走出污水处理厂提标改造土地制约的困境

1)生化池增设填料

生化池中增设填料就是在活性污泥曝气池中投加悬浮型填料作为微生物附着生长的载体。由于填料的加入，使污水处理机理和效能都大为改变。在这种系统中，微生物生存的基础环境由原来的气、液两相转变为气、液、固三相，载体表面的生物膜与液相中的悬浮污泥共同发挥作用，各自发挥降解优势，形成了一个更复杂的复合式生态系统。在复合系统中由于曝气的作用，悬浮状态和填料表面附着状态的微生物处于好氧状态，主要由去除有机物的异养菌和硝化、亚硝化菌组成。从填料表面的好氧区到填料的内部，由于受到氧转移的影响，形成中间兼氧区、内部厌氧区，存在兼性反硝化细菌，将硝酸盐氮转化成氮气，起到去除总氮的作用。

2)增设曝气生物滤池

曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter，BAF)是将接触氧化与过滤工艺有机结合在一起的一种好氧生物膜法处理工艺。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，对废水中的有机物、氨氮、磷等都有较好的去除效果，同时该工艺具有容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、占地面积小、出水水质好等特点[5]。

2.2三级处理工艺的新建方案

三级处理工艺的新建主要是为了去除二级处理中不能有效稳定去除的污染物，如SS和TP。二沉池出水中的SS一般波动较大，很难达到良好的去除率；而TP的去除在二级处理中主要依靠生化池的生物效应，而冬季水温一般较低，单独的生物效应很难保证达标排放。为实现中水回用和达标排放的目的，二级处理出水必须进行深度处理。

2.2.1混凝-沉淀-过滤

混凝-沉淀-过滤是目前自来水厂采用的主流工艺，当用于污水三级处理时其各处理单元的主要作用有：混凝主要是：(1)澄清降浊；(2)化学除磷。沉淀主要是：减轻后续过滤单元的负荷，防止滤料阻塞，减少滤池反冲洗次数。过滤主要是：进一步去除水中的固体悬浮物，确保出水稳定达标。

2.2.2微絮凝-过滤

微絮凝-过滤就是原水加药混合经过絮凝后不经沉淀而直接过滤的工艺。当污水厂二级处理中SS去除效果较好，同时工艺运行稳定，但需要进一步有效除磷的，后续三级处理工艺可以考虑采用微絮凝-过滤。通过加药微絮凝过程使二级处理出水中溶解态的磷酸离子形成难溶性的磷酸盐，再通过后续的过滤单元得到进一步去除。本工艺减少了沉淀单元，使得工程造价减少，同时工艺流程简洁，运行简单。

2.2.3直接过滤

直接过滤就是二级处理出水直接通过滤池过滤。在污水厂二级处理出水水质较好，并能稳定运行，三级处理可以采用直接过滤。该工艺流程简单，运行费用节省。

从以上三种工艺可以看出：过滤单元是三级处理工艺的核心，是保障出水水质的把关措施。目前，过滤在实际工程中普遍采用V型滤池。V型滤池的特点是：过滤周期长，采用均质深层砂滤料，滤料层利用率高，截污能力强、滤速高、滤后水质好，反冲洗方式为气水反冲加表面扫洗，反冲洗强度小，节省冲洗水量和电耗，反冲洗效果好。此外还有翻板滤池和D型滤池，以及最近从国外引进的转盘过滤器和滤布滤池等。

2.3膜生物反应器(MBR)的运用

MBR[6,7]是将超、微滤膜技术与污水处理中的生物反应器相结合的一种新的污水处理装置。超、微滤膜截留活性污泥混合液中微生物絮体，使之停留在生化池内，使生化池内活性污泥浓度大大提高，并延长了污泥龄，极大提高了微生物对有机物的降解，同时超、微滤膜作为泥水分离单元，可以完全取代二沉池。MBR工艺适用于需要除磷脱氮，同时用地紧张，出水水质要求高或有回用要求的场合。目前MBR工艺的工程投资及运行成本还是相对较高，但随着膜材料研究的不断深入，MBR工艺也将更具有实用价值。

3城市污水厂提标改造困境及对策分析

3.1存在的困难和问题

3.1.1建设用地制约

污水处理厂原规划控制用地指标多按照二级标准预留，近年来，污水、污泥、除臭等处理要求不断提高，在现有用地上，既要满足规划远期处理量，又要满足提标改造的需要，用地已是十分紧张。随着城市发展的不断扩张，污水处理厂厂址从最初的城市边缘逐渐向城市中心靠拢，周边被民用、商用等各种建筑包围，污水厂周边新征用地不仅受到环保距离约束，拆迁也存在较大难度。在这种情况下，污水厂管理企业多被要求在原厂址范围内进行扩建、提标等建设任务，这无疑给设计、施工、运营带来了相当的压力和难度。

3.1.2建设、运营资金的增加

根据对江苏、上海等地提标改造典型工程的实地调查获知，深度处理常规工艺混凝沉淀池、滤池等处理单元，投资均在100元/吨水以上。以一个10万吨/天污水厂为例，从一级B提标至一级A，主要工艺采用生物池投加填料+混凝沉淀池+滤布滤池方案，则主要大型设备需要增加5000万元左右投资，运行成本也相应增加。

3.1.3技术瓶颈

（1）进水水质存在着较严重的工业废水冲击。原则上工业废水必须经过处理后达到“污水排入城市下水道水质标准”后才可纳入城市管网，最终进入污水处理厂。但由于目前我国对点源污染的管理体制和手段尚未健全，工业废水不经处理后直接排入城市下水道的现象屡有发生，因此在确定污水处理厂提标改造进水水质时，必须充分考虑该因素的影响。而根据几家城市污水处理厂主要污染物来源调查研究，经进水水质水量特性分析后发现，工业企业生产废水排放已经对城市污水处理厂进水水质和出水稳定达标产生了不同程度的影响，例如垃圾渗滤液等废水、重金属、有毒有害有机物、硝化抑制物和含氮杂环化合物（不可氨化有机氮）工业废水直接影响到微生物的生存。这些废水不加以禁止或者总量控制，对进水水质波动很大、对生物处理系统造成不可逆的影响，因此如果不加强污染物源头控制，污水处理厂升级改造想要达到预期目标很难得到保障。（2）进水有机浓度低（低碳源）特性。进水水质水量特性和出水水质标准的确定是污水处理工艺方案选择的关键环节，也是我国当前污水处理工程设计中存在的薄弱环节之一。调查结果表明，大多数情况是实际进水水质低于设计值，造成部分污水处理厂未进行升级改造前，大部分出水指标就己经达到要求，但同时由于进水有机污染物浓度（碳源）偏低，导致微生物缺乏营养基质，生物处理效果较差，脱氮除磷效果不理想，影响出水指标很难稳定达标。在目前国内污水厂升级改造过程中，进水低浓度已成为一个共性问题，在水质构成复杂或特殊时，有必要进行工艺动态试验或中试研究，否则即便选择合理的工艺，进水浓度偏低也将成为制约提标改造能否成功的关键因素之一。

3.2因厂而异，选择合适的工艺

目前国内污水厂提标改造生物核心工艺段采用生物脱氮除磷工艺以及膜生物反应器技术较多，而污水厂的提标改造一般包括水力改造、设备改造和工艺提标改造等，其中污水处理工艺升级改造是提高出水水质的关键。与新建污水处理厂不同，污水处理厂升级改造的工艺选择问题相对复杂，通常情况下要考虑三个问题：①尽量利用原有构筑物，投资少；②工艺运行可靠，灵活性强；③处理效率高，能耗低。就处理功能而言，生物脱氮除磷和膜生物反应器技术均可实现工艺升级改造的目的，但从运行成本、管理和节能等方面综合考虑，对工艺的选择仍是提标改造的关键所在。

4解决污水厂提标改造土地制约新方案

虽然目前的城市污水厂提标改造工艺路线中，常用的三级处理工艺可满足污水厂外排水对磷及悬浮物的要求，但土地制约问题突出，很多城市污水厂根本没有多余的土地去新建三级处理设施，在这种情况下，占地面积小，处理能力强的三级处理工艺被迫切需求。

4.1KWI气浮深度除磷新工艺（DephoPackTM）

随着污水处理的排放标准不断提高，要求排入重点流域及湖泊、水库等水域时，执行一级A标准总磷限值为0.5mg/L，甚至对于某些敏感水体如滇池，周边污水处理厂总磷限值达到了0.05mg/L，现有污水处理厂除磷技术不足以改善水质达到总磷限值标准。在这种情况下，污水厂的提标改造，需要通用以及稳定可靠、占地面积小、运行成本低的深度除磷工艺。来自于溶气气浮鼻祖奥地利KWI的浮滤一体化除磷工艺DephorPack™能够满足这三方面要求。

图1.KWI的浮滤一体化除磷工艺DephorPack™

环境工程工艺师开发出新工艺利用化学混凝絮凝、沉淀、过滤、浮选的组合机制可产生低于0.01mg/L的出水正磷酸盐(PO4-P)浓度，总磷浓度通常小于0.10mg/L。

4.2ItN陶瓷平板膜应用于MBR

与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR具有以下主要特点：

一、出水水质优质稳定

由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除。

同时，膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内，使得系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化具有很好的适应性，耐冲击负荷，能够稳定获得优质的出水水质。