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污水处理厂升级改造一级A排放标准新工艺
摘要：随着我国对重点流域环境治理的要求，对城镇污水处理厂进行深度处理及升级改造工作。本文结合江苏省宜兴市清源污水厂升级改造扩建工作，该污水厂峰值流量50000m³/d,工艺流程为A2O法，生产运行3年多，出水达到一级标准的B标准，2007年根据太湖流域环境治理要求,污水处理厂的出水要求达到一级标准的A标准，所以对污水厂进行升级改造工作，增加深度处理内容。升级改造方案采用平流式微絮凝反应池（改建）+三套转盘式微过滤器+消毒，通过实际生产运行,可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002）一级标准的A标准.满足中水回用或出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水。
关键词：深度处理 升级改造 转盘式微过滤器
一、概况
随着社会经济的快速发展，工业化和城市化水平的不断提高，水体污染问题越来越严重，致使我国水环境污染和水质富营养化问题更加突出，水质富营养化会导致水体中藻类大量繁殖，引起赤潮和水华等问题，使水体大面积产生蓝藻，造成水体发臭，不但会引起严重的生态环境危害，污染城市和工业给水水源，直接影响到广大人民饮水的安全，而且造成十分惨重的经济损失。
在我国很多地区，水环境污染和水质富营养化已经成为社会经济可持续发展的重要制约因素。实现工业企业清洁生产，污水全面治理和各种污染物有效控制，已经成为当前非常紧迫和艰巨的任务.多年来，党中央和国务院领导对污水综合治理十分重视，将其作为当前和今后一段时间在城市、工业企业基本建设和环境保护领域中重点支持的产业之一，制定产业技术经济政策,加大投资力度,使污水处理领域出现了前所未有的发展,许多适合我国国情的切实可行高效低耗的污水处理技术、工艺和设备得到开发和应用。
在今后环保工作中必须坚持节约资源，保护环境，把推进现代化和建设生态文明有机统一起来，把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置.切实加强节能减排和生态环境保护成为国家战略，成为执政理念，将有力地促进中国走向全面小康。
为适应水环境保护工程新的要求，国家对城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）重点工程实现一级标准的A标准和一级标准的B标准，详见表1.
根据城镇污水处理厂污染物排放标准：一级标准的A标准和一级标准的B标准其适用条件和环境要求如下：
（1）一级标准的 A 标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求.当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的 A标 准。
（2)城镇污水处理厂出水排入 GB3838 地表水Ⅲ类功能水域（规定的饮用水水源保护区和游泳区除外)）GB3097 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的 B标准。
从目前我国城镇市政污水以县级以上的城市污水处理厂一般都按一级标准的B标准作为设计要求.但在我国的三河三湖（如太湖、巢湖、滇池），松花江水系的辽河流域,南水北调的重点区域,以及北方缺水地区（如河北省、山西省、内蒙古自治区）等地，应根据国家环保总局的文件《关于严格执行〔城镇污水处理厂污染物排放标准〕的通知》(环发【2005】110号文件）中明确阐述“ 北方缺水地区应实行中水回用”城镇生活污水处理厂执行《标准》中一级标准的A标准.其他地区若将城镇污水处理厂出水作为回用水或“将出水引入稀释能力较小的河湖作为城市景观用水”也应执行一级标准的A标准。
为解决这些重点地区的污水综合治理、污水回用或城市景观用水的需求：对于新建的污水处理厂来讲必须在二级处理(脱氮除磷）的基础上增加深度处理，一次建成达到一级标准的A标准。对于城镇市政污水已建的二级处理的污水厂要求升级改造，在解决脱氮除磷基础上，也应增加深度处理，由一级标准的B标准升级改造达到一级标准的A标准。
目前常规的深度处理工艺流程主要有如下的处理方案:
（1）混凝、沉淀、过滤处理+消毒
(2）进行微絮凝反应+过滤处理+消毒(或管道混合+过滤处理+消毒）
（3）进行膜处理即微滤+反渗透双膜法处理+消毒
（4)进行微絮凝反应+转盘式微过滤器处理+消毒
从以上四种处理方案均可达到深度处理要求，第(1）（2）处理方案出水水质好，运行稳定，但占地面积大，投资较高，需增加一级水泵提升，运行费用大，管理较复杂。第（3)方案出水水质好，占地面积小，但投资较高，运行费用大,特别是更换膜材料时，经常费用大。第(4）方案是近几年来国外在深度处理采用的一种新工艺，该工艺具有投资较省,污水不需提升，经常费用低，占地面积小,管理简单，特别适用于目前城镇市政污水的深度处理及升级改造处理方案，出水均可达到一级标准的A标准。
二、转盘式微过滤器
该过滤器由瑞典海爵分离技术有限公司研制，从1996年开始在工程中应用,到目前已大批量在世界各国使用，投入运行的工程已超过600多个项目，主要用于市政污水、工业废水深度处理和升级改造方案.污水进行精细过滤，去除悬浮物SS,CODCr、BOD5和总磷。处理水量单项工程规模为1000m3/d—46.25万m3/d。
1、设备组成和工作原理
HILLER HYDROTECH转盘式微过滤器是以聚酯或不锈钢网丝织物为介质的过滤器。一般箱体和转盘框架为304或316不锈钢材料标准化装配.
该设备均按转鼓过滤方式进行工作，是由一系列水平安装并可旋转的过滤盘构成，转盘安装在中央管轴之上，最大水浸泡体积可达65％，每一转盘由各单一不锈钢组件组成，组件表面为网状结构，污水从内向外穿流过滤，然后过滤液体从机械的端部流出。每台设备带一台PLC控制柜和一台立式冲洗泵。
过滤期间,转盘开始处于静止状态,重力作用之下固体物质沉积在筛网之上。随着过滤时间延长，网状织物会被截留的固体物质所覆盖。
这一现象会导致压力差上升，在到达预先设置的最大压力差时转盘开始慢慢旋转,冲洗泵开始工作。利用过滤后的水对过滤面上的沉积固体物质进行冲洗，冲洗水通过组件之下安装的滤渣收集槽将反冲洗水排出箱体，在清洗过程时，污水过滤过程不会中断。
2、产品优点
（1）在污水处理工艺流程中因水头损失小，不需用水泵提升,可直接利用水位差进行过滤，运行费用省。
(2)采用网丝作为机械过滤介质，可以有效降低悬浮固体SS浓度，同时加药后也可降低SS,CODCr、BOD5和总磷的浓度。
（3）有效过滤面积大、通过流量大、占地小、可以全封闭结构.
（4）过滤后的水直接用于冲洗滤网的悬浮物,可以连续运行,反洗过程通过液位进行自动控制。
（5）可以最优方式安装在混凝土池中或不锈钢箱体内，构造简单。
3、主要技术数据
(1）每一组转盘式微过滤器，一般为20片，最多为24片,过滤总流量为400—480l/s。
（2）网格精度一般为10-20μm，应根据SS进出水浓度决定。如作为污水的预处理，网格精度可放宽至20-100μm。
（3）进水悬浮物SS浓度≤25mg/l，最大不超过30mg/l，出水悬浮物SS浓度为5-10mg/l。
(4) 在正常的运行条件下通过过滤介质的水头损失为50—200mm，操作允许的水头损失为300mm.
（5）污水中磷的处理可利用活性污泥生化处理系统进行生物除磷，后通过化学除磷，投加铁盐(或铝盐）经絮凝反应池或沉淀池再经转盘式微过滤器过滤，出水总磷可〈0。5mg/l。
（6）冲洗水为过滤后的清水，耗水量为总出水量的1—2%，利用转盘式微过滤器端头附设的立式冲洗泵，冲洗水量29.9m³/h，冲洗压力为7。5bar。
城镇污水处理厂提标改造中存在的问题
2 污水处理厂达标排放的瓶颈问题
根据2009 年的抽样统计分析,我国60%以上的污水厂其碳氮比低于4；研究表明进水水质中碳氮比偏低造成反硝化难以完成；低温条件下硝化与反硝化速率的大幅下降造成脱氮难以完成;专项调研表明江苏省太湖流域污水处理厂污水水温变化范围是9.6～31℃，污水水温〈12℃的年概率约为9%;因此污水处理厂达标排放所面临的瓶颈问题是低碳源与低水温的问题。
2。1 低碳源应对技术
低碳源应对技术包括内碳源开发和外碳源利用两部分内容,其中内碳源开发包括预处理单元的设置、剩余污泥利用等内容，外碳源的利用包括商业碳源选择、廉价碳源利用等内容。
2。1.1 内碳源开发
研究表明，初沉池设置对后续生物除磷脱氮系统有两方面的影响：初沉池在去除悬浮物的同时也损失部分碳源，会减少部分生物除磷脱氮所需总碳源，当初沉池的停留时间由2 h 降至0.5 h，可使其出水有机物的去除率降低10％以上；但同时初沉池的设置因去除了部分无机物,使得后续生物处理系统污泥的碳氧化和硝化活性有所提高，硝化速率亦有所提高；因此，
单就生物除磷脱氮效果而言，不设初沉池更有利（TN去除率平均提高2%～7％）,但考虑到建筑废水等所产生的无机悬浮物对污水厂相关设备造成的损坏,初沉池不宜取消，而要灵活设置、灵活运行。
进一步的深化研究表明，合理设置、灵活运行初沉池，可以弥补其所带来的碳源不利影响：适当地提高初沉池的表面负荷在2 m3·m-2·h-1 以上，将沉降时间控制在0。5 h 至1 h 之内，有机物的去除率可以适当降低，而悬浮物的去除率可达到60％以上；同时当SS 质量浓度〈400 mg·L—1 而碳源不足时，可以考虑部分或全部超越初沉池；当SS 质量浓度〉400mg·L—1 而碳源不足时，不宜考虑全部超越初沉池，而要采用初沉池发酵黑液利用、二沉出水回流至初沉池等强化脱氮措施灵活运行；这些方法能将系统TN 去除率提高5%~20％,其脱氮效果优于不设初沉池系统。
其他的内碳源开发技术还有水解池作为预处理单元的设置、污泥消化水解和超声波热解等技术，由于这些研究尚在进展中,因此选择这些技术时需要特别注意的是要通过现场试验对预处理单元出水的有效碳氮比和全系统的脱氮效率进行核算，对污泥的来源和投碳目的工艺分别进行碳、氮、磷的物料衡算，当可用碳源相对需去除的氮、磷而言足量时,将其作为反硝化碳源才是可行的。
2.1。2 外碳源利用
研究表明,向缺氧区投加甲醇、乙酸、乙酸钠，其反硝化速率可提高到1～2 倍；其中甲醇适合长期投加，其反硝化速率会因专性甲醇菌的驯化而得到提高，而乙酸钠适合短期投加，其反硝化速率为3 者中最大,而其中不同碳源混合投加,反硝化速率将得到更大提高.
从甲醇、乙酸、乙酸钠3 种商业碳源的主要优点（所需的投加量、反硝化速率提高的幅度以及价格成本）看，相对来说乙酸钠适应性强、效果优，而甲醇适应期长、价格优，二者作为外加碳源较适宜；糖类同样可以作为外加碳源，只是由于其反硝化速率较低，更适用于占地不受限的项目，因此不作为快速碳源推荐.
外加碳源可优先考虑含小分子有机酸、醇类和糖类的工业废水如酒业废水、制药废水等，不足部分再辅以乙酸盐、甲醇、乙醇等商业碳源。
玉米芯、树枝和刨花等廉价的农业废弃物作为反硝化的碳源物质，属于大分子慢速反硝化有机碳源，适用于常温、占地不受限制的项目，其工程性应用还有待进一步的实践.
2。2 低温应对技术
研究表明,低温条件下活性污泥的硝化与反硝化速率的大幅下降，水温低于12℃时，污泥的硝化速率一般在0.6~0.8 mg·g-1·h-1 左右，反硝化速率在0.5～1 mg·h-1 左右，与常温相比降低了1 倍以上；可见硝化与反硝化速率过低是低温条件下脱氮效果不佳的主要原因；低温应对技术[7］包括低温强化硝化和低温强化反硝化两部分内容。
延长好氧水力停留时间、提高污泥浓度、延长泥龄等措施都能在一定程度上提高硝化效果,相对而言,延长停留时间效果较明显;在设计容量一定、污水处理厂占地受限的情况下，上述措施难以实施，可以采用好氧池投加填料的IFAS （一体化固定膜活性污泥)工艺或投加包埋硝化菌的工艺提高硝化速率来强化硝化：低温下IFAS 工艺中，其填料（40％左右的投加率）附着生物的硝化活性和硝化速率都要高于同一系统内的活性污泥，硝化活性约是活性污泥的3 倍以上，硝化速率约是活性污泥的5 倍左右；而包埋硝化菌工艺在低温条件下受水温影响更小，强化硝化的效果也更明显,仅以12％投加率，其硝化活性是活性污泥的3 倍以上。
试验与工程实践表明，采用提高生物量的MBR 工艺能够在很大程度上满足硝化的要求，并能在一定程度上强化生物脱氮，进一步的机理性研究尚在进展中.
总之在原有工艺优化运行潜力不足的条件下,采用提高硝化速率的IFAS 工艺和提高生物量的MBR 工艺均能在一定程度上达到强化脱氮的目的.
2。3 化学除磷的合理性
另一个比较关注的问题是在碳源不足的条件下,为保证生物脱氮的效果,采取牺牲生物除磷、采用化学除磷的做法是否合理？
去除1 kg 磷需要10 kg 快速碳源，而10 kg 快速碳源可以去除2 倍以上的氮；去除1 kg 磷需要化学药剂PAC(聚合氯化铝，2 000 元·t-1）11～22 元,需要醋酸（5 000 元·t-1）45 元，不难看出投加化学药除磷，可以节省两倍以上的外碳源费用，并去除两倍以上的氮；这是一个较为合理的选择;此外还可以考虑采用附近饮用水厂的污泥进行化学除磷，进一步节省药剂费,北美已有很成熟的案例。