污水厂一级A排放标准的升级改造工艺
根据污水处理的目标和程度，城市污水处理工厂的发展主要经历了三个阶段。
(1)一级污水厂，主要去除悬浮物和较大颗粒，一般采用沉砂池和初沉池。这类污水处理厂主要建于20世纪初，污水中BOD5和SS的去除率分别为30%和50%左右。目前，一级污水厂仅在特殊情况下使用，或作为更高级污水厂分期建设的第一阶段。
(2)以生物处理为主体的二级污水厂，即一般在预处理的基础上增加曝气反应池和二级沉淀池。这类污水处理厂在20世纪50年代后发展迅速，能去除水中可生物降解的有机物、悬浮物和部分营养物质(氮、磷)，特别是污水中COD和BOD5的去除率分别可达80%和90%。二级生物处理主要包括活性污泥法(AO法、AAO法、氧化沟OD法、SBR法等。)和生物膜法(生物滤池等。).目前两者都覆盖了国内90%以上的城市污水处理设施主体流程。
(3)“混凝沉淀过滤”深度处理工艺是三级污水处理厂的代表。这种污水处理厂于20世纪60年代末开始建设，90年代逐渐受到重视。主要用于进一步去除废水中剩余的悬浮物、氮磷等营养物质以及其他微量有机物。三级污水处理厂的出水大大降低了污染负荷，对控制水体富营养化和改善水环境质量具有重要意义。
City 污水处理工厂的工艺流程如图1所示。
近年来，由于城市水环境综合治理的需求日益增加，作为城市水环境保护末端屏障的污水处理植物的作用日益凸显。相应地，污水厂的水质排放标准要求也不断提高，城市污水处理厂的升级改造也越来越受到重视。污水处理工厂升级是指在现有处理规模基本不变的情况下，通过工艺的改进或增加深度处理设施，使污水厂的出水水质达到更高的污水排放标准。结合实际工程，探讨了污水处理厂出水升级至一级A标准的技术手段，并对深度处理工艺中主要构筑物的选择和特点进行了对比分析，为污水处理厂升级工艺的选择和设计提供参考。
I .废水处理厂的水质标准
目前，我国现行的《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)将基本控制项目的常规污染物标准值分为三个标准，其中第一个标准分为A标准和B标准。统计数据显示，截至2016年底，中国共建设了3552污水处理座工厂，出水水质达到一级A标准的比例约为27%。根据《城市污水处理厂污染物排放标准》( GB18918—2002)和《地表水环境质量标准》( GB3838—2002)的相关规定，如果污水厂的出水水质要从B级标准提升到A级标准，则应进一步降低水中SS、BOD5、COD等物质的浓度，重点是脱氮除磷。另一方面，污水厂一级A标准出水与地面V类水质还有一定差距。为了满足水体富营养化控制的要求，污水处理厂需要采用深度处理技术来减少总氮和总磷的排放。此外，随着国家“水十条”的发布，切实加强了水污染防治，部分地区制定了更加严格的地方标准，进一步接近或达到了氮、磷等污染物的地表水体水质。但结合我国实际发展情况，大部分地区应以一级A标准为主要目标，因地制宜实施污水处理厂。
二、污水处理厂一级a升级改造工艺
2.1污水处理厂现状及问题分析
我国污水厂一级A排放标准升级的主要难点包括以下几点。
(1)已建生物反应池的脱氮除磷效率不高，因为:
①进水C/N比低导致反硝化过程中碳源不足，除磷效果差；
②低温的限制，尤其是冬季12℃以下的水温，严重影响反硝化速率；
③水力停留时间不足，微生物降解不充分，不利于脱氮除磷。
(2)二级生物处理本身难以保证出水SS、TP、TN同时达到一级A标准。
针对以上问题，需要在实际工程中加强二级生物处理工艺或增加深度处理工艺进行升级达标，以保证污水处理厂出水水质达到一级A标准。
此外，由于不同地区污水厂运行状况不同，在升级改造的工艺设计中应分析污水厂实际进出水水质，结合一级A标准出水水质要求，确定污水厂升级改造中主要污染物的去除重点和优先控制顺序。通常污水处理厂水质升级时，已建生物反应池的脱氮除磷能力可能不足，尤其是对TN，需要对生物反应池进行改造，强化生物脱氮，增加后置脱氮工艺，补充碳源。关于TP，目前常用的有生物除磷和化学辅助除磷，化学除磷所用的药剂主要有铁盐和铝盐。两者相比，铁盐形成的明矾致密，沉降性能更好，但铁盐过量加入容易导致出水颜色增加，影响紫外线投射率。而且氯化铁腐蚀性强，对设备耐腐蚀性要求高。因此，在工程设计中应综合选择和确定。
2.2流程选择
(1)污水生物脱氮除磷原理
在传统的生物脱氮除磷工艺中，污水中氮的去除是通过有机物氧化、氨化、硝化和反硝化实现的，这些过程被认为是相对独立的。污水中中等磷的去除是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，在好氧条件下过量吸收磷，然后去除富磷污泥来实现的。在工程应用中，同一反应池中的生物脱氮除磷过程容易受到各种因素的影响(包括温度、pH、碳源、溶解氧、污泥龄、混合液或污泥的回流比等。)且两者相互制约，实际上很难同时获得生物脱氮和生物除磷的高效率。因此，有必要对现有二级生物处理工艺的脱氮除磷效率进行分析，深入挖掘传统工艺的脱氮除磷能力，在污水处理厂升级改造时缩短后续工艺的长度。不同工艺的生物脱氮除磷特性见表1。
(2)升级工艺的选择
二级污水处理厂出水的TN主要是氨氮和硝酸盐氮；TP主要是溶解的正磷酸盐，这是进一步水质标准的主要去除对象。根据水质升级对脱氮除磷的要求，工艺设计方案可分为三种:只脱氮除磷、同时脱氮除磷。在工程上，如果要进行生物脱氮除磷，一般要求进水BOD5/TKN >:或4 BOD5/TP >: 17，以保证足够的碳源；对于同步脱氮除磷，所需的C/N和C/P较高，因为生物脱氮和生物除磷之间存在碳源竞争，碳源不足可能是限制生物脱氮除磷效率提高的关键因素。随着厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、反硝化除磷等新型生物脱氮除磷工艺的应用，可大幅降低污水处理过程的碳源和能耗。
但上述工艺在国内实际工程中应用较少。因此，现阶段我国污水处理厂升级改造的工艺设计总原则仍是以生物脱氮为主，强化生物除磷，辅助化学除磷，同时宜考虑碳源补充措施。
2.3流程设计
2.3.1现有处理装置的改造
(1)初沉池改造
污水厂的初沉池主要用于降低悬浮物的含量(TSS去除率为50%~70%，图2)，保证后续生物处理系统的正常运行。另一方面，初沉池也去除了一定比例的碳源(BOD去除率为25%~40%，图2)，使得污水厂生物反应池进水碳源不足的问题更加突出，影响了生物脱氮除磷的效率。目前，针对污水处理厂现有的初沉池，如果需要根据具体工程条件进行改造，一是将初沉池改为厌氧区或(预)缺氧区，增加生物反应池的水力停留时间；其次，初沉池污泥发酵产生挥发性脂肪酸(VFA)，充分利用内部碳源，提高系统的脱氮除磷效果。杨敏的研究表明，在进水BOD5/TN较低时(BOD5/TN1.2)，应设置初沉发酵罐，可有效提高生物系统的污泥活性，减少外加碳源的投加量。
(2)生物反应池改造
在废水升级改造的工艺设计中，应根据设计的进出水水质，结合现状水质分析，对已建生物反应池的容量进行复核。通过技术改造，充分发挥二级生物处理功能，提高生物脱氮除磷效率。目前，对已建生物反应池改造常用的方法有:①调整功能区。如果已建生物反应池容积基本满足要求，可通过增加土建隔墙或结合初沉池改造对原池内的分区进行调整，或改为倒置AAO工艺、五级Bardenpho工艺、UCT工艺等。②MBBR工艺改造，即一般在优先考虑厌氧区和缺氧区容积的情况下，在好氧区投加悬浮填料，富集微生物，实现活性污泥法和生物膜法的结合，保证二级生物处理效果。这种方法更适用于用地有限、不增加反应池容积的老厂改造；(3)扩减改造，通过降低现有生物反应池的处理规模，降低负荷，延长水力停留时间，同时新建生物反应池，满足污水处理水量要求。
2.3.2增加深度处理工艺。
目前，在污水厂二级生物处理后增加深度处理工艺是保证出水水质稳定达到一级A标准的重要步骤。根据工程设计进出水水质分析和主要污染物控制目标，深度处理工艺设计一般可分为四类，如图3所示。在工程设计中，若二级处理出水水质指标接近或能达到一级A标准，且达标率高，且污水厂进水水质趋于稳定，可采用直接过滤(混凝-过滤)或接触过滤(混凝-过滤)工艺；如果二级处理出水的NH3-N和TN较低，TP和SS指标较高，可采用混凝-絮凝-沉淀-过滤工艺。消毒后，出水可达到一级A标准。其次，如果二级处理的出水水质远未达到一级A标准，NH3-N、TN也较高，可采用曝气生物滤池强化脱氮，再增加混凝-絮凝-沉淀-过滤-消毒工艺，保证出水水质稳定达标。后期如果二级处理的出水还需要脱氮除磷，污水处理厂用地很紧张，出水标准也高(或者高于一级A标准)，可以采用MBR工艺，出水消毒后排放。
污水处理厂的升级改造方法还包括气浮、臭氧氧化、活性炭吸附等。由于各污水处理厂的实际情况不同，出水标准要求也不同，因此最终的设计方案需要经过综合比选后确定(表2)。但在工艺设计中，应优先加强二级生物处理的脱氮除磷效率，减少后续工艺流程的长度，否则可能会增加工程投资和运行费用，也不符合污水厂节能减排的要求。
2.3.3污泥处理工艺的改进
由于污水提质工程的设计规模和进水水质基本不变，新增污泥主要是化学除磷过程中产生的化学污泥，其产量与剩余污泥相比相对较少，因此可以利用污水处理厂现有的污泥处理设施。但近年来，国内环保要求越来越严格，污泥处置方式也发生了变化。因此，在提升污水厂水质的同时，还应注意改造老厂现有的污泥处理设施，并提供除臭装置等。，以满足城市环境卫生和污泥最终处置的要求。郝等人的研究表明，剩余污泥的填埋和污泥的农用方法日益受到限制，而污泥脱水干燥和直接焚烧的处置方法具有明显的优势，对工程实践具有重要的参考意义。
2.4主要结构的设计
(1)高效沉淀池
高效沉淀池是一种集混凝、絮凝、沉淀于一体的新型沉淀池。由于其占地面积小、水力负荷高、污染物去除效果好，被广泛应用于污水处理厂升级改造的深度处理工艺中。高效沉淀池一般包括三个部分:快速混合区、絮凝区和沉淀区。通过投加化学药剂，可以有效去除COD、SS和TP，去除率分别可达60%、80%和90%。根据《城市污水回用工程设计规范》(GB50335—2016)，高效沉淀池的主要设计参数为:搅拌时间宜为0.5~1.0min，絮凝时间宜为8~15min，沉淀池表面负荷宜为10 ~ 20 m3/(m2 & # 8226；h)，污泥回流比应为3%~6%。近年来，出现了用磁粉或微砂强化的高效沉淀池。通过添加磁粉或微砂，可以提高絮体密度，缩短沉降时间，减少化学药剂用量。但在工程应用中，应注意丢失的磁粉或微砂对后续污泥处理处置的影响。
(2)过滤过程
过滤单元作为污水厂深度处理工艺的核心，是保证出水水质达标的关键。目前工程过滤工艺的选择有纤维滤布滤池、V型滤池、微滤、脱氮深床滤池和曝气生物滤池(表3)。其中前三种一般只有过滤功能，主要是去除SS；脱氮深床滤池和曝气生物滤池兼有过滤和生物脱氮的功能，尤其是曝气生物滤池。通过设计不同的池型，可以对BOD5、SS、NH3-N、TN等产生较好的去除效果。在工艺设计上，曝气生物滤池应置于化学除磷之前，以保证进水中磷酸盐等营养物质充足；此外，还应特别注意控制硝化过滤器进水中的氨氮浓度，以保证硝化细菌在冬季的正常生长。
三。结论
(1)未来城市污水处理厂将更加重视污水的深度处理和回用。污水处理厂的升级改造应结合不同地区现状的差异，通过充分研究和因地制宜，确定合理的出水标准和技术方案，以充分发挥污水处理厂更大的工程效益。
(2)城镇污水处理厂一级A排放标准的提升，应首先分析其进出水水质现状，结合水质提升要求确定污染物去除目标，以便在后续工艺设计中优先考虑；深度处理工艺设计需要全面的方案比选。对于TP超标，化学除磷是必要措施；若TN超标，宜优先对现有生物反应池进行改造，缩短后续工艺流程长度，必要时增加后脱氮工艺，并设置额外的碳源补充措施。此外，在升级达标的过程中，还要重视老厂区污泥和臭气的处理，以旧带新，实现污水厂水、污泥、气同步处理达标。
(3)城市污水处理厂面临新形势下技术升级的挑战，以厌氧氨氧化和反硝化除磷为代表的新型生物处理工艺的工程化应用成为迫切需要。因此，通过技术升级，提高生物处理效率，实现更高标准的出水水质，降低药剂消耗和能耗成本，探索能源的可持续性，对污水处理厂的未来发展具有重要意义。(来源:上海市市政工程设计研究院<集团>有限公司；同济大学环境科学与工程学院)
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