广州市净水有限公司510655
摘要：国家对水环境治理越来越重视，国务院引发了《水污染防治行动计划》，要求敏感区域（重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域）城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准。基于此，本论文通过对大坦沙污水处理厂提标改造工艺比选进行论述，研究适合AAO污水处理工艺的提标改造，为污水处理提标改造提供理论支撑。
1绪论
国务院印发了《水污染防治行动计划》，要求敏感区域（重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域）城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准。广东省人民政府《广东省水污染防治行动计划实施方案》及广州市人民政府《广州市水污染防治行动计划实施方案》，要求敏感区域建成区水体水质达不到地表水Ⅳ标准的城市等区域的城镇污水处理设施出水应于2017年底前达到一级A标准及省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）的较严值。因此，大坦沙污水处理厂提标改造项目的实施是响应国家、省、市水污染防治的需要。
2大坦沙污水处理厂现状
2.1厂区概述
大坦沙污水处理厂，位于大坦沙岛坦尾中路，总处理规模55万m3/d，其中一、二期工程用地面积13.33hm2，三期工程用地面积9.48hm2。处理后尾水达到国家一级B标准后排入珠江后航道。
2.2大坦沙污水处理厂设计进、出水水质
大坦沙污水处理厂一、二、三期计进出水质及处理程度见下表3-1-1。
大坦沙污水处理厂一二三期工程提标改造设计出水水质：BOD5≤10mg/L；CODCr≤40mg/L；SS≤10mg/L；；TN≤15mg/L；NH4+-N≤2mg/L；总磷（以P计）≤0.4mg/L；动植物油≤1mg/L石油类≤1mg/L；粪大肠菌群数≤103个/L。
3.1BOD
随着SS和TN的去除，BOD5将得到进一步改善。在设计进水水质情况下，深度处理后BOD5是可以得到保证的，这是因为自养型的亚硝酸菌具有很小的比增长速率μN，与去除碳源的异养型生物相比要小一个数量级以上，因此需要硝化系统比单纯去除碳源BOD5的系统具有更长的泥龄或更低的污泥负荷，现有工程采用A2O工艺，生化池挖潜改造后，污泥浓度提高，气水比提高，保持活性污泥良好的净化功能；充分利用生化池水力学特性，防止污泥沉降，使污泥与原水充分混合，彻底进行碳化、硝化反应。因此本次工程改造中BOD不是去除的主要对象。
3.2CODcr
大坦沙污水处理厂污水主要是生活污水和小部分粪便污水，现状实际进水水质BOD5/CODcr=0.37，属于可生化性的类型，在增加深度处理后，随着硝化过程对系统污泥龄的延长，使得CODcr去除率随BOD5的下降有较大幅度的提高，出水CODcr可达到出水要求，即使原水浓度进一步提高，经过处理后的污水CODcr低于40mg/L完全是可以得到保障的。因此本次工程改造中CODcr不是去除的主要对象。
3.3SS
水中悬浮物（SS）主要是通过物理沉降的方式去除，由于SS的去除，可去除一部分COD、BOD等，因此，SS的去除是本次改造工程考虑的重点。
3.4NH4+-N
本次提标改造工程应使一二三期出水NH4+-N≤2mg/L，标准较高，大坦沙污水厂进水氨氮的去除主要靠硝化过程来完成，需要进一步强化一二三期硝化过程，降低出水NH4+-N的指标，以保证出水，因此NH4+-N是本次改造工程考虑的重点。
3.5TN
TN也是本工程要求处理的指标，从反硝化过程中可以利用NO3-N氧化有机物，既可降低生物处理过程的氧消耗，又可回收部分碱度用以补充硝化反应对碱度的需求，在采用生物除磷工艺时，脱去回流污泥中的硝酸盐氮还可以提高生物除磷的效率，因此在工程设计中考虑部分反硝化有利于生产运行。TN是本次工程考虑的重点。
3.6TP
本次要求污水经过深度处理后污水中TP小于0.4mg/L。单纯采用具有生物除磷功能的污水处理工艺很难达标，三期已建碱式氯化铝加药间，通过在二沉池配水井前仓投加碱式氯化铝，将出水PO4—P降至0.5mg/L。大坦沙一二期改造工程已通过新建附加化学除磷设施进行化学除磷，将出水磷酸盐（以P计）控制在0.5mg/L以下，待改造工程实施完毕后，结合后续深度处理，可以将TP物化投药与SS合并处理，因此除磷是本工程去除指标的重点，但不是难点。
3.7重点指标
综上，本工程的重难点处理项目包括SS、NH4+-N、TN，这些项目需要在工艺设计中重点考虑，其余指标则只需要兼顾考虑。
4提标改造方案论证
4.1改造方案
处理工艺的选择直接关系到处理出水的水质指标能否稳定可靠地达到处理要求、运行管理是否方便、建设费用和运行费用是否节省，以及占地和能耗指标的高低，因此，污水处理工艺方案的选择是污水处理厂成功与否的关键。
根据上节所述的大坦沙污水处理厂深度处理工程污水的处理目标及已确定的污水进、出水水质指标，本次工程主要以去除SS、TN和TP为主。结合大坦沙污水处理厂的实际情况，污水深度处理措施应该由两种工艺路线。
第一种工艺路线：维持现有处理二级处理设施，增加深度处理设施。按照这种工艺思路，深度处理的工艺流程如下：二级出水——硝化生物滤池——部分反硝化生物滤池——消毒渠道
第二种工艺路线：对大坦沙污水处理厂二级处理设施进行挖潜改造，进一步提高二级处理的处理能力，同步增加深度处理设施，深度处理采用具有除SS和TN功能的V型滤池。为保证达标出水，并考虑一定的安全系数，深度处理采用V型反硝化滤池，以应对进水水质贫营养的工况，并预留远景出水水质标准进一步提升的空间。
4.2生化池改造方案
由于用地紧张，在保持现有生化池主体土建基本不变的前提下，对生化池进行改造，以提高其污染物去除效果，主要对比MBBR工艺和改良UCT工艺。
4.2.1MBBR工艺
移动床生物膜工艺（MovingBedBiofilmReactor，MBBR）。该工艺以悬浮填料为微生物提供生长载体，通过悬浮填料的充分流化，实现污水的高效处理。该工艺有以下优势
（1）可同步强化脱氮除磷
采用活性污泥-悬浮填料复合工艺，可实现同一反应器内不同功能微生物的污泥龄分离。复合工艺由于生物填料的投加，为硝化细菌的生长提供了载体，延长其污泥龄，提高脱氮效果；同时控制活性污泥体系为短泥龄，可增强除磷效果；泥-膜在曝气及水流带动下充分流化，促进生物膜更新，防止泥龄过长、污泥老化处理性能下降；冬季水温较低、活性污泥系统不利于硝化菌群生长时，脱落生物膜对活性污泥起到持续接种作用，维持系统硝化性能不下降。
（2）抗冲击负荷能力强，恶劣水质条件下仍表现较好处理效果
MBBR工艺填料区污泥龄长，增大微生物种群的丰度，有利于难降解有机物的处理。低温、高盐、低基质等恶劣水质条件下，MBBR长泥龄及局部存在好氧、缺氧微环境，有利于其对于恶劣水质条件下，适应微生物的筛选与富集，利于驯化嗜冷菌、耐高盐菌等的富集。
（3）无活性污泥工艺易污泥膨胀等问题
采用纯MBBR系统，因为为纯膜法，无污泥膨胀问题；采用活性污泥-悬浮填料复合工艺时，由于老化脱落的生物膜无机质比例较高，密度大易于沉降；且生物膜胞外聚合物比活性污泥更多，具有接触絮凝效果，提高污泥聚集性能，提高污泥沉降性能。
（4）适用于污水处理厂升级改造及立体扩容
适合于污水处理厂的升级改造及立体扩容。工艺运转灵活性高，首先，可以采用各种池型（深浅方圆都可），而不影响工艺的处理效果；其次，可以很灵活的选择不同比表面积填料及不同填料填充率。
4.2.2改良UCT工艺
改良UCT分段进水深度脱氮除磷工艺由一个厌氧区以及三个A/O串联组合而成。工艺采用各段缺氧区或厌氧区多点进水的方式，一般不设置硝化液内回流设施，只需将二沉池污泥回流至反应器首段。工艺具有如下优势：
（1）最大程度地利用原水碳源。
原水采用非反应器首端完全进水的方式，而是按比例分别进入各段厌氧区或缺氧区，原水中碳源多被反硝化菌和聚磷菌生化反应利用，大大减少了好氧区异养菌对碳源的竞争利用，对于低C/N比城市生活污水及工业废水的处理具有较高的脱氮除磷性能。
（2）脱氮除磷效率高。
污泥回流只提升至反应器首段，因而首端污泥浓度明显较高，同样运行条件下，该工艺的平均污泥浓度明显高于传统推流式活性污泥法的污泥浓度，相对提高了弱势菌群（硝化菌和聚磷菌）的竞争优势。此外多个交替的缺氧区布置结构大大提高了反硝化菌通过反硝化过程除氮的可能性，而且厌氧区充分的释磷以及后续池体连续的缺氧吸磷和好氧吸磷过程保证了系统对磷的高效去除。
（3）污泥沉降性好，抑制丝状菌污泥膨胀现象的发生。
交替的缺氧好氧环境，抑制了丝状菌的繁殖生长，污泥沉降性好。
4.2.3比选
基于工艺特点分析和以下原因，推荐采用MBBR工艺：
（1）改良UCT工艺用于提标改造仅在十一五水专项课题中在武汉进行了中试研究，目前没有实际工程案例，虽然投资很小，但水质达标具有一定的风险；
（2）复合式SBF—AS工艺在山东多个污水厂采用，运行效果良好，投资相对较低，但球状网格型填料存在堵塞问题，一般3～5年需要更换填料。
（3）活性污泥－生物膜共存MBBR工艺已经在国内外多个污水厂应用，运行稳定，效果良好。
因此，推荐采用MBBR工艺。
4.3深度处理改造方案
4.3.1纤维转盘滤池方案
转盘滤池（CLoth-MediaDiskFiLter）CMDF就是表面过滤的一种，转盘滤池用于城市污水处理厂二级出水的进一步处理，可有效去除总悬浮固体SS，结合投加药剂可去除磷、色度、重金属等。特点如下：
（1）出水水质好，可截留粒径为几微米（μm）的微小颗粒。
（2）设计新颖，耐冲击负荷。过滤和清洗更合理和高效，这样可承受的水力负荷及污泥负荷也远远大于常规砂滤池。
（3）设备简单紧凑，附属设备少。
（4）设备闲置率低，总装机功率低。
（5）占地面积比其他滤池小很多。由于过滤转盘垂直中空管设计，使小的占地面积可保证大的过滤面积，从而减少了池容。
4.3.2V型反硝化滤池方案
V反硝化生物滤池是指采用固定床过滤的生物膜法恒水位下向流滤池。生物膜的载体是生物滤料，具有比表面积大，生物附着力强的特点。特点如下：
（1）具备反硝化功能。当碳源充足时，反硝化菌通过其正常新陈代谢作用将中水的硝态氮（来自于原水及前端硝化反应产物）分解生成氮气，从而达到去除TN的作用。
（2）过滤功能好。进水中的磷酸盐与混凝剂反应生成的磷酸盐沉淀及进水中的悬浮物可能通过生物陶粒滤料的过滤截留作用，从而达到去除TP及TSS的作用。
（3）主体结构及操作过程简单。V反硝化生物滤池的主体结构与V型滤池相同，滤池的滤料为生物陶粒滤料，滤料下方设有承托层。原水通过V型进水分配渠进入滤池，在重力作用下向下过滤，依次通过生物陶粒滤料层、承托层和滤头，并由底部排出；
（4）反冲洗效果好。反冲洗空气首先经由反冲洗进气管进入滤池底部；反冲洗水经由反冲洗进水管进入滤池底部配水区，由滤头进行均匀配气与配水后进入生物陶粒滤料层，清洗生物滤池，反冲洗废水后经生物滤池顶部的反冲洗废水排水槽至废水管后外排。
4.3.3深度处理方案比选
整体而言，两种工艺都有处理效率高、出水效果好的特点，都能满足本项目的技术要求；
纤维转盘滤池占地面积、水头损失均最小，且土建结构简单，但其总投资较高，且进水水质有一定要求，抗冲击负荷能力劣于其他方案。考虑V型滤池工程经验丰富，运行维护简单，出水水质稳定可靠，经济更优，因此，工程深度处理推荐采用V型滤池。
5结论
根据前几节的论证：大坦沙污水处理厂一、二、三期生化池改造应改为生物膜共池（MBBR）工艺，深度处理应采用V型反硝化滤池。
城市污水处理工程是一项保护环境、建设文明卫生城市的民生工程，污水处理提标改造工艺比选是提标改造的重点，要完成提标改造计划，需多方协调和技术研究，仅以此为日后污水处理厂提标改造项目提供经验及参考。