城镇污水处理厂除磷脱氮提标改造技术探讨
王阿华
(南京市市政设计研究院有限责任公司，210008)
摘 要：本文重点探讨了江苏省太湖流域城镇污水处理厂进出水特性、提标改造技术路线、目标任务、强化生物处理技术、深度处理技术、建设标准、工艺流程建议以及人工湿地应用等，提供了实用的提标改造思路和工程中具体做法，可供其他地区在工程实践中参考。
关键词：提标改造；生物脱氮；化学除磷；深度处理；人工湿地
2007年5月，太湖流域蓝藻爆发引发无锡供水危机事件，国务院温家宝总理和曾培炎副总理亲自到现场指导。江苏省政府也非常重视，与太湖流域所有城市和乡镇签订了责任状：要求2008年底之前，江苏省太湖流域169座城镇污水处理厂全面提标改造，尾水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准A标准。由于国内没有成熟可靠的经验可以借鉴，故在提标改造过程中遇到了不少技术问题，为此，江苏省政府下拨专项资金进行科研攻关。现归纳如下，供其他地区提标改造过程中参考。
1 太湖流域城镇污水厂进出水特性分析及提标改造目标任务
1.1 进水水质分析
江苏省太湖流域属于中国经济发达地区，对于大多数中心城市，以生活污水为主的城镇污水处理厂进水成分相对简单，BOD5一般为100～200mg/L，COD一般为200～400 mg/L，NH3–N一般为30～40 mg/L，TN一般为40～50 mg/L，TP 一般为3～6mg/L。
部分城市工业废水成分相对较高，城镇污水处理厂进水成分较为复杂且波动较大。BOD5
最低为29mg/L，最高为781 mg/L ；COD最低为130 mg/L，最高为2010 mg/L ；SS最低为76mg/L，最高为2876mg/L ；NH3–N最低为8mg/L，最高为153mg/L ；TN最低为 12mg/L，最高为160mg/L； TP 最低为0.08mg/L，最高为64.8mg/L。
根据以上分析，不难看出，部分城市污水B/N比值偏低(以芦村污水处理厂为例，B/N平均值为4，最低值为1.5)。有些城市污水虽然B/N还可以，但SS/BOD5比值偏高(以芦村污水处理厂为例，进水SS/BOD5比值最大值为5.4，平均值为2)、水质水量波动较大等特点。
根据示范工程的科研成果，还发现，部分城市污水处理厂进水TN中可氨化成分较低，进水中碳源不足；部分城市污水处理厂虽然通过加强工业废水的排放控制之后，各污水处理厂的进水水质有较大的改善，平均进水浓度处于中等浓度水平，但日平均值变动大，主要水质指标最大值与平均值的比值均在2倍以上；部分城市污水处理厂的B/C比值偏低，仅0.3，进水SS的波动最为明显，为了达到尾水TN、COD、氨氮达到一级标准A标准，有一定的难度。
1.2 出水水质分析
提标改造前，江苏省太湖流域已建城镇污水处理厂基本上尾水排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准B标准。部分污水处理厂由于设计富余、管理精确或者厂外收集系统不完善等多方面原因，部分指标部分时段已经达到一级标准A标准；部分污水处理厂由于进水水质的较大波动，部分指标还不能稳定达到一级标准B标准，特别是NH3–N、TN等指标。
1.3 提标改造目标任务
对于城镇污水处理厂，工艺设计合理、运行控制优化和进水水质相对稳定时，部分时
段的二级生物处理出水SS浓度可以接近10 mg/L的水平，直接达到排放标准要求，但绝对多数城镇污水处理厂的进水水质水量是波动的，环境条件是变动的（例如季节变换、温差），实际运行参数只能控制在一定的变化范围内，其多数时段的二级生物处理出水SS浓度是高于10 mg/L或者明显波动的，因此，提标改造的第一个任务就是：增加处理措施，保证出水SS稳定达标。
城镇污水生物除磷脱氮系统的出水中，多数时间TP浓度可以达到1mg/L，部分时间可以达到0.5 mg/L的排放标准，因此，提标改造的第二个任务就是：增加处理措施，保证出水TP稳定达标。
对于江苏省太湖流域城镇污水处理厂，出水TN稳定达标是最大的难题，因此，提标改造的第三个任务就是：采取强化处理措施或增加处理构筑物，保证出水TN稳定达标。
提标改造的第四、五个任务就是：采取强化处理措施，保证出水BOD5、COD稳定达标。根据已有经验和运行数据，BOD5稳定达标基本没有问题。但部分时段要注意进水水质浓度的冲击性波动所造成的影响，以及污泥中毒问题；一般情况下出水COD浓度可以达标，超标情况主要源自工业废水的不利影响，应通过监控工业废水中难生物降解有机物的排放来解决，较长的泥龄一定程度上也有助于COD浓度的降低。
2 提标改造技术路线
2.1 城镇污水处理厂提标改造前，应摸清现状污水处理厂的运行状况 通过对太湖流域城镇污水处理厂的实际运行情况的调查发现，部分污水处理厂没有满负荷运行，有的甚至离设计负荷相差甚远。究其原因不外乎以下几种：水量预测不准确，造成设计规模偏大，污水处理厂长期处于低负荷状态运行，出水水质指标很多已经或接近一级标准A标准；厂外收集系统进行了调整，服务范围缩小，或者因城市总体规划调整，原服务范围内，用地性质发生变化，造成用水量减少，污水处理厂实际处理水量达不到原设计规模。
部分污水处理厂虽然能满负荷运行，但出水水质很多已经或者接近一级标准A标准。究其原因不外乎以下几种：设计单位采用设计参数时留有余地（污泥负荷很低），且采用的污水处理工艺设计能够做到灵活调整运行模式或运行参数；水质预测不准确，造成实际进水水质浓度远小于设计进水水质浓度；因城市总体规划调整，原服务范围内，用地性质发生变化，造成污水处理厂进水水质浓度发生变化，污水处理厂实际处理水质浓度达不到原设计水质浓度。
因此，当已建城镇污水处理厂的实际处理水量、水质与设计水量、水质偏差大时，应在核实已建污水处理厂服务范围内的污水产生量、污水水质、偏差原因和已建处理构筑物的能力之后，再提出合理的提标改造方案。
2.2 城镇污水处理厂的设计或提标改造方案的确定，必须在进水水质水量特性分析的基础上进行
为了能够科学合理提出提标改造方案，应该分析影响一级标准A标准达标的主要因素。 如果污水处理厂进水碳氮比偏低，除了强化生物除磷脱氮系统对内部碳源的利用效率和提高反硝化效率之外，应考虑必要的外部碳源投加；
如果SS/BOD5比值偏高，应设置初沉池，增加生物池污泥活性和反硝化速率； 如果污水处理厂进水水质水量明显波动和冬季水温低，采用的工艺及布置形式应能够灵活调整运行模式或改变运行参数；
如果工业企业废水排放对进水水质有明显的影响，存在进水氨氮和TN的冲击波动，需要加强源头控制。
2.3 城镇污水处理厂生物处理段，必须解决有机物、氨氮、TN去除达标问题，并最大程度地兼顾磷的去除
强化生物处理段应立足于最大程度地去除有机物、氨氮、TN，并最大程度地兼顾磷的去除，必要时增加化学除磷。
当原有生物处理段采用强化措施后氨氮和TN仍然不能达标时，应在生物处理段后增加曝气生物滤池、反硝化滤池等设施，并在设施前补充必要的外加碳源。
碳源不足时，应优先采用内部碳源进行补充（例如初沉污泥发酵），必要时补充外加碳源，强化生物反硝化效果。
2.4 城镇污水处理厂应该有应对低温不利影响的对策措施
温度是外界环境中对生物处理系统稳定性起重要作用的影响因素，也是一个重要的生态因素。温度影响生物脱氮，是温度影响参与生物脱氮硝化和反硝化两个反应的亚硝化菌、硝化菌和反硝化菌的生理特性等。
从宏观角度来看，冬季寒冷的气候条件致使污水处理系统中微生物数量减少，活性降低；从微观角度来看，温度的降低对微生物的生理特性有重要的影响，如微生物对营养物质的转运减慢，吸收减少，对蛋白质合成速率降低，生命代谢获得减缓等。
因此，冬季低温到来之前，在秋季提前提高整个污水处理系统的活性污泥总量，增加实际运行泥龄，累积硝化和反硝化总量，改善硝化和反硝化效果。
2.5 城镇污水处理厂深度处理段，必须解决TP、SS达标问题 深度处理就是进一步去除二级处理出水中污染物质的净化过程，过滤是达标深度处理的重要组成部分，过滤处理可以在消毒之前去除固体物质、TP和浊度，从而能提高后续消毒效果，使病原微生物失活或去除。
因此，深度处理应以过滤为核心单元，混凝沉淀为强化手段，通过投加混凝剂同步完成化学除磷。
3 强化生物处理技术
3.1 生物池容增加的途径
强化生物处理技术是指，在常规二级生物处理的基础上，采取措施进一步去除氮、磷和有机污染物，提高二级生物处理效果的处理工艺或技术方法。扩大生物池池容是最简单且最稳妥的办法。
生物池容增加有三个途径：
（1）当提标改造和扩建工程同时进行时，减少原有生物池的处理水量，降低原有生物池污泥负荷（提高设计与运行泥龄），剩余水量由扩建工程处理；
（2）当通过收集系统可优化其它污水处理厂配置水量时，通过适当调整，减少进厂水量，降低生物池污泥负荷，部分水量由其他污水处理厂处理；
（3）当提标改造单独进行，且原厂区内仍有条件进行构筑物扩建时，减少原有生物池处理水量，降低原有生物池污泥负荷，剩余水量由扩建生物池处理。
3.2 运行优化（扩容）技术
在已建污水处理厂生物池容积允许、设备能力和运行参数有一定可供调控的空间（余量）时，可优先利用现有设施（也可以通过增加进水点或污泥回流点），通过优化运行方式，调整生物池功能，从而提高系统的处理能力。
对于A/A/O工艺，当进水水质碳源状况较好时，采用A/O工艺或A/A/O工艺运行；当进水水质碳源不足时，采用倒置A/A/O工艺或改良型A/A/O工艺运行，确保反硝化效果，适度调整污泥回流比和混合液回流比，提高生物池的微生物浓度，提高除磷脱氮效果，从而使出水稳定达标。
对于SBR工艺，可以通过滗水器出水能力与运行周期数量的调整，或通过动态沉淀的方式调整系统的沉淀和滗水时间，提高系统池容利用率；通过在主反应区增加搅拌设施，将