城鎮(zhèn)污水處理廠升級(jí)改造分析

李蓉蓉

摘要：近些年，城鎮(zhèn)化的水平不斷提高，環(huán)境污染問(wèn)題也就隨之而來(lái)，三廢的排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，作為三廢之一的廢水也成為了各個(gè)污水廠重點(diǎn)處理的對(duì)象。污水排放不僅會(huì)對(duì)周圍的土地環(huán)境造成重污染，有毒物質(zhì)的含量增加會(huì)給當(dāng)?shù)氐膭?dòng)植物造成危害。我國(guó)2500家縣級(jí)以上的污水處理廠，僅有20%能夠做到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)污水處理帶來(lái)的巨大壓力，進(jìn)行污水處理廠升級(jí)改造成為現(xiàn)今的首要問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水;處理廠;升級(jí)改造

一、城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)分析

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)主要包括COD、BOD5、懸浮物（SS）、氨氮、TN和TP。進(jìn)水水質(zhì)的設(shè)計(jì)多以當(dāng)前年度調(diào)查的水質(zhì)為依據(jù)，保證率一般為90%或95%，并作適當(dāng)調(diào)整。各指標(biāo)的比值在污水處理過(guò)程中具有重要的工程意義。BOD5/COD可以預(yù)測(cè)污水生物的降解。一般來(lái)水BOD5/COD應(yīng)該是>0.3。為了進(jìn)行生物脫氮或生物除磷，一般要求進(jìn)水BOD5/TN>4或BOD5/TP>17。同步脫氮除磷，需要的碳氮比、碳磷比更高，若碳源不足，則影響生物脫氮除磷效果;SS/BOD5>1.5時(shí)，表明進(jìn)水中無(wú)機(jī)固體組分含量偏高，則需設(shè)置初沉池或具有同等功能的設(shè)施，以強(qiáng)化對(duì)進(jìn)水SS的去除。從全國(guó)范圍來(lái)看，污水處理廠平均進(jìn)水COD、BOD5、SS、氨氮、TN和TP分別為219.97mg/L、81.64mg/L、148.54mg/L、22.83mg/L、30.36mg/L、3.70mg/L。根據(jù)污水處理廠進(jìn)水BOD5/COD、BOD5/TN、BOD5/TP、SS/BOD5等指標(biāo)，我國(guó)98%的樣本污水處理廠進(jìn)水都適用于生化處理，有機(jī)物滿足生物除磷需求。但大多數(shù)情況下需添加甲醇、葡萄糖、乙酸和乙酸鈉等彌補(bǔ)反硝化的碳源不足。

二、城鎮(zhèn)污水處理廠升級(jí)改造

1.升級(jí)改造技術(shù)及工藝

由生活污水、工業(yè)廢水和雨水組成的城市污水水質(zhì)水量變化很大，有機(jī)質(zhì)濃度高，BOD5/TN值偏低，SS/BOD5值偏高。若遭遇低溫，會(huì)導(dǎo)致TN、氨氮、TP和SS的去除率下降。為了達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，城市污水處理廠應(yīng)根據(jù)達(dá)標(biāo)難易程度，對(duì)超標(biāo)污染物進(jìn)行有效治理，使COD、SS、氨氮、TN和TP得到有效去除。可以通過(guò)設(shè)置調(diào)節(jié)池等預(yù)處理單元對(duì)污水進(jìn)行均質(zhì)均量，可以通過(guò)設(shè)置水解酸化池提高水中污染物的可降解性。如果水中懸浮物較多，可以在進(jìn)入后續(xù)生物單元之前設(shè)置初級(jí)沉淀池，對(duì)COD和SS進(jìn)行初步的去除。經(jīng)過(guò)一系列預(yù)處理后的污水進(jìn)入生物處理單元，生物處理單元也可以通過(guò)增加生物質(zhì)或添加填料來(lái)加強(qiáng)COD、BOD5、TN、TP和氨氮的去除。

污水處理廠總體改造原則為先優(yōu)化運(yùn)行，后工程措施;先內(nèi)部碳源，后外加碳源;先生物除磷，后化學(xué)除磷，合理控制成本和運(yùn)行費(fèi)用。生物單元強(qiáng)化通常是改造的核心。生物處理單元中，可以通過(guò)添加填料形成生物膜來(lái)提高生物量（MBBR），提高該單元處理負(fù)荷，強(qiáng)化處理效果，實(shí)現(xiàn)原池提量，對(duì)低碳源污水有較好的去除效果。有研究表明，在針對(duì)GB18918—2002一級(jí)A的提標(biāo)改造中，添加懸浮載體的MBBR中硝化菌豐度為6.08%，是其在污泥中的6倍，反硝化菌的豐度可達(dá)到13.40%，未投加碳源情況下，MBBR中通過(guò)同步硝化反硝化（SND）途徑去除TN的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到13.20%。低溫下城鎮(zhèn)污水處理廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)更為不易，但6～8℃下改造的MBBR工藝出水氨氮始終保持在5mg/L以下，去除率達(dá)到94.2%，系統(tǒng)具有較好的耐低溫性能。無(wú)建設(shè)用地時(shí)，AAO、SBR和氧化溝工藝均能改造成MBBR，在好氧池或缺氧池原位原池進(jìn)行，對(duì)工藝流程影響小，大大縮短建設(shè)工期。

城鎮(zhèn)污水處理廠的改造升級(jí)工作應(yīng)因地制宜，充分利用現(xiàn)有的設(shè)施，盡量減少新建設(shè)施。工藝選擇應(yīng)力求運(yùn)行安全可靠、技術(shù)先進(jìn)成熟、出水水質(zhì)優(yōu)良、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、維護(hù)管理方便、高效節(jié)能，以降低項(xiàng)目投資和運(yùn)行成本。常用的轉(zhuǎn)化工藝路線是“強(qiáng)化預(yù)處理+生物處理+同步化學(xué)除磷+深度處理”。深度處理后，出水水質(zhì)應(yīng)當(dāng)符合當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.改造工藝運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

工藝升級(jí)改造時(shí)需依據(jù)原有工藝的組成和特點(diǎn)，重新選取與之匹配的水力負(fù)荷、有機(jī)負(fù)荷、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、污泥齡（SRT）、回流比和水力停留時(shí)間（HRT）等設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)計(jì)參數(shù)的正確選用，對(duì)工藝穩(wěn)定運(yùn)行、污染物去除和節(jié)能降耗有重要影響。水力負(fù)荷過(guò)低會(huì)使HRT過(guò)長(zhǎng)，影響池體容積及規(guī)模;水力負(fù)荷過(guò)高會(huì)使HRT過(guò)短，污染物去除效率降低，同時(shí)對(duì)二沉池泥水分離產(chǎn)生不利影響;。高有機(jī)負(fù)荷將加快有機(jī)物降解，產(chǎn)生更多剩余污泥，加重污泥系統(tǒng)處理負(fù)荷;低有機(jī)負(fù)荷需加大池容，與實(shí)際處理需求不符。維持適宜的MLSS，可以保證足量的生物濃度和活性，MLSS過(guò)低會(huì)導(dǎo)致生物數(shù)量不足，污水處理效果降低;MLSS過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致SRT延長(zhǎng)，活細(xì)胞濃度降低，同時(shí)影響泥水分離和傳質(zhì)效果。

SRT決定了活性污泥中微生物的種類，產(chǎn)生時(shí)間較長(zhǎng)的微生物不能成為污泥中的優(yōu)勢(shì)菌種。脫氮和除磷微生物對(duì)SRT的要求不同，脫氮需要的SRT較長(zhǎng)，而除磷需要的SRT比脫氮要短。SRT越長(zhǎng)，有機(jī)負(fù)荷越低，硝化效果越好;通過(guò)調(diào)節(jié)回流比，可使MLSS保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?，使二沉池保持穩(wěn)定?；亓鞅冗^(guò)高，會(huì)降低二沉池的污泥沉淀效率，導(dǎo)致出水水質(zhì)和污泥濃度下降?；亓鞅冗^(guò)低，生物池的MLSS不足，出水水質(zhì)無(wú)法保證。HRT應(yīng)適應(yīng)污染物的去除和功能性微生物的時(shí)間周期。如果HRT過(guò)短，水質(zhì)會(huì)下降甚至惡化。我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行溫度冬季10～16℃，夏季24～30℃，冬季低溫條件下COD、BOD5、TN、TP、氨氮和SS去除率有所降低，水質(zhì)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。適當(dāng)降低有機(jī)負(fù)荷，提高污水HRT，增大回流比以及提高SRT可應(yīng)對(duì)低溫的不利影響。

3.升級(jí)改造工藝的評(píng)價(jià)與優(yōu)化

通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者使用簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的計(jì)算即可完成城鎮(zhèn)污水處理廠的升級(jí)改造與參數(shù)設(shè)計(jì)，但對(duì)于排放標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)格的污水處理廠，基于經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算的升級(jí)改造通常難以滿足設(shè)計(jì)要求，為確保升級(jí)改造后污水處理達(dá)到效果，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，需對(duì)升級(jí)改造的工藝進(jìn)行模擬分析、診斷和優(yōu)化。利用活性污泥數(shù)學(xué)（ASM）模型對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行模擬可對(duì)升級(jí)改造后的工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化，在設(shè)備選型上篩選出節(jié)能高效設(shè)備，使之能夠有效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行中的水量波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。常用的ASM模型主要包括ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3 4個(gè)，在污水處理廠工藝評(píng)價(jià)和優(yōu)化中發(fā)揮了重要作用。利用BIOWiN軟件對(duì)某城市污水處理廠懸浮填料生物膜工藝的運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行模擬診斷，結(jié)果表明調(diào)整DO≥4.5Mg/L、排泥量≤回流比≥50%均可使出水氨氮達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);將填料投配于生化池的后段能夠改善硝化效果;參數(shù)調(diào)節(jié)的優(yōu)先次序依次是排泥量、回流比、投配方式和DO。利用GPS-X軟件對(duì)采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的污水SBR處理工藝進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，利用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的SBR工藝的循環(huán)設(shè)置并不能滿足所有運(yùn)行條件下的出水水質(zhì)要求，可以通過(guò)模擬分析技術(shù)優(yōu)化SBR的循環(huán)設(shè)置，使得出水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。利用ASM2D模型對(duì)實(shí)際奧貝爾氧化溝工藝進(jìn)行建模，并校準(zhǔn)與驗(yàn)證模型，通過(guò)優(yōu)化氧化溝的回流比與BOD5污泥負(fù)荷率以達(dá)到對(duì)工藝的優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)污泥回流比為55%～60%、污泥負(fù)荷為0.056～0.060kg/（kg.d）時(shí)，奧貝爾氧化溝工藝可取得較好的污染物去除率。

結(jié)束語(yǔ)

污水處理廠的升級(jí)改造應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，綜合分析進(jìn)水水質(zhì)、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)有工藝存在的問(wèn)題、技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平等。改造技術(shù)和工藝的選擇應(yīng)因地制宜，在借鑒類似工藝改造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，盡量結(jié)合現(xiàn)有設(shè)施。在數(shù)學(xué)模型仿真和優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)改造過(guò)程的處理效果和運(yùn)行成本進(jìn)行分析。

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