寒冷地区中小城镇污水处理工艺提质增效“秘方”何在？-北极星水处理网

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中国科学院生态环境研究中心魏源送研究员近日在以“面向未来的污水处理（下）”为主题的研讨会中，分享了“寒冷地区中小城镇污水处理工艺提质增效的数值模拟优化与应用-以万全水厂为例”的主题报告，以张家口万全污水厂CASS工艺提质改造为例，系统讲解了从问题诊断、模型建立、校准、模拟优化，到方案实施、水厂应用的全流程，并对改造后的运行效能进行了全面分析。

污水处理厂提质增效的总体思路及要素

污水处理厂提质增效基本分为两大类：1）处理规模达标，出水水质不达标；2）处理规模和出水水质均不达标。对此，污水处理厂升级改造应包含以下要点：

问题识别与诊断：污水处理厂现有运行状况评估与分析，重点是水质特征解析、单元工艺与设备的运行效率、活性污泥特征分析，核心是透彻的进水水质特征分析、工艺分析和运行操作分析，尤其是脱氮所需的碳源特征及其分配分析。明确主要问题（水质不达标或水质和规模均不达标条件下的主要问题），重点包括工艺、设备、水力等方面的不足，确定制约污水处理厂升级改造的“瓶颈”问题。

制订升级改造的总体工作思路与技术方案：

污水处理厂的升级改造主要考虑如下三方面“工艺改造、设备改造和水力改造”，制订升级改造的技术方案需要考虑现有工艺、设施（构筑物等）、设备与场地的利用，统筹兼顾能耗、成本（包括投资费用和运行费用），核心目标是升级改造后的污水处理厂不仅能稳定达标运行，而且尽可能降低单位投资与运行成本和能耗。

例如，针对脱氮的升级改造需求：

在碳源方面，确定以“进水碳源的优化分配为主，外加碳源为辅”的原则；
工艺选择的原则：着重考虑尽量利用原有构筑物，投资少；工艺运行可靠、灵活性强；处理效率高，能耗低。
在设施和场地方面：通过优化工艺操作、改善水动力条件和选用高效设备（如曝气设备与系统、水下推进器等），尽量利用、改造原有构筑物、场地与设备；
新技术的选用：如短程脱氮、厌氧氨氧化技术，但需要有工程应用的案例和经验积累。

模型模拟是制定升级改造方案的利器，着力从工艺改造和水力改造入手，重点应用反应动力学模型（如ASM）和水力学模型（如CFD）及其耦合模型，为精准施策、高效制订升级改造技术方案提供技术支撑。

升级改造方案的应用与评估：基于上述提出的升级改造方案，在充分吸收现有污水处理厂运行经验的基础上，方案提出单位、设计单位、建设单位和运营单位等需要充分协商讨论，重点关注进水水质特性、现有工艺设计的不足、场地与池容受限、投资与运行成本（包括能耗），进一步优化、细化升级改造方案和设计方案，并经过论证后付诸实施，然后评估改造后的污水处理厂运行状况，及时发现和解决改造后的相关问题。

污水处理厂升级改造的经验总结：经过上述升级改造过程，结合文献调研，针对不同类型工艺、不同地区、不同规模的污水处理厂升级改造进行系统总结与分析，以便今后分类施策、有的放矢推广应用。

特别提醒：改造不同于新建，特别需要注意水厂的资料收集与运行分析，明确现有水厂存在的主要问题（工艺、构筑物和设备），做好改造措施与现有构筑物与设施的衔接。同时，污水厂升级改造过程，需结合文献与现场调研，针对不同工艺类型、不同地区、不同规模的污水处理厂升级改造进行系统总结与分析，以便今后分类施策、有的放矢推广应用。

以万全污水处理厂为例，提质增效的总体思路：以总氮TN达标为例，CASS工艺的数值模拟与优化

其技术路线如下：

改造前项目基本情况：

万全污水净化研究中心（城镇污水处理厂）始建于2007年7月，2009年7月投入运行。采用CASS工艺，其生物污水处理工艺进水为生活污水，设计出水水质为一级B标准。设计处理规模为20000 m3·d-1，实际处理规模15000 m3·d-1，提质增效要求处理出水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。