我国城市污水处理现状及城市污水处理厂提标改造路径分析

近年来，随着我国经济的发展，人口的增多，我国水污染问题日益加剧，湖泊富营养化问题更加突出，如何控制水体污染，更好地利用水资源成为我们亟待解决的问题.城市污水处理厂作为污水处理的重要设施受到人们的关注，然而我国早期建设的污水处理厂由于缺乏脱氮除磷的设施，导致出水水质氮磷超标，氮磷元素的大量存在，严重破坏了水体，水体富营养化日趋严重，导致环境压力进一步增大，因此，对早期建设的污水处理厂进行提标改造，提高对污水氮磷的去除率，对我国水环境问题的改善具有重大意义.由于我国各个城市污水处理厂处理的水量、进水水质、出水标准等实际情况各不相同，处理工艺千差万别，如何选择合适的提标改造路径是城市污水处理厂提标改造过程中需要解决的首要问题.

1我国城市污水处理现状

随着我国第一座以活性污泥为工艺的污水厂1921年在上海建成污水处理事业在我国得到了迅速的发展.1984年，第一座大型城市污水厂天津纪庄子污水厂开始运营，标志着我国城市污水事业正快速发展.我国早期城市污水基本处理手段是稍加修整郊区的坑塘洼地、沼泽或者废河道，再者是围堤筑坝，建成稳定塘.我国污水处理最早研究的是传统活性污泥法，并在研究基础上得到了工程应用，该法可以在低成本情况下，得到良好的出水水质，是我国大部分城市污水厂使用的处理工艺.基于传统活性污泥法工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺及AB法工艺的生化处理工艺因效果稳定，易于操作管理、且成本费用较低等优点，在我国得到广泛应用.

随着我国城市化进程的加快，城市水污染问题日益突出，城镇污水的排放量呈现递增趋势.具不完全统计[2]，从1990年至2003年我国污水总排放量增加100亿m3，2003年污水排放量460亿m3，2011年我国城镇污水排放量高达1050亿m3，其中中小城镇在城镇污水排放量在城镇污水排放量中占到30%.

一大批新的污水处理厂的建设和运行[3]，体现出我国对于城市污水问题的重视，也表明了政府改善城市污水现状的决心.至2010年末，我国90%以上的城市均建有污水处理厂，截至2010年底，我国城镇生活污水设施处理能力已达到1.25亿m3/d，城市污水处理率已达77.5%，2014年我国城镇污水处理厂共3900余座，日处理能力1.55亿m3/d，其中一级A项目860个，日处理能力2925万m3.近几年仅辽宁省就陆续建设了许多不同规模的污水厂，污水得到一定程度治理，但治理污水的任务仍相当繁重。

表1为国家相关标准对二级污水处理厂的出水水质要求，随着“十二五”节能减排目标的推进，我国对城市污水处理厂出水水质的标准不断提高，《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定，城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级A标准.基于传统活性污泥法为主要处理工艺的早期投建的城市污水处理厂迫于政策和环境压力，对污水处理厂进行提标改造势在必行。

我国的污水处理事业迅速发展的同时也面临着许多问题和挑战，具体体现在以下几个方面，①建设资金缺乏建设污水处理厂需要很大的资金投入因此资金的缺乏就成了限制污水治理的一大障碍.随着我国经济的发展及人们环保意识的提高，会有越来越多的资金投入到城市污水处理厂的建设当中.②污水处理厂运行费用高，导致污水处理厂的很多设备成为摆设.针对这一问题，政府处理加大对污水处理厂的资金投入外，还相应的改革了运行机制，多元化的管理模式如:TOT模式，

托管运行模式、BOT模式等，将是我国城市污水处理厂未来发展趋势[6].③污水处理厂处理后的水直接排放，一方面造成下游河道污染，另一方面浪费了可再次利用的水资源.对于再生水的利用我国还需要不断引进国外先进技术，开发多种途径.④早期建设的城市污水处理厂虽然去除有机物、悬浮物的效果较好，但对氮、磷的去除效果并不明显，已经达不到目前我国对于城市污水的排放标准—《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002).目前我国大部分的污水处理厂面临提标改造的问题.如何提高氮、磷营养物的去除率成为城市污水厂运行和控制的热点问题.

3城市污水处理厂提标改造路径分析

提标改造就是在现有污水处理厂不进行大规模的改、扩建的前提下，通过改进原工艺或者增建污水处理设施，增加污水的处理能力和处理效率，尤其是提高污水中氮、磷的去除率，从而满足我国城市污水排放新标准。

对于污水处理厂来说提标改造主要分为如下5个方面[13]:①以提标水质为目的的主体工艺改造②主体工艺改造而造成的附带工艺的改造，如在保持污泥消化系统不动的前提下，污水处理系统改造后，污泥处理系统需要相应的增加或原有构筑物需要改造③污泥终极处置工艺改造：如污泥的深度处理，污泥的资源化利用;④除臭工艺改造;⑤设备的更新及升级.我国城市污水处理厂的升级改造则多以主体工艺改造为主，主要思路包括对原工艺进行改造即强化生物处理和增加深度处理两个方面.

3.1对原工艺进行改造

将原有的生物处理工艺升级改造是我国大多数污水处理厂提标改造的主要方式，主要是将原工艺增加脱氮除磷的功能.污水脱氮除磷工艺中，最常用的方法是活性污泥法，通过微生物代谢作用完成水质净化过程.根据原工艺状况，同时要充分考虑污水中氮磷的去除，在提标改造过程中要首先考虑带有同步除磷脱氮功能的污水处理工艺.在我国应用较多的脱氮除磷工艺主要有A2/O工艺、悬链式活性污泥法、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、氧化沟工艺、SBR、CASS工艺等工艺，且各工艺的运行经验比较成熟，都可以达到脱氮处理的要求，其中氧化沟、悬链式曝气活性污泥、SBR、A2/O及其改进型工艺，在工程投资、处理成本、处理效果等方面比较理想，在我国污水处理厂提标改造过程中得到广泛应用.

3.1.1A2/O及其改进型工艺

A2/O工艺是普遍使用的一种生物除磷脱氮工艺，国内运行的经验最为丰富，也是最常用于城市污水处理厂提标改造中的改进工艺，其工艺流程图如图1所示.对A2/O工艺的变型工艺改良是在A2/O工艺前端添加厌氧/缺氧调节池，污泥回流至前端添加厌氧/缺氧调节池里，当进水氮磷浓度高或建设规模较大的情况下可以考虑改良A2O工艺.济南市第一污水处理厂一期工程采用的传统的活性污泥工艺，设计处理水量为22万m3/d，出水达到二级排放标准，在升级改造中把处理能力提高到30万m3/d，把传统的活性污泥工艺改造为具有脱氮除磷能力的A2/O工艺，同时增加深度处理工艺，出水完全达到一级A标准达到了升级改造的目的.另外该工艺还应用在保定市鲁岗污水处理厂的改造工程、扬州市六圩污水处理厂二期工程和清河污水处理厂二期工程.

3.1.2氧化沟工艺及其改进工艺

氧化沟工艺作为活性污泥工艺的改型具有构筑物简单、耐冲击负荷强、处理效果和运行费用低等优点[15]，在我国的应用广泛，在我国南方城市应用较多.图2为典型侧沟式一体化氧化沟，该装置混合液在流经侧沟时一部分经过导流板均匀进入侧沟，固液分离后，上清液通过出水口流走，下沉污泥在重力作用下经侧沟自动下滑，回流至主沟，污水经过如此循环而得到净化，并能取得较好的脱氮效果[16].从处理效果上讲，氧化沟工艺的工程应用效果比较可观.昆明市第一污水处理厂的运行效果表明，TN去除率可以达到70%，TP去除率近90%左右.对于新型氧化沟，如DE型氧化沟和三沟式氧化沟也有相关的工程应用实例，更适于中高污染物浓度的中小型城市污水处理，效果较好，如四川省新都污水处理厂，出水中TP浓度达到0.5mg/L以下.我国四川新都污水处理厂、山东梁山县污水处理厂、北京大兴县黄村污水处理厂等目前都在运用此工艺.

3.1.3SBR及其改良工艺

SBR工艺也称为序批式间歇式反应器法[17]主要包括进水、曝气、沉淀、排水、待机五个过程，限制曝气进水与非限制曝气进水是两种基本的运行方式且该工艺不会发生污泥膨胀.根据运行方式改进后具有除磷脱氮功能的主要有ICEAS、DAT-IAT(曝气池+反应池)工艺、CASS工艺等.国际上较多的中小型污水处理厂常采用CAST工艺，循环曝气活性污泥法CAST是SBR工艺的变型工艺，属于间歇式活性污泥法.与传统SBR相比，CAST池在主反应池前端设置生物反应器用于污泥回流，污泥回流泵将主反应区的活性污泥回流到生物选择器中，图3为CAST工艺构造图.生物选择器中溶解氧浓度低于0.5mg/L，选择器呈缺氧-厌氧环境状态.SBR工艺及其改良工艺在我国浙江遵义市污水处理厂、河南山阳县污水处理厂、江西宜宾市南岸污水处理厂及四川五通桥区污水处理厂(二期)等均有应用.

3.1.4悬链式活性污泥法

悬链式活性污泥工艺也被称作百乐克工艺(BLOLAK)，该工艺作为活性污泥处理特色系统，已经在国内外有了广泛的应用，积累了丰富的实践经验，技术成熟，不仅可以达到去除有机物的目的，也能满足污水对氮磷指标的排放要求，图4为百乐克工艺流程.悬链式活性污泥工艺的反应池型比较灵活，可以根据地形，采用投资低廉、池易于开挖的土地结构，铺设HDPE防渗透膜以保护地下水与污水的隔绝.但该工艺降低了土地利用率，适用于工厂企业的生产废水处理，投资少，效率高.九台市污水处理厂(1.0×104m3/d)，2009年投入使用，污泥负荷过低，反应停留时间长达20h，经过控制参数调整，运行效果良好，可以达标。

3.2增加深度处理

污水深度处理是一种新的污水处理技术，主要是在污水预处理及主处理的基础上，用物理化学处理法、生物处理法及膜处理法去除二级出水中存留的细菌、重金属等危害人体健康的有害有毒物[19-22].对于常规城镇污水水质，为使出水达到一级B质，以实现污水的回收和利用的一种处理技术标准，将二级生物处理工艺升级为具有生物脱氮除磷的工艺即可完成，但如果出水水质执行一级A标准的话，处理难度会加大，就需要考虑增加深度处理环节.根据国内外经验，利用新型过滤工艺可以提高对SS和有机物的去除率，化学除磷可以强化对TP的去除，强化脱氮工艺可以提高TN的去除率.常用的深度处理方法主要有混凝沉淀法、砂滤法、臭氧氧化法、离子交换法、膜处理法、活性炭法、催化氧化法、曝气生物滤池技术等.

3.2.1混凝沉淀法

该方法是通过投加混凝剂将二级处理出水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物凝聚成大颗粒的絮团，在沉降设备中进行絮团和水的分离.我国大多数污水处理厂在进行升级改造中都使用此方法[3].张中亮[23]对四种常用的混凝剂:聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)、硫酸亚铁和硫酸铝处理效果进行了对比，发现处理效果依次为PAC>硫酸铝>PFS>硫酸亚铁，其中PAC的混凝效果最好，在投加量为25mg/L时，可使浊度从4.95降到0.808，去除率可达83.7%，可以对生活污水处理厂出水进行深度净化.

3.2.2膜处理法

膜处理法分为纳滤、超滤、微滤和反渗透，是用一定的具有选择性分离功能的材料来分离膜处理法水中污染物质，由于膜处理对水质适用性强，并且运行稳定，在运行过程中不需要投加其它物质，因而不改变分离物质的性质.李萌等利用纳滤技术研究了膜对不同离子的截留效果，结果表明:通过运行参数的优化可以使纳滤膜对Mg2+的去除率达90.69%对Mn2+的去除率达89.72%对Ca2+截留率最高，高达100%.超滤技术在废水深度处理中主要用于工业废水的处理.由于膜处理法投资较大，适用于处理量较小要求标准很高的污废水.辽宁省辽阳市中心污水处理厂在2013年提标改造工程中，增加了膜处理单元，运行两年以来出水稳定达到一级A标准.

3.2.3臭氧氧化法

该法是利用臭氧的强氧化性，氧化污水中的有机物，能去除异味和臭味，主要优点就是没有二次污染，且流程简单，反应迅速.在污水处理中，一般将臭氧作为预氧化剂，现在国内外广泛应用的工艺为:O3(预处理)+生物活性滤池.张金松[27]等对此工艺研究表明，此工艺比普通的活性炭工艺的去除COD(去除率高达68%)更有效.臭氧可作为废水的深度处理主要是臭氧在高pH(9～10)下诱发臭氧产生强氧化能力的羟基来氧化废水中的氨氮.

4结语

城市污水处理厂提标改造方式除对原工艺进行改造，增加深度处理两个方面外还可以选择采用化学除磷等方法，同时还要注重污水的源头控制.总的来说二级污水处理厂的提标改造路径的选择要充分利用原有工艺，选用投资少、效果佳、运行方便的路径，改造过程中除了要重视污泥的无害化资源化利用外，还要考虑再生水的回用问题，从而真正实现污水处理厂的可持续发展。

转自：北极星环保网