高排放标准下提标改造技术的运行现状及需求思考
随着环保形势日益严峻，水污染治理要求越趋严格。2015年，国家出台“水十条”，随后各省市相继出台地方“水污染防治行动计划”。部分省市先后制定并实施了污水处理厂污染物排放地方标准，均较现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）更为严格。如北京、天津、安徽、四川等重点城市与流域执行准IV类标准；部分环境容量小的流域，要求执行准III类标准；也有尾水排入封闭水体的地区，如昆明试行的“双5”排放标准。在此背景下，污水处理行业已迅速响应，污水处理厂提标改造纷纷被提上日程。
但不同于新建项目，提标改造项目需考虑的影响因素更多。除分析规模、水质趋势外，还需考虑现状可达性、工艺选择、与现有工艺衔接、现状构（建）筑物改造及利用、用地、不停产/少减产改造措施、外电扩容等诸多限制因素。此外，提标改造对项目整体的投资造价、运行成本有较大影响，进而影响污水处理服务费的定价及收取。因此，其实施难度往往较新建项目更大。
因工业污水处理、乡镇污水处理技术与特点差异性较大，本文仅对市政生活污水处理厂提标改造中比较常见的技术进行分析，着重阐述生活污水处理厂提标改造技术应用、运行现状及需求思考。
常规提标改造技术思路
目前，在各处理单元进行提标改造的常规思路如下：
预处理单元
随着厂外雨污分流的实施，污水厂进水水质浓度提高，对于油污、砂渣等的去除要求进一步提升。可对旋流沉砂改曝气沉砂，以提高预处理效果；对于饮食习惯含油量比较大的地区及后端有膜处理系统的地区，建议前处理增加气浮设施，降低后端膜系统的污染概率，提高膜系统的清洗周期和使用寿命。增加初沉池、固液秒分离设备（SSgo）等一体化预处理设备，降低原有系统负荷，提高预处理效率。
生化处理单元
在高标准下，碳氮指标较GB 18918一级A标准大幅度提高。生化系统改造常用技术手段有MBR，该技术可成倍提高系统污泥浓度及微生物含量，在厂站内不新增用地的情况下，实现水质与水量提升；可采用MBBR与现有活性污泥法结合工艺，提高容积负荷，对生化系统重新分区，以实现碳氮指标的提升；也可对生化系统进行分区，增设多点进水、多段A/O、提升回流比，以提高碳源利用，提升TN去除效率。
深度处理单元
针对准IV类标准下TP、SS提升，其措施主要为强化沉淀过滤工艺，如高效沉淀（加砂、加磁）、砂滤等；针对更高出水要求（如准III类），建议采取气浮、吸附、过（超）滤等工艺，通过混凝反应，固液分离实现TP与SS的提升，与此同时，随着吸附性污染物的去除，COD和NH3-N的去除率可同时提升20%~30%；针对难降解有机物，采取高级氧化、活性炭吸附等技术。
针对TN指标提升要求，应充分分析进水情况，尽可能利用碳源，在生化池采用生物脱氮技术进行除氮；确因碳氮比严重失调难以达标，可增加反硝化滤池，但需关注反硝化滤池投加碳源后出现穿碳，进而导致COD上升的风险；同时，还需关注滤池生物膜脱落导致出水SS超标风险。因此，建议在反硝化滤池后增加保障工艺措施。
不同技术特点简介与运行现状
MBR系统
目前还处于准IV类及以上高标准提标初期，大多技术处于尝试期，也少有实际工程案例，MBR系统依靠其高污泥负荷与过滤拦截能力，在提标改造中充当前锋。其在提标改造项目中应用的特点如下：
（1）水质可达：系统污泥负荷高，抗水质冲击能力较高，适当投加碳源，可有效保障水质达标。
（2）系统稳定性不足：技改项目中往往是将原生化系统进行改造，分隔设立膜区，或将二沉池改为膜池；增设或修改回流设施、设备。而技改项目非新建项目，建设条件往往受各种限制，导致膜系统与生化系统流态差等，引起生化系统浮泥、膜易污堵等情况。
（3）运行成本高：膜系统本来属于高能耗工艺，技改项目中前处理未能达到理想效果，膜易污堵，增加了清洗成本。
（4）抗冲击负荷小，系统扩展性小：受膜通量与产水泵规格制约，膜系统难以提高产水量。在冬季低温期，大部分膜系统的处理通量将大幅下降，导致处理能力受限。同时，在进水浓度较低、来水量充足时，难以提高效益。
多级多段A/O生化系统
该工艺是在传统A2/O、氧化沟、SBR工艺基础上进行分区分段改造，能够提高系统脱氮效率。
（1）采用多级多段A/O，在不外加碳源条件下，脱氮效率可较传统工艺提高5%~10%；可灵活投加碳源，节约药剂量。
（2）多级多段A/O存在的运行难点在于水量分配较难控制，调整到某种稳定工况后就不便再调整，抗水量冲击负荷能力较低。
MBBR系统
采用MBBR系统提标技改，是在既有生化系统中挖潜，通过使用填料作为微生物生长附着的载体，实现生物膜与活性污泥法结合，增加系统微生物量，提高容积负荷，以提高碳氮处理效率。
（1）运行中抗冲击负荷较强。
（2）在不同水质、水温、碳源条件下，挂膜性能差异较大；也存在填料流化状态差，引起系统堵塞、填料流失等困扰。
加砂/加磁高效沉淀池、气浮等除磷系统
（1）加砂与加磁高效沉淀池作为传统高效沉淀池的衍生，具有高负荷、高除磷效率的优势。处理生活污水，通常可将出水TP控制在0.3mg/L以内。而气浮泥水分离效果更佳，可将TP控制在0.2mg/L。如昆明采取气浮试点，TP达到0.05mg/L。
（2）加砂与加磁可节省占地，适用于提标改造项目。
（3）加砂与加磁对水泵阀门等设备、管道磨损较为严重，管道更易堵塞。若土建与设备安装质量不到位，可能引起水流不均、跑砂、跑磁等问题。
反硝化（深床）滤池
（1）用于深度脱氮，可解决二级处理出水硝酸盐引起的TN过高难题，保障出水TN达标，在投加碳源条件下可以做到5mg/L以下。
（2）运营难点在于初期运营挂膜难；进水SS、浮渣较多时引起滤池频繁冲洗，降低挂膜性能；水量波动影响对碳源的精准控制，容易引起穿碳或过量投加问题。
工程案例分析
以成都市某执行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》DB 51/2311-2016（准Ⅳ标准）污水处理厂为例，进行全面分析。
（一）项目概况
该厂总设计规模4.0万m3/d，分两期建设实施。原污水厂采用A2/O+高效沉淀池工艺，执行排放标准为《城镇生活污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
2016年12月，四川省出台《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB 51/2311-2016）,按此标准，该厂进行升级改造，采用MBR工艺，对生化池进行分隔设置膜区，该项目于2019年3月全面调试完成。
工艺流程
污水处理主要生化工艺：A2/O+MBR（图1）
提标改造生化系统主要设计参数
运行现状
提标改造生化系统主要设计参数该污水处理厂于2019年3月整体完成提标改造工程，并调试稳定达到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB 51/2311-2016）中城镇生活污水处理厂排放标准。
水质水量分析
以2019年3月7日-2019年4月7日实测进出水水质及处理水量为基础，进行水质水量分析如表3：
从上表可看出，进水B/C、B/N比分别为：0.38、3.07，污水可生化性、碳氮比尚可，平均处理水量已基本达到设计处理水量，进水中SS、TP超出设计水质，出水水质可稳定达到高排放标准。
主要工艺控制参数
从上表可看出，除DO及ORP外，其他工艺控制参数较一级A标均有较大幅度变化，具体体现在MLSS、污泥回流比控制在较高范围，SRT缩短。
水质达标问题及运行措施
该污水处理厂按高标准运行时间尚短，水质达标难点及运行措施如下。
TP达标措施：MBR系统污泥龄长，偶有进水TP较高，仅依靠生化除磷无法保证出水TP达标，需额外投加大量除磷药剂，增加运行成本；
TN达标措施：MBR高溶解氧、大回流系统，对于利用进水碳源，脱氮不充分。需额外投加碳源才可保证出水TN稳定达标；
预处理对系统的影响：进水SS与油污含量偏高，加大预处理及生化处理难度，生化区与膜区产生较多浮泥。
一期利用原有二沉池改为膜池，二期将原生化池分隔改为膜池，增加隔墙与回流，破坏了原有生化系统流态，加之膜池进出水、回流等点位未精细设计，膜区水力流态较差，系统浮泥较多。后期拟对预处理进行强化，校核生化池流态、调整厌缺氧区搅拌器安装位置与角度，增加机械排浮渣等方式进行运营优化。
MBR系统控制：机械控制产水、反洗、加药，工艺运行控制精度与运行管理要求高。
思考及建议
我国幅员辽阔，各地区的环境、气候和生活习惯等差异很大，污水的水质、水量以及受纳水体的环境容量都不相同，应因地制宜地确定污水厂排放标准。对于湖泊、海湾等脆弱水体，应当制定更加严格的氮、磷等排放的地方标准。针对无富营养化的水体应当制定适当宽松的氮、磷排放标准。
同时，国内高排放标准的各污水处理厂运行稳定时间相对较短，无更多实际运行经验可供参考。从提标改造项目管理与技术角度，可从以下几方面进行考虑。
因地制宜是前提
工艺路线选择与建设方案应充分考虑不停产/少减产、厂区用地等因素，选择最适合的提标改造工艺路线。参考江苏省太湖地区城镇污水处理厂DB 32/1072提标技术指引，按照“先源头控制，后强化处理；先运行优化，后工程改造；先生物强化，后物化辅助”的原则，可经济高效提高排放标准。
便于运行是基础
任何工艺的运行维护管理均离不开人，高自动化程度、减少人工强度是工艺路线选择的基础条件。嵌入技术试点，提升运营水平，降本增效。如按照智慧水务需求，配置基础仪表与信息采集，升级软件系统，逐步实现智慧化转型；有条件厂站可进行新技术试点，为行业提供一些性价比高的技术思路。
在提标改造方案中应充分对既有处理系统进行查缺补漏，利用少许工程措施，优化提升运营管理水平。结合实际运行需求“弹性设计”，如多模式可切换的多段A/O工艺，水泵、风机大小搭配变频控制，以应对不同水质水量冲击；根据检修要求，放空、超越等灵活设计；本着生态友好、对周边环境融合，在技改后厂区恢复，提升绿化与可视化。
二级处理是关键
提标改造核心要放在生化处理段，对现有生化系统进行挖潜，高效利用碳源，将主要污染物指标COD、BOD5、NH3-N、TN控制在高标准范围内。对高标准技术改造，优先对既有设施进行挖潜，优化生化系统运行，采取多级多段A/O，以在生化处理单元实现碳氮降解。
三级处理是保障
深度处理工艺采取气浮、高效沉淀池对出水TP、SS进行保障，反硝化滤池对出水TN进行保障。深度除磷采用气浮技术，气浮相对稳定，也可严控TP排放。辅助投加活性炭，以保障COD达标排放。反硝化滤池前置于除磷单元，既保障滤池穿碳不影响出水水质，而且磷酸盐也利于反硝化滤池挂膜。
投资、成本是核心
工艺的投资造价、运行成本将影响项目最终的污水处理服务费定价、政府财政承受能力。投资节省、运行成本低是工艺路线选择需考虑的核心。
最后，着重再从成本控制上就污水处理厂提标改造后的运行管理提出几点建议。
（1）组织绩效管理：以奖代罚，充分挖掘运营潜能，将生产运行成本的控制节约与运营人员的绩效挂钩，充分调动运营人员工作积极性。
（2）减员增效：通过提高人员办事效率，精简机构及人员，对人工薪酬进行二次分配，提高部分运营人员薪酬。
（3）节能降耗：提升泵、风机的能耗占整个污水处理厂能耗的70%以上，通过合理的工艺控制使得提升泵、风机控制在高效率，可有效降低污水处理厂的能耗。
（4）上游管网普查、修复
目前国内大部分污水处理厂上游污水管网均存在雨污混流、管网渗漏等情况，导致污水处理厂进水量不足、进水水质浓度偏低等问题。建议对上游污水管网进行查漏补缺，提高污水处理厂处理效率。
文章来源：《环保产业》期刊
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