應(yīng)當(dāng)制定更加嚴(yán)格的氮、磷等排放的地方標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)無(wú)富營(yíng)養(yǎng)化的水體應(yīng)當(dāng)制定適當(dāng)寬松的氮、磷排放標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)，國(guó)內(nèi)高排放標(biāo)準(zhǔn)的各污水處理廠運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)間相對(duì)較短，無(wú)更多實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供參考。從提標(biāo)改造項(xiàng)目管理與技術(shù)角度，可從以下幾方面進(jìn)行考慮。
因地制宜是前提
工藝路線選擇與建設(shè)方案應(yīng)充分考慮不停產(chǎn)/少減產(chǎn)、廠區(qū)用地等因素，選擇最適合的提標(biāo)改造工藝路線。參考江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB 32/1072提標(biāo)技術(shù)指引，按照“先源頭控制，后強(qiáng)化處理；先運(yùn)行優(yōu)化，后工程改造；先生物強(qiáng)化，后物化輔助”的原則，可經(jīng)濟(jì)高效提高排放標(biāo)準(zhǔn)。
便于運(yùn)行是基礎(chǔ)
任何工藝的運(yùn)行維護(hù)管理均離不開(kāi)人，高自動(dòng)化程度、減少人工強(qiáng)度是工藝路線選擇的基礎(chǔ)條件。嵌入技術(shù)試點(diǎn)，提升運(yùn)營(yíng)水平，降本增效。如按照智慧水務(wù)需求，配置基礎(chǔ)儀表與信息采集，升級(jí)軟件系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)智慧化轉(zhuǎn)型；有條件廠站可進(jìn)行新技術(shù)試點(diǎn)，為行業(yè)提供一些性價(jià)比高的技術(shù)思路。
在提標(biāo)改造方案中應(yīng)充分對(duì)既有處理系統(tǒng)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，利用少許工程措施，優(yōu)化提升運(yùn)營(yíng)管理水平。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行需求“彈性設(shè)計(jì)”，如多模式可切換的多段A/O工藝，水泵、風(fēng)機(jī)大小搭配變頻控制，以應(yīng)對(duì)不同水質(zhì)水量沖擊；根據(jù)檢修要求，放空、超越等靈活設(shè)計(jì)；本著生態(tài)友好、對(duì)周邊環(huán)境融合，在技改后廠區(qū)恢復(fù)，提升綠化與可視化。
二級(jí)處理是關(guān)鍵
提標(biāo)改造核心要放在生化處理段，對(duì)現(xiàn)有生化系統(tǒng)進(jìn)行挖潛，高效利用碳源，將主要污染物指標(biāo)COD、BOD5、NH3-N、TN控制在高標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)改造，優(yōu)先對(duì)既有設(shè)施進(jìn)行挖潛，優(yōu)化生化系統(tǒng)運(yùn)行，采取多級(jí)多段A/O，以在生化處理單元實(shí)現(xiàn)碳氮降解。
三級(jí)處理是保障
深度處理工藝采取氣浮、高效沉淀池對(duì)出水TP、SS進(jìn)行保障，反硝化濾池對(duì)出水TN進(jìn)行保障。深度除磷采用氣浮技術(shù)，氣浮相對(duì)穩(wěn)定，也可嚴(yán)控TP排放。輔助投加活性炭，以保障COD達(dá)標(biāo)排放。反硝化濾池前置于除磷單元，既保障濾池穿碳不影響出水水質(zhì)，而且磷酸鹽也利于反硝化濾池掛膜。
投資、成本是核心
工藝的投資造價(jià)、運(yùn)行成本將影響項(xiàng)目最終的污水處理服務(wù)費(fèi)定價(jià)、政府財(cái)政承受能力。投資節(jié)省、運(yùn)行成本低是工藝路線選擇需考慮的核心。
最后，著重再?gòu)某杀究刂粕暇臀鬯幚韽S提標(biāo)改造后的運(yùn)行管理提出幾點(diǎn)建議。
（1）組織績(jī)效管理：以獎(jiǎng)代罰，充分挖掘運(yùn)營(yíng)潛能，將生產(chǎn)運(yùn)行成本的控制節(jié)約與運(yùn)營(yíng)人員的績(jī)效掛鉤，充分調(diào)動(dòng)運(yùn)營(yíng)人員工作積極性。
（2）減員增效：通過(guò)提高人員辦事效率，精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)及人員，對(duì)人工薪酬進(jìn)行二次分配，提高部分運(yùn)營(yíng)人員薪酬。
（3）節(jié)能降耗：提升泵、風(fēng)機(jī)的能耗占整個(gè)污水處理廠能耗的70%以上，通過(guò)合理的工藝控制使得提升泵、風(fēng)機(jī)控制在高效率，可有效降低污水處理廠的能耗。
（4）上游管網(wǎng)普查、修復(fù)
目前國(guó)內(nèi)大部分污水處理廠上游污水管網(wǎng)均存在雨污混流、管網(wǎng)滲漏等情況，導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水量不足、進(jìn)水水質(zhì)濃度偏低等問(wèn)題。建議對(duì)上游污水管網(wǎng)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，提高污水處理廠處理效率。
