根據(jù)污水處理的目標和程度，城市污水處理工廠的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。

(1)一級污水廠，主要去除懸浮物和較大顆粒，一般采用沉砂池和初沉池。這類污水處理廠主要建于20世紀初，污水中BOD5和SS的去除率分別為30%和50%左右。目前，一級污水廠僅在特殊情況下使用，或作為更高級污水廠分期建設(shè)的第一階段。

(2)以生物處理為主體的二級污水廠，即一般在預處理的基礎(chǔ)上增加曝氣反應池和二級沉淀池。這類污水處理廠在20世紀50年代后發(fā)展迅速，能去除水中可生物降解的有機物、懸浮物和部分營養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷)，特別是污水中COD和BOD5的去除率分別可達80%和90%。二級生物處理主要包括活性污泥法(AO法、AAO法、氧化溝OD法、SBR法等。)和生物膜法(生物濾池等。).目前兩者都覆蓋了國內(nèi)90%以上的城市污水處理設(shè)施主體流程。

(3)“混凝沉淀過濾”深度處理工藝是三級污水處理廠的代表。這種污水處理廠于20世紀60年代末開始建設(shè)，90年代逐漸受到重視。主要用于進一步去除廢水中剩余的懸浮物、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及其他微量有機物。三級污水處理廠的出水大大降低了污染負荷，對控制水體富營養(yǎng)化和改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

City 污水處理工廠的工藝流程如圖1所示。

近年來，由于城市水環(huán)境綜合治理的需求日益增加，作為城市水環(huán)境保護末端屏障的污水處理植物的作用日益凸顯。相應地，污水廠的水質(zhì)排放標準要求也不斷提高，城市污水處理廠的升級改造也越來越受到重視。污水處理工廠升級是指在現(xiàn)有處理規(guī)?；静蛔兊那闆r下，通過工藝的改進或增加深度處理設(shè)施，使污水廠的出水水質(zhì)達到更高的污水排放標準。結(jié)合實際工程，探討了污水處理廠出水升級至一級A標準的技術(shù)手段，并對深度處理工藝中主要構(gòu)筑物的選擇和特點進行了對比分析，為污水處理廠升級工藝的選擇和設(shè)計提供參考。

I .廢水處理廠的水質(zhì)標準

目前，我國現(xiàn)行的《城市污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)將基本控制項目的常規(guī)污染物標準值分為三個標準，其中第一個標準分為A標準和B標準。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底，中國共建設(shè)了3552污水處理座工廠，出水水質(zhì)達到一級A標準的比例約為27%。根據(jù)《城市污水處理廠污染物排放標準》( GB18918—2002)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》( GB3838—2002)的相關(guān)規(guī)定，如果污水廠的出水水質(zhì)要從B級標準提升到A級標準，則應進一步降低水中SS、BOD5、COD等物質(zhì)的濃度，重點是脫氮除磷。另一方面，污水廠一級A標準出水與地面V類水質(zhì)還有一定差距。為了滿足水體富營養(yǎng)化控制的要求，污水處理廠需要采用深度處理技術(shù)來減少總氮和總磷的排放。此外，隨著國家“水十條”的發(fā)布，切實加強了水污染防治，部分地區(qū)制定了更加嚴格的地方標準，進一步接近或達到了氮、磷等污染物的地表水體水質(zhì)。但結(jié)合我國實際發(fā)展情況，大部分地區(qū)應以一級A標準為主要目標，因地制宜實施污水處理廠。

二、污水處理廠一級a升級改造工藝

2.1污水處理廠現(xiàn)狀及問題分析

我國污水廠一級A排放標準升級的主要難點包括以下幾點。

(1)已建生物反應池的脫氮除磷效率不高，因為:

①進水C/N比低導致反硝化過程中碳源不足，除磷效果差；

②低溫的限制，尤其是冬季12℃以下的水溫，嚴重影響反硝化速率；

③水力停留時間不足，微生物降解不充分，不利于脫氮除磷。

(2)二級生物處理本身難以保證出水SS、TP、TN同時達到一級A標準。

針對以上問題，需要在實際工程中加強二級生物處理工藝或增加深度處理工藝進行升級達標，以保證污水處理廠出水水質(zhì)達到一級A標準。

此外，由于不同地區(qū)污水廠運行狀況不同，在升級改造的工藝設(shè)計中應分析污水廠實際進出水水質(zhì)，結(jié)合一級A標準出水水質(zhì)要求，確定污水廠升級改造中主要污染物的去除重點和優(yōu)先控制順序。通常污水處理廠水質(zhì)升級時，已建生物反應池的脫氮除磷能力可能不足，尤其是對TN，需要對生物反應池進行改造，強化生物脫氮，增加后置脫氮工藝，補充碳源。關(guān)于TP，目前常用的有生物除磷和化學輔助除磷，化學除磷所用的藥劑主要有鐵鹽和鋁鹽。兩者相比，鐵鹽形成的明礬致密，沉降性能更好，但鐵鹽過量加入容易導致出水顏色增加，影響紫外線投射率。而且氯化鐵腐蝕性強，對設(shè)備耐腐蝕性要求高。因此，在工程設(shè)計中應綜合選擇和確定。

2.2流程選擇

(1)污水生物脫氮除磷原理

在傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝中，污水中氮的去除是通過有機物氧化、氨化、硝化和反硝化實現(xiàn)的，這些過程被認為是相對獨立的。污水中中等磷的去除是利用聚磷菌在厭氧條件下釋放磷，在好氧條件下過量吸收磷，然后去除富磷污泥來實現(xiàn)的。在工程應用中，同一反應池中的生物脫氮除磷過程容易受到各種因素的影響(包括溫度、pH、碳源、溶解氧、污泥齡、混合液或污泥的回流比等。)且兩者相互制約，實際上很難同時獲得生物脫氮和生物除磷的高效率。因此，有必要對現(xiàn)有二級生物處理工藝的脫氮除磷效率進行分析，深入挖掘傳統(tǒng)工藝的脫氮除磷能力，在污水處理廠升級改造時縮短后續(xù)工藝的長度。不同工藝的生物脫氮除磷特性見表1。

(2)升級工藝的選擇

二級污水處理廠出水的TN主要是氨氮和硝酸鹽氮；TP主要是溶解的正磷酸鹽，這是進一步水質(zhì)標準的主要去除對象。根據(jù)水質(zhì)升級對脫氮除磷的要求，工藝設(shè)計方案可分為三種:只脫氮除磷、同時脫氮除磷。在工程上，如果要進行生物脫氮除磷，一般要求進水BOD5/TKN >:或4 BOD5/TP >: 17，以保證足夠的碳源；對于同步脫氮除磷，所需的C/N和C/P較高，因為生物脫氮和生物除磷之間存在碳源競爭，碳源不足可能是限制生物脫氮除磷效率提高的關(guān)鍵因素。隨著厭氧氨氧化、短程硝化反硝化、反硝化除磷等新型生物脫氮除磷工藝的應用，可大幅降低污水處理過程的碳源和能耗。

但上述工藝在國內(nèi)實際工程中應用較少。因此，現(xiàn)階段我國污水處理廠升級改造的工藝設(shè)計總原則仍是以生物脫氮為主，強化生物除磷，輔助化學除磷，同時宜考慮碳源補充措施。

2.3流程設(shè)計

2.3.1現(xiàn)有處理裝置的改造

(1)初沉池改造

污水廠的初沉池主要用于降低懸浮物的含量(TSS去除率為50%~70%，圖2)，保證后續(xù)生物處理系統(tǒng)的正常運行。另一方面，初沉池也去除了一定比例的碳源(BOD去除率為25%~40%，圖2)，使得污水廠生物反應池進水碳源不足的問題更加突出，影響了生物脫氮除磷的效率。目前，針對污水處理廠現(xiàn)有的初沉池，如果需要根據(jù)具體工程條件進行改造，一是將初沉池改為厭氧區(qū)或(預)缺氧區(qū)，增加生物反應池的水力停留時間；其次，初沉池污泥發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，充分利用內(nèi)部碳源，提高系統(tǒng)的脫氮除磷效果。楊敏的研究表明，在進水BOD5/TN較低時(BOD5/TN1.2)，應設(shè)置初沉發(fā)酵罐，可有效提高生物系統(tǒng)的污泥活性，減少外加碳源的投加量。

(2)生物反應池改造

在廢水升級改造的工藝設(shè)計中，應根據(jù)設(shè)計的進出水水質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)狀水質(zhì)分析，對已建生物反應池的容量進行復核。通過技術(shù)改造，充分發(fā)揮二級生物處理功能，提高生物脫氮除磷效率。目前，對已建生物反應池改造常用的方法有:①調(diào)整功能區(qū)。如果已建生物反應池容積基本滿足要求，可通過增加土建隔墻或結(jié)合初沉池改造對原池內(nèi)的分區(qū)進行調(diào)整，或改為倒置AAO工藝、五級Bardenpho工藝、UCT工藝等。②MBBR工藝改造，即一般在優(yōu)先考慮厭氧區(qū)和缺氧區(qū)容積的情況下，在好氧區(qū)投加懸浮填料，富集微生物，實現(xiàn)活性污泥法和生物膜法的結(jié)合，保證二級生物處理效果。這種方法更適用于用地有限、不增加反應池容積的老廠改造；(3)擴減改造，通過降低現(xiàn)有生物反應池的處理規(guī)模，降低負荷，延長水力停留時間，同時新建生物反應池，滿足污水處理水量要求。

2.3.2增加深度處理工藝。

目前，在污水廠二級生物處理后增加深度處理工藝是保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達到一級A標準的重要步驟。根據(jù)工程設(shè)計進出水水質(zhì)分析和主要污染物控制目標，深度處理工藝設(shè)計一般可分為四類，如圖3所示。在工程設(shè)計中，若二級處理出水水質(zhì)指標接近或能達到一級A標準，且達標率高，且污水廠進水水質(zhì)趨于穩(wěn)定，可采用直接過濾(混凝-過濾)或接觸過濾(混凝-過濾)工藝；如果二級處理出水的NH3-N和TN較低，TP和SS指標較高，可采用混凝-絮凝-沉淀-過濾工藝。消毒后，出水可達到一級A標準。其次，如果二級處理的出水水質(zhì)遠未達到一級A標準，NH3-N、TN也較高，可采用曝氣生物濾池強化脫氮，再增加混凝-絮凝-沉淀-過濾-消毒工藝，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達標。后期如果二級處理的出水還需要脫氮除磷，污水處理廠用地很緊張，出水標準也高(或者高于一級A標準)，可以采用MBR工藝，出水消毒后排放。

污水處理廠的升級改造方法還包括氣浮、臭氧氧化、活性炭吸附等。由于各污水處理廠的實際情況不同，出水標準要求也不同，因此最終的設(shè)計方案需要經(jīng)過綜合比選后確定(表2)。但在工藝設(shè)計中，應優(yōu)先加強二級生物處理的脫氮除磷效率，減少后續(xù)工藝流程的長度，否則可能會增加工程投資和運行費用，也不符合污水廠節(jié)能減排的要求。

2.3.3污泥處理工藝的改進

由于污水提質(zhì)工程的設(shè)計規(guī)模和進水水質(zhì)基本不變，新增污泥主要是化學除磷過程中產(chǎn)生的化學污泥，其產(chǎn)量與剩余污泥相比相對較少，因此可以利用污水處理廠現(xiàn)有的污泥處理設(shè)施。但近年來，國內(nèi)環(huán)保要求越來越嚴格，污泥處置方式也發(fā)生了變化。因此，在提升污水廠水質(zhì)的同時，還應注意改造老廠現(xiàn)有的污泥處理設(shè)施，并提供除臭裝置等。，以滿足城市環(huán)境衛(wèi)生和污泥最終處置的要求。郝等人的研究表明，剩余污泥的填埋和污泥的農(nóng)用方法日益受到限制，而污泥脫水干燥和直接焚燒的處置方法具有明顯的優(yōu)勢，對工程實踐具有重要的參考意義。

2.4主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計

(1)高效沉淀池

高效沉淀池是一種集混凝、絮凝、沉淀于一體的新型沉淀池。由于其占地面積小、水力負荷高、污染物去除效果好，被廣泛應用于污水處理廠升級改造的深度處理工藝中。高效沉淀池一般包括三個部分:快速混合區(qū)、絮凝區(qū)和沉淀區(qū)。通過投加化學藥劑，可以有效去除COD、SS和TP，去除率分別可達60%、80%和90%。根據(jù)《城市污水回用工程設(shè)計規(guī)范》(GB50335—2016)，高效沉淀池的主要設(shè)計參數(shù)為:攪拌時間宜為0.5~1.0min，絮凝時間宜為8~15min，沉淀池表面負荷宜為10 ~ 20 m3/(m2 & # 8226；h)，污泥回流比應為3%~6%。近年來，出現(xiàn)了用磁粉或微砂強化的高效沉淀池。通過添加磁粉或微砂，可以提高絮體密度，縮短沉降時間，減少化學藥劑用量。但在工程應用中，應注意丟失的磁粉或微砂對后續(xù)污泥處理處置的影響。

(2)過濾過程

過濾單元作為污水廠深度處理工藝的核心，是保證出水水質(zhì)達標的關(guān)鍵。目前工程過濾工藝的選擇有纖維濾布濾池、V型濾池、微濾、脫氮深床濾池和曝氣生物濾池(表3)。其中前三種一般只有過濾功能，主要是去除SS；脫氮深床濾池和曝氣生物濾池兼有過濾和生物脫氮的功能，尤其是曝氣生物濾池。通過設(shè)計不同的池型，可以對BOD5、SS、NH3-N、TN等產(chǎn)生較好的去除效果。在工藝設(shè)計上，曝氣生物濾池應置于化學除磷之前，以保證進水中磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)充足；此外，還應特別注意控制硝化過濾器進水中的氨氮濃度，以保證硝化細菌在冬季的正常生長。

三。結(jié)論

(1)未來城市污水處理廠將更加重視污水的深度處理和回用。污水處理廠的升級改造應結(jié)合不同地區(qū)現(xiàn)狀的差異，通過充分研究和因地制宜，確定合理的出水標準和技術(shù)方案，以充分發(fā)揮污水處理廠更大的工程效益。

(2)城鎮(zhèn)污水處理廠一級A排放標準的提升，應首先分析其進出水水質(zhì)現(xiàn)狀，結(jié)合水質(zhì)提升要求確定污染物去除目標，以便在后續(xù)工藝設(shè)計中優(yōu)先考慮；深度處理工藝設(shè)計需要全面的方案比選。對于TP超標，化學除磷是必要措施；若TN超標，宜優(yōu)先對現(xiàn)有生物反應池進行改造，縮短后續(xù)工藝流程長度，必要時增加后脫氮工藝，并設(shè)置額外的碳源補充措施。此外，在升級達標的過程中，還要重視老廠區(qū)污泥和臭氣的處理，以舊帶新，實現(xiàn)污水廠水、污泥、氣同步處理達標。

(3)城市污水處理廠面臨新形勢下技術(shù)升級的挑戰(zhàn)，以厭氧氨氧化和反硝化除磷為代表的新型生物處理工藝的工程化應用成為迫切需要。因此，通過技術(shù)升級，提高生物處理效率，實現(xiàn)更高標準的出水水質(zhì)，降低藥劑消耗和能耗成本，探索能源的可持續(xù)性，對污水處理廠的未來發(fā)展具有重要意義。(來源:上海市市政工程設(shè)計研究院<集團>有限公司；同濟大學環(huán)境科學與工程學院)

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