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摘要：结合区域和流域的水环境保护要求，城市污水处理厂的升级改造已经成为一种常态，升级改造的技术措施随着排放标准的逐渐提高而提升，应结合具体的污水处理系统进行实际升级改造工艺方案的选择。城市污水处理厂的升级改造应与污水资源化利用进行有机结合，在满足达标排放的前提下，实现一定规模的污水安全回用，切实实现节能减排的目标。
关键词：城市污水厂；升级改造；回用工程；节能减排
随着社会经济发展和城市化进程的加快，水污染问题日益严重，水污染事件频繁发生，给居民生活及社会安全都带来重要影响。自从2007年太湖蓝藻事件爆发，在太湖周边进行的城市污水处理厂升级改造[1]逐渐推广到其他重点流域和地区。从水资源保护的角度来看，目前已有的城市污水处理厂升级改造技术和方法并不能保证水环境的安全，需要更进一步的技术革新和标准提升，并且污水处理厂的升级改造需要兼顾污水资源化利用的要求。
1 国内城市污水厂升级改造的概况
2003年以前建设的污水处理厂多采用传统的活性污泥法处理工艺，甚至部分地区仅采用一级处理后就排放。随着2002年《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的颁布实施，大部分城市的污水处理厂需要采取除磷脱氮的工艺，特别是对部分重点流域和地区，以及排入封闭水体和半封闭水体的城市污水，执行最严格的一级A标准。2007年太湖蓝藻事件爆发，江苏省制定了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》（DB32/1072-2007），并对太湖流域的169座污水处理厂进行升级改造，多数污水处理厂在原有的处理工艺基础上进行除磷脱氮技术的组合与革新，部分污水处理厂通过原有生化处理系统中设置填料挖掘自身的处理潜能[2]，也有污水处理厂在原有处理工艺基础上增加后续的曝气生物滤池、人工湿地、生物转盘过滤等深度处理设施[3，4]。
从处理指标上看，已有的升级改造措施都取得了一定效果，但整体来看城市污水厂升级改造也存在很多问题，如污水处理设备不完备、设备老化、污水处理技术相对落后、污水处理率偏低、经费不足等。以区域或者流域环境治理达标为目的的升级改造技术往往不计成本，造成了城市污水处理厂的升级改造投资跟新建污水处理厂不相上下。而且技术种类繁多，缺乏科学的设计参数和运行管理技术。
2 城市污水厂升级改造技术
污水处理厂的升级改造不是技术的简单组合或者堆砌，应依靠科技进步。多年以来，我国的城市污水处理从最开始沿袭欧美国家的成熟经验和技术，逐渐转变为消纳和吸收。结合我国不同地方的特征，形成具有一定地方特色和技术适应性的技术。污水处理厂升级改造需要结合升级改造的要求，对现有的处理工艺和设备进行评估，发现现有处理设施存在的问题及局限性，结合升级改造要求提出相应的升级改造方案。升级改造应尽可能的利用现有的处理设备、构筑物、仪表等，提出升级需要增加或者改造的设施，在降低升级改造成本的同时，降低升级改造的难度。
2.1 强化化学除磷
对于原有处理设施磷超标的污水处理厂，可以采取一定的化学除磷措施。可以在二沉池前增加化学除磷投药单元，在二沉池中化学除磷产生的污泥与活性污泥共沉淀，达到强化除磷的目的。对于原来采用生物除磷脱氮的工艺，可以在污泥回流过程中增加厌氧磷释放单元，对上清液进行化学除磷。
化学除磷常需要投加金属盐混凝剂和有机高分子助凝剂，在化学除磷的同时，对污水中的有机物、磷和悬浮物有一定的去除效果。但是投加药剂需要带来运行费用的增加，而且产生部分化学污泥[5]，在同步化学除磷工艺中会影响活性污泥的活性。从目前大多数的污水处理厂来看，出水水质不达标往往不仅是磷的超标，往往还有氮类污染物、有机物浓度等超标现象。因此单独的化学除磷工艺作为污水处理厂的升级改造措施具有一定的局限性，往往需要与其他升级改造工艺进行组合。
2.2 强化生物脱氮除磷
传统的生物脱氮过程需要缺氧与好氧的交替，在活性污泥系统中培养一定数量的硝化菌和反硝化菌，通过将好氧条件下的硝化液回流到缺氧区，并利用污水中的有效碳源实现脱氮。生物脱氮一般要求BOD/TN达到3-5以上时才能取得良好的脱氮效果[6]。生物除磷过程需要厌氧与好氧的交替，聚磷菌在厌氧条件下释放磷，同时吸收体外的低分子有机物形成高分子有机物，在好氧条件下高分子有机物分解释放能量供给聚磷菌超量吸收磷，从而将污水中的磷吸收到生物体内通过剩余污泥排放而去除。生物脱氮和生物除磷过程均需要利用低分子有机物作为有效碳源，因此在同时需要生物脱氮和除磷的系统中，不仅要实现厌氧、缺氧和好氧的交替，还需要有充足的碳源，能够满足生物脱氮和除磷的要求。
在污水处理系统升级改造中，强化生物脱氮处理主要进行以下几个方面的研究：（1）通过溶解氧、氧化还原电位、混合液回流和污泥回流比例和点位等保障生物脱氮和生物除磷的需求；（2）利用低氧控制实现短程硝化反硝化、同步硝化反硝化等现象节省溶解氧和碳源需求；（3）培养反硝化除磷菌利用共同的碳源同时脱氮和除磷；（4）在生物除磷过程中结合化学除磷实现污水中磷的回收[7]。
在大多数情况下，生物除磷和生物脱氮同时发生在一个处理流程中。应用最广泛的生物脱氮除磷工艺有A/O工艺、A2/O工艺、Bardenpho工艺、氧化沟工艺。现对传统生物脱氮除磷工艺进行升级改造，例如对于A2/O工艺，需要优化各工艺段的控制参数，在污泥龄、混合液回流和污泥回流、溶解氧和氧化还原电位控制等方面进行改良，如采取两点进水改良型A2/O工艺、两点进泥改良型A2/O工艺、缺氧区前置的倒置A2/O工艺等。
2.3 深度处理
一般来说，对于常规城镇污水水质，将传统的二级生物处理工艺升级为A2/O生物脱氮除磷工艺，即可实现出水水质达到一级B标准。但出水水质要执行一级A标准，要保证氮磷二者长期稳定地同时达标很困难。因此可以考虑在二级处理之后，增加深度处理单元以提高除磷脱氮的效果。污水深度处理升级改造措施主要包括：混凝沉淀过滤、曝气生物滤池、膜处理技术等。混凝沉淀是污水深度处理常用的一种技术，去除的对象是二级处理水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物[8]。采用曝气生物滤池工艺可以在尾水碳源有限的情况下提高有机物、氮类污染物以及悬浮物的去除效果。在二级处理之后增加膜处理可以有效的截留水中残余的细小悬浮物和大分子胶体物质，如果要提高溶解性有机物和氮类污染物的去除效果，可以结合膜生物反应器进行处理。
对于采用过滤单元为核心的深度处理，需要结合絮凝药剂的开发和选取以及新型过滤系统的开发进行升级改造。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除传统的石英砂滤池外，国内外许多研究机构开发出活性砂滤池、长纤维束滤池、滤布滤池、脱氮滤池等处理工艺[9-11]。
3 污水回用工程
3.1 污水回用的意义
水资源的污染和短缺已经严重阻碍了我国的经济发展和人们生活的水平提高。在有效利用有限的水资源的同时，需要对我们现有的生产模式和生活方式进行节水和节能的转变，即大力发展节水型农业、工业和节水型城市。节水型城市既要满足节水的要求，又要解决水资源短缺的问题。其中，城市污水回用比开发新的水资源更为重要。因为在水资源严重短缺的同时，大量的城市污水不经利用排入水体，既浪费了大量的宝贵资源，又污染了水体。所以，城市污水厂的污水回用是缓解城市水资源紧缺的一个有效途径。
3.2 污水回用的发展前景
在水资源日益短缺的情况下，我国许多城市如北京、天津、大连、青岛、西安等都建设了相应的污水回用设施，但总体来看，我国整体的城市污水回用量偏低。关于城市污水回用的标准和规范较多，回用标准各异。造成实际污水回用工程中很多地方达到排放标准后即认为基本可以达到回用要求。因此实际的污水回用工程参差不齐，许多将城市污水厂出水直接排放城市水体即认为是一种回用，结果实际增加了城市水污染负荷的增加，影响城市水环境安全。在国家节能减排和建设资源节约化社会的要求下，目前国内大多数城市开始进行污水回用的规划。根据部分发达国家的经验，城市污水回用可以解决50%以上的城市水资源供应，而我国目前实际的城市污水回用量仅为5%左右。因此我国城市污水回用具有较为广阔的市场前景。
目前从国家的层面应制定更具有操作性的城市污水回用标准和规范，使城市污水的回用真正有章可循。在实现城市污水有效资源化利用的同时，减少污染物的排放，减轻水体的污染负荷，对部分缺水的城市水体还可以提供有效的水资源补充，切实起到节能减排和改善城市水环境的作用。
3.3 污水回用处理工艺技术
城市污水厂二级出水中还含有一定数量的有机物、氮、磷及悬浮物，还含有微生物和部分重金属等有害物质。特别是与《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），城市污水厂出水中的氨氮、总氮、磷浓度差异较大。因此二级出水直接排放水体或者回用仍然存在较大程度的污染，需要结合回用要求和排放水体的环境容量确定后续的深度处理要求。
对城市污水处理厂进行回用的技术方法，与部分城市污水处理厂升级改造的工艺技术类似。如在二级处理出水后增加混凝沉淀过滤等物化处理工艺，或者采取曝气生物滤池、生物接触氧化等生物膜处理工艺，以及采用臭氧活性炭或者膜处理工艺等。采用过滤工艺往往需要与混凝工艺进行结合，并适当降低过滤的滤速，提高过滤工艺对尾水的处理效果。污水处理厂二级出水中有机物浓度较低且生化性较差，如采用后续的生物处理应设法提高尾水的可生化性后再进行生物膜处理[12]。
从处理指标来说，如果仅去除尾水中的悬浮物满足一定的浊度要求，可以采用混凝沉淀过滤、滤布滤池过滤等处理工艺。如果尾水中有机物、氮、磷等均不满足回用要求，往往需要物化处理与生化处理工艺的组合，在有大量洼地和湿地可以利用的地方可以采取氧化塘、人工湿地等生态处理措施。如果尾水中有机物碳源低，不能满足后续生物脱氮要求，往往还需要投加一定的碳源。
城市污水处理厂在为了实现排放达标进行升级改造的同时，可以结合地方水资源利用和水环境保护的要求，进行适当的污水回用。将污水处理厂的升级改造与污水回用工程进行有机结合，在实现污水处理厂达标排放的同时，通过污水资源化利用，取得一定的经济效益，取得良好的社会效益和环境效益。
4 结论
随着日前水资源的缺乏和水资源污染的严重，我国对环境污染治理的日益重视，出台了一系列规范措施，污水处理程度不断提高已成为必然的发展趋势。在原有的城市污水处理厂升级改造进程逐渐实施后，随着水污染形势的加剧和水环境保护要求的提高，大部分城市污水处理厂需要达到更高的要求，满足更严格的排放标准。近年来我国部分城市和地区已经制定了比国家标准更严格的排放标准，因此城市污水处理厂的升级改造需要更具有前瞻性，能够满足新形势下的排放要求。
水资源短缺的局面也要求大部分城市在提高污水排放标准的同时能实现污水的有效回用。城市污水尽管含有的污染物种类繁多，但从含盐量这个角度分析基本接近淡水，比海水淡化要容易实现资源化。因此各个城市需要制定污水回用规划，在现有的污水处理工艺升级改造的同时，需要兼顾回用要求，将污水回用作为市政用水、城市景观用水、工业企业用水等。利用好城市污水资源，可以有效的保护和改善城市环境，实现节能减排的目标。
参考文献：
[1]董良飞，刘姗，周铭威，等. MBR 工艺在无锡三座城市污水厂中的应用分析 [J]. 中国给水排水，2012，28（4）：20-23.
[2]蒋岚岚，吴伟，沈晓铃，等. 无锡市城镇污水处理厂升级改造技术路线综述[J]. 中国给水排水，2010，26（12）：33-35.
[3]许世伟，张荣兵，顾剑，等. 城镇污水处理厂升级改造工程对水质的改善作用探讨[J]. 给水排水，2010，36（7）：42-44.
[4]周遗品，雷泽湘，李迪武，等. 河源城南污水处理厂尾水深度处理效果的研究[J]. 环境工程，2012，30（3）：28-30.
[5]尹博涵，黄宁俊，王社平，等. 城市污水处理厂运行除磷效果影响因素分析[J]. 给水排水，2011，37（12）：41-45.
[6]郑建国，李林宝. 某污水处理厂的升级改造工程设计及运行[J]. 环境工程，2012，30（6）：31-33.
[7]郝晓地，张璐平，胡沅胜，等. 侧流化学磷回收强化生物除磷的模拟预测与试验验证[J]. 环境科学学报，2009（11）：2274-2281.
[8]韩玉珠，马青兰. 混凝沉淀法污水深度处理条件优化[J]. 净水技术，2011，30（1）：42-44.
[9]梅从明，魏思宇，刘锋. 活性砂滤池在污水处理厂提标改造中的应用 [J]. 环境科技，2009，22（4）：44-47.
[10]周飞，王世和，张浩. 长纤维高速过滤器直接过滤试验研究[J]. 给水排水，2005，31（6）：23-26.
[11]马小杰. 滤布滤池在污水处理厂深度处理中的应用[J]. 中国市政工程，2010（3）：30-31.
[12]李魁，林齐，宋永会，等. 制药园区难降解尾水强化预处理试验研究[J]. 环境工程技术学报，2014，4（5）：373-377.
作者简介：
孙宏飞，男，汉族，1974年7月生，山东省烟台市人，工程师，工学学士，研究方向为工程建设管理，
论文作者:孙宏飞
论文发表刊物:《基层建设》2015年28期供稿
论文发表时间:2016/4/7
标签：污水处理论文; 污水论文; 城市论文; 工艺论文; 生物论文; 滤池论文; 有机物论文; 《基层建设》2015年28期供稿论文;