城镇污水处理厂地表水准IV类标准提标改造工艺进展及工程案例研究

陶文达1 项萌1李传松2 孙福星2 倪明明2

摘 要：本文围绕污水厂集中提标改造工艺开展调研，并通过研究不同工艺工程实例，为下一步城镇污水处理厂的提标改造提供了借鉴与参考，以期实现污城镇污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变。

关键词：城镇污水处理厂 地表水准IV类标准 提标改造 工程案例

引言

城镇污水厂排放标准的提升已是大势所趋，北京市、天津市、广东、江苏、浙江等地区相继发布了地方排水标准，陆续对全省市既有城市污水处理厂提标至地表水准IV类。因此，本文对城镇污水处理厂地表水准IV类提标改造工艺进行深入调研，并通过剖析近几年代表工程实例，梳理提标改造实施现状，为实现污染减排总目标提供了借鉴与参考。

1. 存在问题

1.1 进水碳源不足

我国由于污水处理厂配套管网的功能性和结构性存在问题（如管网破损渗漏、雨污管混接错接等问题），导致进水中有机物浓度普遍偏低。郭等调研发现这些80%的污水处理厂进水BOD5/TN＜3.6 [1]。实际进水BOD5/TN＞4时才能保证较高的脱氮率，这是许多污水处理厂实现“准IV类”标准的难点之一。

1.2 进水中存在难降解有机物

当前我国主要还是依托城镇污水处理厂处理工业污水[2]，由于部分工业污水含难以生物降解的污染物，进入城镇污水处理厂会对出水水质产生影响，特别是对COD的去除效果。

2.提标改造工艺

2.1预处理改造

2.1.1跌流区改造

跌流区是污水处理流程中水流从一定高度跌落的区域，这种设计有助于增加水流的氧气含量、混合和分散污水中的悬浮物。源于以往对总氮排放标准不够重视，我国已建城镇污水处理厂设计中跌流区较多，其中预处理单元跌水复氧情况严重，单次跌水的溶解氧DO增加量为2~3mg/L，增加的DO进入后续管网及构筑物会损耗优质碳源。对跌水区可通过加盖密封，隔断内、外部空气交流，有效降低跌水复氧效果[4]。

2.1.2初沉池改造

污水处理厂利用污泥开发内碳源是解决碳源不足的主要方法之一，通过初沉池功能改造，对初沉污泥进行水解、发酵，能够产生易生物降解有机物及挥发性脂肪酸，可作为污水厂的内碳源，强化对营养盐的去除。王刚等通过改造初沉池调整泥位，使初沉池出水挥发性脂肪酸质量浓度提高，后续A2O工艺除磷效果明显增强。

2.2二级处理工艺改造

从降低投资成本角度考虑，城镇污水处理厂提标改造应优先考虑挖掘现有生物处理系统的脱氮潜力，在保证原有工艺处理单元的能力发挥至最佳状态后，基于原有的工艺特点和出水水质情况，针对其不足之处因地制宜改造成处理效果更好的工艺。

2.2.1移动床生物膜工艺

实际工程中可通过对二级处理工艺进行移动床生物膜（MBBR）原位改造，向生化段投加适宜悬浮填料，专性富集和固定硝化/反硝化细菌，以强化脱氮效果。MBBR原位改造是通过将MBBR系统嵌入原活性污泥系统，可以与现有工艺结合进行原池提标升级，对于建设用地或经济方面有限的污水处理厂，使其改造后具有更好的脱氮除磷性能，由于改造相对简单已逐渐发展为提标改造的主流途径之一，表1列举了部分污水处理厂MBBR提标改造工程实例。

表1 部分污水处理厂MBBR提标改造工程实例

Tab.1 MBBR upgrading and reconstruction cases of some sewage treatment plants

项目	处理水量（104m3*d-1）	原工艺	原标准	改造后工艺	改造后标准
浙江某污水处理厂[12]	16	A2/O	一级B	Bardenpho+MBBR	“准IV类”
长沙某污水处理厂[13]	45（一期由20扩容至25）	一期MSBR	一级A	一期 AAO+MBBR	湖南省地标 一级标准
长春某污水处理厂[14]	68	改良A2/O	一级A	IFAS工艺	北京市地标 B标准

2.2.2 侧流水解工艺

侧流水解工艺（SSH）是将回流污泥部分导入侧流反应池中进行水解发酵，产生易生物降解有机物和挥发性脂肪酸，再回流到主流工艺的缺氧、好氧段，从而减少外碳源投加，缓解反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争，增加脱氮除磷微生物群落多样性和功能菌丰度，进而提高生物脱氮除磷效率。该工艺工程案例相对较少，北欧一些国家如丹麦、瑞典成功发展了SSH工艺，丹麦Dragør污水处理厂将二期厌氧池改造为侧流活性污泥水解池，改造后出水TN<5mg>，TP<1mg>，出水水质得到明显改善。我国这方面的实践相对滞后，工程规模的案例报道较少。晋江某污水处理厂通过新建侧流水解系统进行一级A提标改造，结果出水水质明显改善，稳定运行后达到 “准IV类”标准。

2.2.3 膜处理工艺

膜处理工艺（MBR）是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术，采用膜分离技术替代传统活性污泥法的沉淀池，可形成

8000~12000mg/L超高MLSS和超长污泥龄，显著提升脱氮功能菌数量，此外还可以截留绝大部分SS，出水极其澄清。北京北小河再生水厂扩建工艺为MBR+RO，出水标准由一级B标准提高至为《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》中车辆冲洗水质要求。

2.3深度处理改造

针对水质要求可进一步采用深度处理工艺，深度处理费用昂贵，管理较复杂，处理每吨水的费用约为一级处理费用的4-5倍以上。综合考虑投资和运营成本，在进行提标改造时尽量不通过增加深度处理来使得出水达标，但由于部分污水处理厂进水中工业废水比重较大，或地处环境敏感区，或当二级生化处理单元的原位强化策略仍无法满足排放标准等情况时，可通过增加深度处理工艺，在加强同步脱氮除磷能力的同时确保出水SS、COD等达标。

2.3.1滤池工艺

滤池由于其工艺成熟，投资及运营成本相对较低，目前在许多污水处理厂得到了广泛的应用。大部分城镇污水厂通过新增滤池深度处理工艺以强化氮、磷、SS等指标的去除。昆明某污水处理厂V型滤池对TP、SS和COD有较好的去除效果[26]。反硝化生物滤池是降低二级生物处理单元尾水TN浓度的有效途径，与曝气生物滤池联用可进一步提高出水TN标准。浙江某污水处理厂通过改造及新建采用“A2O +深床反硝化滤池超滤”工艺，建成后半年各项出水水质指标均可稳定达到准Ⅳ类水标准。此外，还有基于硫自养技术的反硝化滤池，其无需投加有机碳源，能够降低运行成本，同时避免了出水BOD5超标的风险。

2.3.2 磁混凝工艺

磁混凝工艺是将磁分离技术与絮凝技术联合用于水处理，磁介质的加入强化絮凝效果，结合絮凝剂的特性而形成的磁性絮体，能够更加快速的沉降，占地面积更小，对于SS、TP等的去除效果也很好。昆山某城市污水处理厂采用AA/快速生化污水处理(RPIR)+磁混凝工艺在原厂址基础上进行扩能改造，出水已经完全达到了“苏州特别排放限值”标准要求。

2.3.3 活性炭吸附再生工艺

活性炭吸附再生技术主要包括对污水进行活性炭吸附处理和活性炭再生两部分，主要针对污水中的CODcr和色度进行进一步脱除，是高工业废水占比城镇污水处理厂COD提标工艺的选择之一。山东某污水处理项目采用活性炭吸附再生技术进行提标改造，污水处理后CODcr值控制在20mg/L左右，色度去除率达80%。

3.结语

提标改造工艺的实施推动了相关技术的发展和创新，为可持续发展和“双碳”目标提供了有力支持，然而提标改造工艺也面临一些挑战和问题。首先，工艺的选择和实施需要充分考虑当地的水质特点、处理需求和经济条件等因素。其次，提标改造工艺的投资和运行成本较高，需要政府和企业共同努力，寻求经济可行的解决方案。最后，提标改造工艺的实施还需要加强监管和评估，确保处理效果的稳定性和可持续性。基于以上，本文基于投资运营成本考量，以运营优化当先、原位改造为主、新增构筑物在后的原则，对不同提标改造工艺进行研究，并剖析相关提标改造工程实例，为下一步城镇污水处理厂的提标改造提供了借鉴与参考，以期实现城镇污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变。

参考文献

[1] 郭泓利，李鑫玮，任钦毅，等．全国典型城市污水处理厂进水水质特征分析[J]，给水排水，2018，44(6)：12-15．

[2] 刘杰，刘涛，苏红玉，等．我国工业污水集中处理厂运行及水质特征分析[J]，给水排水，2021，47(6)：92-96，116．

[4] 李鹏峰，孙永利，隋克俭，等．某污水厂预处理系统跌水复氧成因初探及控制措施[J]，中国给水排水，2017，33(15)：85-88．

[12] 滕良方，吴迪，郑志佳，等．某污水厂Bardenpho-MBBR准IV类水提标改造分析[J]，中国给水排水，2019，35(11)：33-39．

[13] 刘影．MBBR、双填料滤池、MBR用于污水厂多期同步扩容提标[J]，中国给水排水，2021，37(18)：63-69．

[14] 张丹丹，牛和昕，俞开昌，等．浸没式超滤+臭氧氧化用于某污水处理厂提标改造[J]，中国给水排水，2021，37(16)：119-123．

[26] 郭玉梅，李志平，王莹莹，等．A2O与V型滤池组合工艺强化脱氮除磷性能分析[J]，中国给水排水，2015，31(5)：11-15．

第一作者：陶文达，男，1991年生，硕士，工程师，主要从事水污染控制与治理研究。