城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造：國家環(huán)境保護總局環(huán)發(fā)[2005]110 號“關(guān)于嚴格執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的通 知”中第一次提出， “為防止水域發(fā)生富營養(yǎng)化，城鎮(zhèn)生活污水處理廠出水排入國家和省確定的重 點流域及湖泊、水庫等封閉式、半封閉水域時，應(yīng)執(zhí)行《標準》中一級標準的 A 標準” 。2006 年 第 21 號公告提出再次重申了這個問題， 這實際上在法規(guī)層面上將 GB18918-2002 一級標準 A 標準 的適用范圍直接擴大到絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠，城鎮(zhèn)污水處理廠一級 A 提標改造在許多流域和 省市大量實施。

由于我國大量污水處理廠是在“九五”“十五”期間建成的，排放標準要求相對較低，在改、造為高排放標準污水處理廠的過程中，不可避免的出現(xiàn)許多比較難以抉擇的問題，現(xiàn)就其中部分 問題及可采取的技術(shù)手段進行簡單討論，供工程設(shè)計與運行人員參考。

1 常規(guī)預(yù)處理功能區(qū)的強化

對于以 COD、BOD 和 SS 去除為主要目的的城鎮(zhèn)污水處理廠，預(yù)處理構(gòu)筑物的設(shè)計和運行可 以采用粗放模式，其效果對后續(xù)生物系統(tǒng)的影響較低；但隨著標準的提高，如何進一步發(fā)揮預(yù)處 理構(gòu)筑物功能，通過預(yù)處理設(shè)施改造，提高后續(xù)生物系統(tǒng)碳源含量和池容的有效利用率，如何降 低懸浮性顆粒物質(zhì)對設(shè)備運行及出水水質(zhì)的影響，都是需要在設(shè)計和運行過程中考慮的問題。

1.1 格柵的選取與功能強化

格柵是城鎮(zhèn)污水處理廠的最基本配置之一，能有效的攔截城市排水中的各種大塊懸浮或漂浮狀污染物（垃圾），以防止大塊漂浮物或纏繞物對后續(xù)生物系統(tǒng)及出水水質(zhì)造成不利影響，或懸掛在儀器儀表上，導(dǎo)致儀表失靈，影響工藝自動控制系統(tǒng)的運行。格柵除渣的主要原理為物理攔截。隨著我國城鎮(zhèn)居民生活水平的提高和生活習(xí)慣的改變，污水中的毛發(fā)、織物細纖維、塑料與 橡膠碎片等越來越多，因此格柵在城鎮(zhèn)污水處理廠中的左右越來越顯現(xiàn)。目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠使用的格柵類型眾多，作為一種機械攔污設(shè)備，各種類型格柵均有各自不同的功效，且不同形式格柵的使用對后續(xù)生物系統(tǒng)也具有很大的影響。一般污水處理廠采用的齒耙式格柵對污水中的的毛發(fā)、織物細纖維、塑料與橡膠碎片等物質(zhì)的去除效果很差，基本不能去除這類物質(zhì)。旋轉(zhuǎn)式細格柵能夠去除這類物質(zhì)，但當(dāng)采用柵條結(jié)構(gòu)時，一些片狀或絲狀物質(zhì)會順著柵條間隙流入后續(xù)系統(tǒng)中；另外旋轉(zhuǎn)式細格柵設(shè)備結(jié)構(gòu)存在清理上的難題，很容易在柵前攔截的物質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)進入柵后，而后直接進入到后續(xù)的生物系統(tǒng)中，從而影響后續(xù)生物系統(tǒng)部分功能的發(fā)揮，尤其是纏繞儀表或堵塞泵頭等問題，這也是我國城鎮(zhèn)污水處理廠自控儀器儀表使用壽命短以及經(jīng)常失靈的原因之一。 結(jié)構(gòu)分析與實驗結(jié)果表明，編織網(wǎng)或孔板結(jié)構(gòu)在保證相同的過水通量的情況下，能更大限度 的攔截塑料片和頭發(fā)絲等影響后續(xù)生物系統(tǒng)功能的雜質(zhì)，尤其是對后續(xù)工藝中采用了 BAF、 MBBR、MBR、濾布濾池等對懸浮顆粒物質(zhì)含量要求較高的工藝，編織網(wǎng)或孔板結(jié)構(gòu)類型格柵將 具有更好的市場前景。

1.2 沉砂池功能的強化

目前規(guī)范和設(shè)計中對沉砂池的主要功效要求是去除污水中 0.1 ~ 0.2 mm 顆粒，采用較為廣泛的沉砂池主要包括旋流沉砂池和曝氣沉砂池兩種類型，當(dāng)沉砂池不能正常發(fā)揮功效時，污水中的大量砂粒進入后續(xù)系統(tǒng)，不僅會在生物系統(tǒng)中形成沉積，嚴重影響污水處理或污泥處理過程的運行效率，同時也會導(dǎo)致機械設(shè)備磨損和管道堵塞，并間接的影響到生物處理系統(tǒng)的污泥活性以及 整個系統(tǒng)的能耗。對于曝氣沉砂池功能的強化，可以考慮延長池長，優(yōu)化水力旋轉(zhuǎn)效果，并合理的確定提砂方式方法，但由于我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源嚴重不足的實際情況，在選用曝氣沉砂池時，還是應(yīng)該考慮如何合理的降低充氧量和有機物去除率的問題；旋流沉砂池的強化更重要的是應(yīng)該考慮如何進行設(shè)備整體優(yōu)化以適應(yīng)城鎮(zhèn)污水水質(zhì)水量波動特征，另一方面是如何克服現(xiàn)有許多旋流沉砂池 頂部低流速、底部高流速的不合理流場分布特征，可實施的技術(shù)路線主要包括旋流沉砂池進水渠 的水量波動自適應(yīng)調(diào)節(jié)、攪拌器高度及攪拌角度的合理設(shè)計。由于后續(xù)生物系統(tǒng)對碳源的需求， 強化對沙礫表面有機物的分離與回收也是需要著重考慮的問題。在沉砂池功能強化的同時，砂水分離器的功效也應(yīng)該引起足夠的重視。由于內(nèi)部流態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，部分砂水分離器的砂回收率很低，導(dǎo)致大量沙礫又通過進水渠返回到進水系統(tǒng)中，從而在系統(tǒng)中形成了無效循環(huán)，不僅增加了設(shè)備負擔(dān)，而且浪費了大量能源。

1.3 常規(guī)初沉池的取舍

進水無機懸浮固體含量高和碳氮比明顯偏低是我國城鎮(zhèn)污水普遍存在的特有水質(zhì)特點，與發(fā) 達國家的城鎮(zhèn)污水水質(zhì)有比較明顯的差異。我國城鎮(zhèn)污水處理廠進水 SS/BOD5 比值處于超高比值 （＞2.0）和高比值（1.4 ~ 2.0）的數(shù)量分別高達 32%和 16%。與美國城鎮(zhèn)污水的 SS/BOD5 比值為 如高進水 SS/BOD5 1.1 左右相比， 我國城鎮(zhèn)污水 SS/BOD5 比值高于1.1的污水處理廠數(shù)量高達78%，污水處理廠不設(shè)置初沉池，則大量的無機懸浮固體可能進入后續(xù)生物處理系統(tǒng)中，從而造成生物 處理系統(tǒng)的 MLVSS/MLSS 比值明顯偏低，目前許多城鎮(zhèn)污水處理廠的MLVSS/MLSS實際運行比值低于0.4，甚至低至0.3左右；而另一方面，大部分污水處理廠進水 BOD5/TN比值僅3 ~ 4，明顯低于發(fā)達國家的 5 ~ 6，導(dǎo)致的反硝化碳源不足問題相當(dāng)突出。在設(shè)置常規(guī)初沉池的情況下，由于初沉池較長的停留時間和較低的表面溢流負荷率，懸浮物中的部分膠體或顆粒狀有機物實現(xiàn)了協(xié)同沉淀，而溶解性的氮磷等去除率卻較低，導(dǎo)致碳氮比偏低的問題會更加突出，有些情況下， BOD5/TN 比值可能降低到2.5 ~ 3 的水平，明顯影響后續(xù)除磷脫氮系統(tǒng)的運行效能。

城鎮(zhèn)污水處理廠改造過程中，由于受到占地面積和可利用土地量的影響，許多工程都采用了 拆除初沉池，改造為生物系統(tǒng)的做法，其實，綜合權(quán)衡，這種改造方案并不一定是真正意義上的 提高生物處理效果，更有可能出現(xiàn)的是大量的無機物進入生物系統(tǒng)并形成積累，從而在很大程度 上降低了后續(xù)生物系統(tǒng)的池容利用率，總體效果下降。 從另一個角度，我國以前的污水處理廠排放標準中重要的考核指標是 COD，而對 TN 和 TP 的要求不高， 初沉池在很大程度上起到了降低后續(xù)生物系統(tǒng) BOD 負荷的功效； 但隨著標準的提高， TN 和 TP 的去除對碳源的需求越來越高，如何更加合理的設(shè)計初沉池，以降低對 COD 的去除， 同時提高 TN 和 TP 的去除率，應(yīng)將是后期一個重要的研究議題。

2 生物處理系統(tǒng)的合理布局與精準控制

在現(xiàn)行的技術(shù)手段下，污水處理廠的 TN 基本上是通過生物處理得以去除的，對于出水 TN 要求較高的污水處理廠， 如何通過生物系統(tǒng)功能區(qū)的合理優(yōu)化布局、 精細管理和準確控制實現(xiàn) TN 的有效去除，是污水處理廠設(shè)計和運行過程中必須考慮的問題。

2.1 內(nèi)碳源利用與商業(yè)碳源的選擇

我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源不足問題嚴重，根據(jù) 2009 年的抽樣統(tǒng)計分析，我國城鎮(zhèn)污水處理廠 BOD5/TN 平均僅為 3.49，明顯低于發(fā)達國家的 5 ~ 6 水平，其中僅有 10%的污水處理廠 BOD5/TN 比值達到 6 以上，基本可以滿足城鎮(zhèn)污水處理廠脫氮除磷的碳源需求；60%以上的污水處理廠 BOD5/TN 比值低于 4，甚至 40%以上的污水處理廠 BOD5/TN 比值不足 3，TN 達標難度較大，對 于這部分碳源嚴重不足的污水處理廠，如不能合理設(shè)計碳源利用，并對功能區(qū)進行精準控制，TN 穩(wěn)定達標的難度更大。 但是，另一方面，我國在城鎮(zhèn)污水處理廠運行過程中也存在著碳源不合理利用，甚至浪費的 現(xiàn)象，如以往的初沉污泥攜帶大量的有機物，不僅造成碳源浪費，同時也增大了初沉污泥的處理 難度，惡臭問題滋生；缺氧池設(shè)計不合理，原水進入缺氧池后沒有很好的實現(xiàn)完全混合，在整體 推流的作用下，短時間反應(yīng)后進入了后續(xù)生物系統(tǒng)，造成碳源浪費，而內(nèi)回流比設(shè)計過大，同樣 更容易造成原水在缺氧池的實際停留時間不足。 由于我國城鎮(zhèn)污水處理廠碳源不足的實際問題，目前許多污水處理廠已經(jīng)考慮了投加碳源強 化生物脫氮除磷的問題。目前應(yīng)用的碳源以甲醇、乙酸、乙酸鈉等小分子有機物為主，但這些物 質(zhì)也各有優(yōu)劣，如甲醇和乙酸的使用存在安全性問題，乙酸鈉的使用存在運輸和預(yù)處理的問題等。 關(guān)于外碳源投加點，多數(shù)人認為，既然是為了強化生物脫氮，應(yīng)投加到缺氧區(qū)，但實際上， 這并不一定是最佳的方案，由于有機物投加到活性污泥系統(tǒng)中，首先完成的是生物吸附作用，而 后才開始降解，當(dāng)投加到缺氧池時，容易導(dǎo)致部分降解不完全的有機物進入后續(xù)好氧區(qū)，不僅造 成碳源浪費，而且增加了能源需求量，建議可適當(dāng)?shù)膶⑻荚赐都诱{(diào)整到預(yù)缺氧池（如果有）或者 厭氧區(qū)，這樣即使過量的碳源進入缺氧區(qū)，也不會造成太多的浪費。

2.2 厭/缺/好氧區(qū)的合理分配與精確控制

為了確保污水生物處理系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群有較好的生長環(huán)境，以及較好的有機物去除和硝化 效果，通常認為以 BOD（COD）和氨氮去除為主要目標的傳統(tǒng)污水處理廠的厭缺氧區(qū)的停留時間 不應(yīng)超過好氧區(qū)。但是隨著對 TN 和 TP 去除要求的進一步提升，許多原有的設(shè)計思路和理念因該有所調(diào)整，生物系統(tǒng)的優(yōu)勢菌群中也需要增加反硝化菌和釋磷菌類菌群結(jié)構(gòu)，同時需要通過增加 厭氧/缺氧停留時間來強化反硝化和厭氧釋磷效果，對于厭缺氧和好氧停留時間的合理比例問題就 需要進一步重新考慮。 但實際上回流污泥中不可避免的攜帶少量 嚴格意義上， 厭氧池中是不應(yīng)該有 NO3--N 存在的， 的 DO 或 NO3--N，當(dāng)回流污泥與原水混合進入?yún)捬鯀^(qū)時，溶解氧或 NO3--N 將首先快速利用原水 中的快速可生物降解性有機物，從而在一定程度上削減厭氧池的釋磷效果。國家城市給水排水工 程技術(shù)研究中心在 90 年代提出的前置預(yù)缺氧區(qū)的工藝流程在很大程度上緩解了這個問題， 而倒置 A2/O 工藝雖然在一定程度上解決了厭氧區(qū) NO3--N 影響的問題，但另一方面卻降低了厭氧區(qū)的污 泥濃度，并縮短了厭氧區(qū)的實際停留時間，并不一定從總體上提升厭氧區(qū)的實際功效。 混合液回流點的選取與 DO 的控制對于缺氧區(qū)碳源的利用也具有重要的影響。通常情況下， 城鎮(zhèn)污水處理廠都將混合液回流點設(shè)置于生物系統(tǒng)好氧區(qū)末端，而為了確保出水 DO 濃度，并避 免二沉池出現(xiàn)嚴重的浮泥（含反硝化浮泥和厭氧浮泥）現(xiàn)象，生物好氧區(qū)末端通常保持較高的溶 解氧濃度，這樣不可避免的大量高溶解氧進入到缺氧區(qū)，首先利用原水中的有機物，影響反硝化 效果。因此為確保更優(yōu)的碳源利用效果和缺氧區(qū)反硝化脫氮效果，在今后的污水處理工程設(shè)計中 需要考慮在好氧區(qū)中后部設(shè)置一個低溶解氧回流區(qū)。

2.3 低溫季節(jié)及超高負荷階段生物功能的保持與強化

目前我國對城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)的環(huán)保監(jiān)測是采用瞬時取樣方式的，但是，城鎮(zhèn)污水處 理廠的效果不僅受到了進水水質(zhì)水量劇烈波動的影響，而且生物系統(tǒng)的微生物活性也在很大程度 上受環(huán)境溫度的影響，因此在系統(tǒng)設(shè)計和運行中通常需要考慮緩沖水質(zhì)水量變化以及削減微生物 受溫度影響的問題。 為了緩解冬季低溫問題對生物系統(tǒng)的影響，多數(shù)冬季低溫區(qū)污水處理廠均采用不同季節(jié)，不 同運行模式和污泥濃度的方式運行，在秋末冬初就開始儲備污泥，通過增加活性生物濃度的方式 緩解生物活性冬季降低導(dǎo)致的處理效果低下問題， 同時考慮硝化細菌對溫度的敏感性更強的問題， 部分污水處理廠設(shè)置了過渡段，過渡段夏季按照缺氧模式運行，強化反硝化脫氮，冬季按照好氧 模式運行，強化生物硝化和有機物去除，同樣獲得了很好的效果。 雖然提高污泥濃度在一定程度上緩解了溫度影響的問題，但畢竟污水處理系統(tǒng)的許多功能區(qū) 并不能滿足高污泥濃度的要求。另一種緩解冬季低溫問題的方式是向生物系統(tǒng)內(nèi)投加懸浮填料， 使填料表面大量形成長泥齡生物菌群，從而在很大程度上提高了生物系統(tǒng)內(nèi)的硝化細菌含量，強 化了污水處理廠的總體處理效果。 填料雖然是一種很好的生物系統(tǒng)擴容方案，但其投加和運行仍有很多技術(shù)要求，例如，必須 滿足一定的填充比，并確保生物掛膜成功，才能保證填料在生物系統(tǒng)具有足夠的流化效果，這也 是許多污水處理廠初期投加填料出現(xiàn)堆積現(xiàn)象的主要原因；另外，填料表面必須經(jīng)過一定的掛膜 周期，才能發(fā)揮生物效益。

3 基于高排放標準的深度處理工藝方案

污水處理廠一級 A 提標改造的實驗與工程實踐結(jié)果表明，傳統(tǒng)的以生物系統(tǒng)改造為核心的污 水處理廠提標改造方案，很難確保城鎮(zhèn)污水處理廠的氮磷同步穩(wěn)定達標，仍需要考慮輔以化學(xué)除磷實現(xiàn)磷的穩(wěn)定達標、過濾降低出水 SS、COD 和 TP 濃度、或考慮增設(shè)反硝化濾池（或 BAF 工 藝）強化對 TN 的去除。

3.1 化學(xué)強化除磷系統(tǒng)設(shè)計

我國大部分城鎮(zhèn)污水處理廠碳氮比嚴重偏低以及含氮物質(zhì)難以通過化學(xué)方法去除的實際情況 決定了許多污水處理廠只能犧牲磷的生物去除，而采用化學(xué)除磷工藝。在化學(xué)除磷工藝選擇上， 同樣有一些值得注意的問題。 生物系統(tǒng)中的磷主要以正磷酸鹽和聚磷酸鹽兩種方式存在的，兩種不同形式的磷決定了其化 學(xué)特征以及對不同化學(xué)藥劑的適應(yīng)性能也應(yīng)有所不同，這也可能是部分污水處理廠在出水中投加 大量的單一除磷藥劑后，TP 仍不能達到設(shè)定目標值的最根本原因，需要結(jié)合污水處理廠的實際出 水水質(zhì)情況開展相關(guān)研究。 另外，部分后續(xù)深度處理工藝對化學(xué)藥劑的投加是有一定的技術(shù)要求，例如濾布濾池工藝要 求前端不能設(shè)置化學(xué)加藥系統(tǒng)，如需進行化學(xué)除磷，一般要求將除磷藥劑投加到二沉池進水端， 其最不利影響在于藥劑投加量的增加以及對生物系統(tǒng)的影響；或者在加藥系統(tǒng)后增設(shè)沉淀區(qū)，部 分的解決了這個問題，但不僅增加了占地和投資，造成浪費，而且增加了管理難度?；瘜W(xué)除磷藥 劑投加到常規(guī)的過濾工藝前，也容易造成污泥量增大，清洗頻率提高的問題。

3.2 反硝化濾池強化生物脫氮

雖然可以通過犧牲生物除磷的方式強化生物系統(tǒng)對污水中氮的去除，部分進水 BOD5/TKN 嚴 重偏低的污水處理廠可以通過投加碳源實現(xiàn) TN 的穩(wěn)定達標，但仍有大量污水處理廠，由于設(shè)計 的問題，導(dǎo)致生物系統(tǒng)脫氮能力極低，TN 達標難度大，有必要在后續(xù)工藝中增加反硝化強化生物 脫氮的工藝。對于深度處理脫氮工藝，目前應(yīng)用最多的工藝為反硝化濾池。 反硝化生物濾池是生物反硝化作用過程與過濾工藝的有機結(jié)合，但為降低水力阻力，增大處 理能力，通常反硝化濾池不會采用細小砂躒，因此反硝化濾池的最主要功效通常在于生物反硝化 脫氮，過濾工藝的性能較弱。反硝化濾池建設(shè)與運行的主要影響因素在于濾料的選擇和碳源的合 理配置，濾料的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在生物掛膜特征；必須通過理論計算和實驗測試，合理確定碳源投 加量，確保所投加碳源既可以滿足反硝化需求，同時又不會出現(xiàn)碳源盈余過多的現(xiàn)象。另外，由 于很難避免所投加碳源出現(xiàn)過量現(xiàn)象，對于 COD 穩(wěn)定達標較敏感的污水處理廠，為確保 COD 的 穩(wěn)定達標，通常應(yīng)在反硝化生物濾池后設(shè)置短停留時間的曝氣池，以去除過量的碳源。

3.3 過濾強化懸浮物及部分有機質(zhì)去除

污水處理廠生物處理系統(tǒng)出水SS不僅影響污水處理廠 SS、TP 和 COD 的穩(wěn)定達標，而且由 于懸浮物（菌膠團）的包埋作用，高 SS 對后續(xù)消毒工藝也有極為不利的影響，因此許多污水處理 廠都在尾水端增設(shè)了過濾工藝。 傳統(tǒng)的砂濾工藝是一種運行性能穩(wěn)定，但占地面積大、投資與運行成本高的污水深度處理工 藝，在占地受到限制的污水處理工程建設(shè)與改造中，通常不再采用。近幾年，一些設(shè)備集成化程 度高的機械過濾技術(shù)開始在工程實際中廣泛使用，如華都琥珀 Rodisc 和西門子 Disk Filter 的盤式 過濾器、美國 Aqua Disk 公司和浦華控股有限公司的纖維濾布過濾等。這些過濾技術(shù)和成套系統(tǒng) 具有緊湊、占地小、并且總裝機功率低的優(yōu)點，使得在原二級污水處理廠的基礎(chǔ)上改造擴建變得更可行和容易實施，運行維護更加簡單方便。 各種過濾工藝的最大問題在于必須控制進入過濾系統(tǒng)的懸浮物濃度，否則容易導(dǎo)致過濾和清 洗系統(tǒng)頻繁啟動。另外，由于化學(xué)藥劑對濾布的黏附作用，在使用纖維濾布過濾工藝時，建議不 要在濾布前直接設(shè)置混凝或微絮凝工藝，如需增加化學(xué)除磷，除磷藥劑投加點應(yīng)位于二沉池前端， 或在混凝工藝后增設(shè)沉淀，保證懸浮物濃度不會超過后續(xù)過濾系統(tǒng)的要求。

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