污水处理厂一级A提标改造工程中深度处理技术选择

摘要： 通过总结太湖流域污水处理深度处理的先进技术、设备和经验，结合武汉市污水处理厂实际特点，对技术先进性、经济可行性各方面进行分析论证，以便指导武汉污水处理厂升级改造工程。

关键词：污水处理；一级A 提标改造 ；深度处理

中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：

1.概述

2005年和2006年，国家环保总局先后以发文和公告的形式，要求城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域与湖泊、水库等封闭半封闭水域时，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准（以下简称一级A）。[1]由于太湖流域的无锡供水危机及蓝藻爆发重大水污染事件爆发以后，太湖流域地区全面加强水污染治理工作，严格执行一级A排放标准，由此推动了太湖流域乃至全国的提标改造和新建、扩建工作，通过技术攻关及示范项目，积累了大量的科研成果和工程实践经验，为指导其他地区的提标改造提供了理论和实际依据。武汉市目前还未进行大面积提标改造工程，因此通过总结太湖流域的成功经验，以便指导武汉市的下一步升级改造工作。

2. 深度处理

深度处理是针对污废水的原水水质和处理后水质要求可进一步采用的三级处理或多级处理。根据二级处理出水水质情况以及不同的最终用途，介绍四种深度处理工艺：

1、直接过滤：即二级处理出水直接过滤，主要过滤手段有砂滤、膜过滤和机械过滤。适用范围：二级出水SS不超过20mg/L，二级出水TP含量较低，其它指标基本能达到一级A。

2、混凝过滤：即在过滤前投加絮凝剂，根据有无沉淀措施又可分为接触（微絮凝）过滤和混凝-沉淀-过滤。接触（微絮凝）过滤适用范围：二级出水SS不超过20mg/L，浊度不超过10NTU，二级出水TP浓度不宜过高，一般低于1.0mg/L。混凝-沉淀-过滤适用范围：二级出水SS和TP不达标，NH3-N和TN达到一级A，COD和BOD5达到一级B标准。

3、硝化反硝化+混凝-沉淀-过滤：即在混凝-沉淀-过滤前增加曝气生物滤池、反硝化滤池等硝化反硝化措施。适用范围：NH3-N和TN未达到一级A，COD和BOD5未达到一级B标。

4、反渗透等其它方法：即在过滤单元后增加反渗透等工艺手段，进行软化、除盐，满足高端再生水用户要求，如锅炉补给水等。

结合武汉市目前中水回用的情况来看，中水基本仅限于污水厂内自用，因此以下分析主要针对前3种深度处理工艺流程，从三个方面来分析：

（1）混凝（即除磷药剂的投加）

混凝投加药剂主要有铁盐和铝盐，按形态又可分为单体混凝剂和聚合混凝剂，通常单体混凝剂以除磷为主要目标，聚合混凝剂以除浊为主要目标。

在污水处理厂中，根据化学药剂在处理流程中投加点的不同，化学沉淀除磷工艺主要有4种，前置化学沉淀、同步化学沉淀、后置化学沉淀和后继接触过滤[2]。其中后置除磷有利于根据出水水质情况精确控制投药量，有条件时应优先采用，对于改扩建项目，无多余场地单独建造混凝沉淀池时，应采用同步化学除磷。同步化学除磷由于混凝条件无法控制，混凝药剂多采用经验投加（南方污水颗粒密度大，无机质含量高，投药量与进水TP浓度相关性较差）。

（2）过滤

过滤主要分为砂滤、膜过滤、机械过滤三种，其中机械过滤又分为转盘过滤器、滤布过滤器两种。

从以上比较，结合武汉市政污水情况来看，武汉市现有污水厂一级A升级改造深度处理部分仍将以机械过滤为主，主要原因有两点：一是武汉市水资源丰富，水价不高，中水回用市场还未形成，各污水厂目前中水都只用于厂内脱水机冲洗和绿化，加之膜过滤投资建设成本过高，且运行费用不低，因此普遍缺乏在满足排放标准的基础上进一步提升水质的动力。从全国范围来看，目前准备以膜过滤作为深度处理措施大规模应用的也仅有北京市（高碑店100万吨/日、小红门60万吨/日、清河32万吨/日）。但作为一项新技术及发展趋势，应保持持续关注。二是砂滤的主要问题在于水头损失过大，武汉市绝大多数污水厂尾水都是靠重力自流入水体，工艺流程末端可利用的水力高程有限，砂滤池用于升级改造，需二级提升，投资运行成本不划算。对于新建的污水厂，只要占地面积许可，从抗冲击负荷、投资和运行管理方面，推荐采用砂滤池。

对于机械过滤，从过滤原理来讲，外进内出比内进外出更易清洗，同时滤布过滤器比转盘过滤器浸没面积大，反洗水头小，因此对于机械过滤可使用滤布过滤器。

（3）硝化反硝化滤池

当通过改造二级处理出水NH3-N、TN指标仍不能达标时，此时就需要硝化反硝化滤池作为把关措施进一步去除NH3-N和TN，目前硝化反硝化滤池主要有曝气生物滤池、深床滤池和活性砂滤池。

曝气生物滤池：生物氧化和过滤合二为一的处理单元，主要针对NH3-N指标，一般采用向上流，即气水同向。

深床滤池：采用比普通砂滤池粒径更大的2~4mm均质石英砂滤料，滤床深度达到1.5~2.0m，其特点是允许固体杂质透过滤床表层，深入数英尺的滤料中，达到整个滤池纵深截留固体物，并形成生物膜，同时配以碳源投加，实现TN的去除。

活性砂滤池：主要由多个同类型活性砂过滤器单体及其辅助设备组成，基于逆流原理，待处理的原水通过进水管进入过滤器内部，经底部布水器均匀分配后，向上逆流通过砂床。在上升过程中，原水中的污染物被砂床截留和吸附，滤后水在过滤器顶部汇集并通过溢流堰流出过滤器。在压缩空气的作用下，活性砂过滤器底层被污染的脏砂经空气提升泵提升至过滤器顶部的洗沙器中，通过水流的紊流作用使污染物从脏砂表面分离出来。清洗后的净砂利用自重返回到砂床中，而清洗砂所产生的污水从过滤器的洗砂污水出口排出。活性砂滤池配以外加碳源或曝气还可分别实现反硝化或硝化功能。

从武汉市各污水厂来看，进水NH4-N都在15~30mg/L，TN都在20~45mg/L，进水氮水平总体来说并不高，大部分厂通过改造，强化二级处理脱氮功能，都能保证NH4-N、TN出水达到一级A标，同时考虑到水头损失的问题，因此作为武汉市各污水厂升级改造来说，因此不会大规模采用硝化反硝化滤池，但作为一项深度处理技术发展方向，应保持关注。在新建污水处理厂中，此类滤池可以推广，不需要脱氮时，作为普通滤池使用，需要脱氮时，外加碳源或曝气，作为脱氮把关措施。

3、碳源投加

目前，提高TN去除率的常用措施有：增大混合液回流比、延长缺氧池水力停留时间、多级A/O短程硝化反硝化等，但最为有效和直接措施的仍是补充碳源。补充碳源主要有两种途径：一是通过多点进水、污泥发酵、水解等措施挖掘内部碳源；二是投加外部碳源。当内部碳源仍不能满足脱氮需要时必须投加外部碳源。

目前常用的碳源有甲醇、乙醇、乙酸钠、乙酸等。

不同外加碳源价格成本比较

采用外加碳源可在一定程度上提高反硝化速率，乙酸钠适应性强、效果好，甲醇适应期长、价格低，两种碳源作为外加碳源较适宜。当城镇污水处理厂当地或附近有可利用的廉价碳源（酒精废水、制药废水等）时，应进行技术经济比较后，因地制宜选择合适的外加碳源。酒精废水、制药废水等可以作为快速反硝化碳源加以利用。[3]

4、MBR

随着PVDF超滤膜的国产化和价格的大幅下降，国内应用MBR的工程也越来越多，截止2009年底，全国规模大于1万吨/天的MBR工程约30个，其中市政项目约占一半，主要集中在北京、江苏和云南等地区，规模最大的项目是湖北省十堰市神定河工程（11万吨/天），2010年还有7个大型MBR项目在建。

下面结合无锡城北污水厂（以下称城北厂）的情况总结MBR工艺的特点：

1、出水水质良好，配合A2/O等脱氮除磷工艺，出水各主要指标基本能满足地表水Ⅳ类标准。

2、污泥浓度高，泥龄长，装置容积负荷大，占地省。

3、剩余污泥产量低。产泥量由厂内常规的1.2~1.3吨干泥/万吨水降至1吨干泥/万吨水。

4、脱氮效果好。池内泥龄长，硝化效果受低温影响小，同时高污泥浓度可以促进内源反硝化，形成同步硝化/反硝化，强化TN去除效果。其前三期工程冬季基本需投加碳源3个月，而MBR只需投加1个月。

5、促进除磷。膜能有效截留胶体磷，使得出水磷下降。

6、建设成本较高。可以从两组数据来了解，城北厂四期5万吨/天，总投1.85亿，其中一次费用1.4亿（新建构筑物仅沉砂池和生化池），吨水造价达到2800元（按一次费用）。另据江苏省提标建设技术导则提供的数据，3万吨/天MBR生物池投资额为6200万（仅指MBR生物池），吨水造价达到2066元。[4]

7、运行成本高。运行成本较厂内常规工艺提高约30%。

MBR在工程中应用，有几点需引起注意：

1、预处理部分。MBR工艺中需设置超细格栅（中空纤维膜组件，0.8~1.5mm，平板膜组件，2~3mm）去除头发和纤维状物质。

2、膜通量的选择。膜通量的选择直接关系到整个工程的成败，膜通量选择过大，会造成运行时跨膜压差上升过快，反洗频繁，直接影响系统的正常运行；膜通量选择过小，造成所需膜面积的增大，直接增加工程投资总额。对于具体项目有条件时，最好通过中试、小试确定合理的膜通量。以城北厂为例，5万吨/日规模，设计膜面积为105700m2，得出设计膜通量为0.02m3/h。

3、膜污染的控制。膜污染主要从膜的抗污染性和优化清洗两方面来控制，膜自身的抗污染性主要取决于膜材质本身，同时考虑其机械强度等因素。MBR分为在线清洗和离线清洗，也可分为物理清洗和化学清洗。如何优化清洗，有效控制膜污染，减少反洗频率，也是各个膜厂家技术研发的重点。城北厂四期工程运行已有半年多，还未离线清洗过，在运行初期4万吨/天时，在线化学清洗每半月一次，现6万吨/日，在线化学清洗每周一次，清洗药剂采用NaClO。

目前，制约MBR迅速发展的主要因素还是其高昂的价格和运行成本，据初步测算，MBR工艺总投应在3000元/吨以上，其中MBR生化池部分在2000元/吨左右。从全国MBR使用最多的几个省份分布情况来看，主要集中在太湖、滇池等重点污染治理流域，或是北京这样对出水有较高要求的地区。因此，对于武汉来说，在市政污水厂中大规模推广MBR目前还不成熟，但随着国产膜的不断涌现，以及膜价格的不断下降，MBR应用的前景还是非常广阔的。

参考文献：

[1] 郑兴灿，重点流域城镇污水处理厂执行一级A标准的问题讨论，全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会论文集，2010.07

[2] Boiler M．Nutrient removal form wastewater proceeding of 7thEuropean Sewage and refuse Symposium[J】Munich：EwPcAIFAT，1987：19—22．

[3]王阿华，城镇污水处理厂升级改造必须考虑的技术问题探讨，2009 年全国给水排水技术信息网年会论文集，2009

[4]江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标建设技术导则, 光明日报出版社ISBN：1511217805，2010.03.01