摘要：近年來，國(guó)家和各地方對(duì)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，選擇能夠穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的工藝是新建污水處理廠和老污水處理廠升級(jí)改造所面臨的關(guān)鍵問題。本文選取了近年來國(guó)內(nèi)較大規(guī)模的市政污水處理工程，介紹了這些工程的概況、采用的工藝及運(yùn)行效果。希望這些有代表性的實(shí)例能夠?yàn)榻窈笫姓�污水處理工程的工藝選擇提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水處理廠　脫氮除磷　工藝選擇　工程實(shí)例

近年來，我國(guó)不斷出現(xiàn)由于水體富營(yíng)養(yǎng)化引起的爆發(fā)性環(huán)境事件，全社會(huì)對(duì)于水環(huán)境問題的關(guān)注度大幅提高。國(guó)家和各地方對(duì)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)要求日趨嚴(yán)格，越來越多的污水處理廠二級(jí)出水還被用作再生水廠的水源或是景觀河道補(bǔ)充水。大部分已經(jīng)建成的污水處理廠的工藝已經(jīng)不能滿足新的排放要求，需要進(jìn)行升級(jí)改造。

對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理廠來說，達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，主要難度在于出水氮、磷指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。而市政污水處理廠一般處理規(guī)模較大，化學(xué)脫氮除磷的成本太高，通常只作為輔助手段。在這種形式下，選擇能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的生物脫氮除磷工藝是新建污水處理廠和老污水處理廠升級(jí)改造所面臨的關(guān)鍵問題。

一、天津市四個(gè)大型污水處理廠升級(jí)改造工程工藝選擇

1、工程背景

2008年2月開始實(shí)施的《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB12/356-2008）中提出已建成的城市、城鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū)污水處理廠排水應(yīng)在2010年12月31日前達(dá)到GB18918中一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。天津市內(nèi)四個(gè)大型市政污水處理廠紀(jì)莊子污水處理廠（現(xiàn)有規(guī)模54萬m3/d）、咸陽路污水處理廠（現(xiàn)有規(guī)模45萬m3/d）、東郊污水處理廠（現(xiàn)有規(guī)模40萬m3/d）和北辰污水處理廠（現(xiàn)有規(guī)模10萬m3/d）由于設(shè)計(jì)建造的時(shí)間較早，現(xiàn)有的工藝已經(jīng)不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，需要進(jìn)行升級(jí)改造。

2、進(jìn)出水水質(zhì)

進(jìn)水水質(zhì)的確定是根據(jù)對(duì)污水廠上游管網(wǎng)多年監(jiān)測(cè)值的概率分析，并調(diào)查了收水范圍內(nèi)的工業(yè)污染源。污水處理廠一部分出水供給再生水廠作為水源，這部分出水指標(biāo)執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其余部分出水執(zhí)行一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

3、生物處理工藝的確定

四個(gè)污水處理廠分屬不同的城市排水系統(tǒng)，進(jìn)水水質(zhì)差別很大，C/N、C/P、可生化性等指標(biāo)各不相同，不可能使用同一種工藝。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)對(duì)比和專家反復(fù)論證，最終確定了兩種工藝作為四個(gè)污水處理廠升級(jí)改造的主要生物處理工藝，一種是“強(qiáng)化生物脫氮”，另一種是“分段進(jìn)水生物除磷脫氮”。

強(qiáng)化生物脫氮工藝的核心設(shè)計(jì)理念是短程硝化反硝化。影響需氧量的關(guān)鍵因素是設(shè)計(jì)中采用的DO值，強(qiáng)化生物脫氮設(shè)計(jì)使得需氧量大大降低，氧傳遞效率大大提高。另外，通過預(yù)反硝化、“短程”硝化反硝化和同時(shí)硝化-反硝化，有助于提高反硝化能力。當(dāng)BOD:N≤4:1時(shí)，這種工藝的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了，可以不投加碳源或少投加碳源。此工藝的反應(yīng)器由兩部分組成，前半部分采用機(jī)械曝氣的氧化溝，后半部分采用微孔曝氣。這種混合曝氣的方式能夠最大程度的提高曝氣效率，從而節(jié)能。其原因在于：利用污水中表面活性劑組分對(duì)微孔曝氣和機(jī)械曝氣氧傳輸效率的影響不同。表面活性劑在活性污泥工藝中被分解，它們的影響也隨之減小。因此，微孔曝氣之前設(shè)置機(jī)械曝氣的氧化溝，在節(jié)能方面也具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。

分段進(jìn)水生物除磷脫氮工藝通常由2-5段缺氧/好氧順序排列組成。原水分別在首端的厭氧區(qū)和各缺氧區(qū)進(jìn)人反應(yīng)器，回流污泥回流到系統(tǒng)的首端，通常不設(shè)內(nèi)回流設(shè)施。四段進(jìn)水多級(jí)A/O工藝示意圖見圖1。
該工藝同傳統(tǒng)的A/A/O工藝相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
（1）無需混合液內(nèi)回流，節(jié)省能源，降低運(yùn)行成本；（2）回流污泥的稀釋作用被推遲，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度大大增加，提高了處理效率，節(jié)省了池容；（3）缺氧段分別進(jìn)水，可充分的將進(jìn)水中的碳源用于硝酸鹽氮的反硝化，提高脫氮效率及碳源的利用率；在碳源充足的條件下，理論上脫氮率可高于90%。

該工藝存在的缺點(diǎn)：（1）缺氧、好氧階段交替存在，缺氧區(qū)的控制較為重要，如不能形成缺氧區(qū)，則不能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的脫氮功能；（2）操作復(fù)雜：由于分段進(jìn)水，進(jìn)水點(diǎn)較多，較難調(diào)控。

所有生產(chǎn)性試驗(yàn)，都經(jīng)過了冬季運(yùn)行，處理效果比較穩(wěn)定。

二、無錫市城北污水處理廠升級(jí)改造工程[1]

1、工程概況

城北污水處理廠為太湖流域地區(qū)首批完成升級(jí)改造的工程，是無錫市主城區(qū)三大污水處理廠之一，位于主城區(qū)中北部，現(xiàn)狀規(guī)模15萬m3/d，分三期建設(shè)，每期工程規(guī)模5萬m3/d，采用具有脫氮除磷功能的Orbal氧化溝工藝，尾水排入北興塘河，設(shè)計(jì)出水指標(biāo)為GB18918-2002中一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。該廠進(jìn)行升級(jí)改造項(xiàng)目已于2008年6月竣工，目前運(yùn)行情況良好，出水穩(wěn)定達(dá)到GB18918-2002中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2、進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的確定

設(shè)計(jì)單位通過對(duì)城北污水處理廠目前的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按90%的頻率統(tǒng)計(jì)值確定升級(jí)改造工程的進(jìn)水水質(zhì)。依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，更加符合實(shí)際、節(jié)省投資并提高了運(yùn)行的安全可靠性。

3、生物處理工藝的確定

在確定改造方案前，先進(jìn)行了中試研究，結(jié)果表明采用外溝進(jìn)水、回流污泥曝氣再生的工藝可提高活性污泥的MLVSS/MLSS值，即提高污泥中的活性微生物數(shù)量，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的處理效果尤其可顯著改善對(duì)TN的去除效率。同時(shí)還要充分結(jié)合廠區(qū)現(xiàn)狀條件，生物處理部分力求通過內(nèi)部改造，利用現(xiàn)有的生物池(氧化溝)內(nèi)厭氧區(qū)改造成回流污泥曝氣再生池，實(shí)現(xiàn)生物池降解功能的強(qiáng)化，改造方便并節(jié)省工程投資。綜合多方案比選，最終確定采用強(qiáng)化二級(jí)生物脫氮除磷處理工藝作為廠區(qū)生物處理段改造的主體工藝。該工藝的關(guān)鍵為：控制回流污泥曝氣再生。對(duì)回流污泥進(jìn)行曝氣再生的作用有三：(1)在不過度增加進(jìn)入二沉池的污泥通量負(fù)荷的情況下增加生物污泥總量；(2)將回流污泥在再生池內(nèi)進(jìn)行曝氣，可使污泥充分進(jìn)入內(nèi)源呼吸期的后期，其活性得到比較徹底的恢復(fù)，回流到曝氣池后可以加快活性污泥的反應(yīng)進(jìn)程，提高反應(yīng)效果；(3)回流污泥中含有大量處于“饑餓”狀態(tài)硝化細(xì)菌，與原水混合后可以快速將原水中的NH3-N轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，并在外溝缺氧條件下通過反硝化反應(yīng)成為N2，有助于提高系統(tǒng)整體的脫氮效果。

4、改造后的工程運(yùn)行情況

該工程已于2008年6月底開始投入運(yùn)行，從運(yùn)行結(jié)果來看，出水水質(zhì)能滿足設(shè)計(jì)要求。出水BOD5一般在5mg/L以下，CODCr在45mg/L以下，SS低于10mg/L，NH3-N平均在1mg/L以下，TP平均在0.45mg/L以下，TN平均在15mg/L以下，均滿足設(shè)計(jì)要求。

三、深圳市羅芳污水處理廠二期工程[2]

1、工程概況

羅芳污水處理廠設(shè)計(jì)總規(guī)模35萬m3/d，分兩期設(shè)計(jì)、建設(shè)。其中一期工程規(guī)模10萬m3/d，污水處理采用AB法工藝(B段為A2/O工藝)，于1998年建成并投入運(yùn)行；二期工程規(guī)模25萬m3/d，于2001年建成并投入運(yùn)行。一期工程污水處理用地4.13hm2，二期工程污水處理用地7hm2，污泥處理用地1.58hm2，廠內(nèi)自用中水處理用地0.45hm2。

2、進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

羅芳污水處理廠一、二期工程的尾水均排至深圳市蓮塘河，出水設(shè)計(jì)目標(biāo)滿足國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、生物處理工藝

針對(duì)二期工程用地緊張的實(shí)際情況，結(jié)合水下攪拌器的使用，在國(guó)內(nèi)首次采用了深池型T型氧化溝工藝，采用4座T型氧化溝，單座氧化溝設(shè)計(jì)規(guī)模為6.25萬m3/d，水深5.8m，克服了傳統(tǒng)氧化溝占地大的缺點(diǎn)，使該工藝在大型污水處理廠得到了應(yīng)用。在氧化溝工藝前增設(shè)了厭氧池，增強(qiáng)了氧化溝生物除磷功能，同時(shí)流程中增設(shè)了污泥回流措施及回流污泥濃縮池，濃縮后污泥流入?yún)捬醭�，上清液直接流至氧化溝，這樣就避免了濃縮污泥中硝酸鹽對(duì)厭氧池釋磷的影響，增強(qiáng)了氧化溝的生物除磷功能。

4、運(yùn)行效果分析

二期工程建成投產(chǎn)以來，運(yùn)行正常，出水水質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)水質(zhì)，完全達(dá)到《城鎮(zhèn)污水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)要求，部分指標(biāo)還達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、廈門市筼筜污水處理廠[3]

1、工程概況

廈門市筼筜污水廠目前是亞洲最大的采用DN/CN曝氣生物濾池工藝的污水處理廠，將前置反硝化技術(shù)應(yīng)用在BIOFOR工藝中，在國(guó)內(nèi)屬于首次運(yùn)用。筼筜污水廠一期工程于1996年建成投產(chǎn)，規(guī)模為10萬m3/d，污水經(jīng)一級(jí)處理后通過排海管深海排放。二期工程二級(jí)處理部分規(guī)模為30萬m3/d，工程總投資為3.78億元，廠內(nèi)主要工藝設(shè)備和自控檢測(cè)系統(tǒng)由法國(guó)得利滿公司提供。工程于2005年動(dòng)工，2006年6月建成運(yùn)行，目前工藝運(yùn)行狀況良好，工藝設(shè)備、儀表及自控系統(tǒng)穩(wěn)定，出水的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2、進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的確定

廈門島西南片區(qū)的污水濃度較低，此外還具有地下水滲入量較大和合流污水的特征。多年平均進(jìn)水BOD5為100mg/L，COD為200mg/L，SS為150mg/L，TN為30mg/L，TP為2.5mg/L�？紤]到廈門島將逐步把污水合流制系統(tǒng)改造成分流制，同時(shí)將地下水滲入量大的污水管進(jìn)行整修，其平均污水水質(zhì)濃度會(huì)有所提高，因此設(shè)計(jì)中將現(xiàn)狀水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整。污水廠出水排入西海域，因西海域的水質(zhì)將直接影響到鼓浪嶼的環(huán)境質(zhì)量，故被劃為“二類海域”，污水廠出水必須滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、生物處理工藝

本工程污水處理工藝在國(guó)外的常規(guī)BIOFOR工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，即用DN+CN池組合代替了CN+DN池的組合。進(jìn)水先入DN池，保證了反硝化所需碳源，使得TN去除率明顯提高，且生物除磷的效果也有所改善。與CN+DN池的后置反硝化工藝比較，前置反硝化克服了碳源不足而需投加大量甲醇的缺點(diǎn)，且前置反硝化增設(shè)回流系統(tǒng)，使濾池的濾速增加，從而減少了CN池的數(shù)量，也節(jié)省了投資。另外前置反硝化生物濾池出水水質(zhì)不受CN池的控制，所以能有效去除污水中的各種有機(jī)物，出水水質(zhì)穩(wěn)定。而后置反硝化則需要投加甲醇，且出水水質(zhì)受DN池的影響。

4、運(yùn)行效果分析

該廠工藝處理效果良好，除TN外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)槲鬯畯S進(jìn)水大部分為舊市區(qū)合流制污水，BOD5值很低，因此池中碳源不足，從而影響了反硝化的進(jìn)行，為此暫時(shí)需要投加甲醇補(bǔ)充碳源，補(bǔ)充碳源后出水TN≤18.5mg/L，能夠達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

五、深圳市橫嶺污水處理廠二期工程[4]

1、工程概況

橫嶺污水處理廠二期工程是龍崗河流域水質(zhì)改善工程的重要組成部分，設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬m3/d，與一期工程合計(jì)總規(guī)模為60萬m3/d。

2、進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)的確定

由于橫嶺污水廠配套截污干管系統(tǒng)近期是對(duì)沿龍崗河各支流進(jìn)行總口截流，遠(yuǎn)期逐步完善為市政截污干管，因此將由合流制逐漸過渡到分流制，也就是污水廠進(jìn)水濃度有一個(gè)由低變高的過程。根據(jù)《龍崗河流域水環(huán)境綜合整治工程規(guī)劃》，2010年的污水處理廠建設(shè)目標(biāo)是使出水滿足景觀用水的要求，因此確定污水處理廠近期執(zhí)行一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、生物處理工藝的確定

根據(jù)本工程規(guī)模大、可用地小、進(jìn)水水質(zhì)濃度變化大的特點(diǎn)，確定采用以DN/CN的BAF曝氣生物濾池為主體的污水處理工藝。該工藝耐水質(zhì)波動(dòng)能力強(qiáng)，適應(yīng)低、中、高濃度污水，且耐水力沖擊負(fù)荷能力好，生物膜附著能力強(qiáng)，不易隨流速增大而流失。而且，工藝占地面積小，不需新征地，可以大大縮短建設(shè)周期。強(qiáng)化預(yù)處理采用曝氣沉砂池、氣浮池、斜管沉淀池合建，將生化反應(yīng)與物理重力分離作用相結(jié)合，對(duì)有機(jī)物及懸浮物的去除作用明顯。

六、結(jié)語

天津市幾個(gè)大型污水處理廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，工藝選擇和設(shè)計(jì)是否合理，直接影響著污水廠長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和成本。所以，在污水處理廠升級(jí)改造的準(zhǔn)備過程中，創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司非常慎重地篩選了數(shù)家國(guó)內(nèi)外知名公司和設(shè)計(jì)單位的多個(gè)已經(jīng)較為成熟的工藝，并先后對(duì)這些工藝進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)，嚴(yán)格模擬升級(jí)改造后的水質(zhì)水量。全部試驗(yàn)對(duì)比工作歷時(shí)一年多，每種工藝的試驗(yàn)至少進(jìn)行半年。所有備選工藝都要經(jīng)歷冬季水溫最低的時(shí)期，以考察工藝脫氮除磷的穩(wěn)定性，確保污水廠升級(jí)改造后能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行。 來源：水工業(yè)市場(chǎng)雜志