摘要：對國外4座污水處理廠改造工程實例進行了分析研究，通過對原有工藝流程改造，部分單元采用新技術(shù)、新工藝、調(diào)整工藝參數(shù)等改造方案，在充分利用原有污水處理設(shè)施的前提下，滿足了處理水量或水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高的要求。

關(guān)鍵詞：國外污水處理廠；升級改造；原有設(shè)施利用；工程實例

0前言

我國污水處理廠的數(shù)量逐年增加，隨著污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和國家對節(jié)能減排工作的日益重視，為達(dá)標(biāo)和節(jié)能而進行的改造工程設(shè)計將成為污水處理廠設(shè)計的主要工作。了解和學(xué)習(xí)國外污水處理廠的改造技術(shù)和經(jīng)驗，有助于更好地結(jié)合污水處理廠的特點，對其實際運行進行調(diào)查分析，采取既切實可行，又經(jīng)濟合理的改造措施。

1匈牙利南佩斯污水處理廠

1．1污水處理廠介紹

南佩斯污水處理廠始建于1966年，規(guī)模為3萬m3／d，采用高負(fù)荷活性污泥工藝，曝氣池HRT為2．5 h。污水處理廠原處理流程包括兩條分支，每條分支有8個生物反應(yīng)器作為曝氣池，并聯(lián)運行。20世紀(jì)80年代初，該污水處理廠進行了擴建，新增了兩個處理流程，每個流程仍包括兩條分支，每條分支仍設(shè)8個曝氣池，污水處理廠平面布置見圖1。

圖1  擴建后的污水處理廠平面布置

20世紀(jì)80年代末，匈牙利制定了更為嚴(yán)格的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)推動了新的處理工藝和技術(shù)的研發(fā)。污水處理廠除了要滿足新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其處理水量也大幅增長，同時污泥量的增加，使污泥處理設(shè)施無法滿足需求，迫切需要改造。在這種情況下，布達(dá)佩斯城市污水公司承擔(dān)了污水處理廠的改建工程。

1．2改造技術(shù)

經(jīng)過試驗研究，將原有的8個曝氣池由并聯(lián)改為串聯(lián)，而且在整個反應(yīng)器的前1／4區(qū)域增設(shè)厭氧區(qū)，以獲得生物除磷的效果。原并聯(lián)流程和改造后的串聯(lián)流程示意見圖2。

圖2  改造前后的工藝流程示意

1．3改造效果

改造后的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)表明，SVI比較低且穩(wěn)定，約為100 mL／g。該結(jié)果與理論預(yù)測和試驗數(shù)據(jù)非常吻合，將反應(yīng)器由并聯(lián)布置改為串聯(lián)布置增加了系統(tǒng)的處理階段，進而改善了污泥的沉降性能。 出水CODc。的變化情況表明，系統(tǒng)的改造改善了有機物的去除效果，有機物的降解更加徹底，原系統(tǒng)出水CODc，為100 mg／L，改造后降至70 mg／L。運行過程沒有達(dá)到預(yù)期的生物除磷效果，經(jīng)分析是由于微生物吸收的磷中有60％隨污泥處理上清液又回流到系統(tǒng)，通過采用投加石灰化學(xué)沉淀除磷的工藝，系統(tǒng)的除磷效果有明顯改善，但出水中磷的濃度隨著回流污泥中硝酸鹽濃度的升高而增加。 改造后的系統(tǒng)仍不能實現(xiàn)有效的硝化和除磷，還需進一步改進。

1．4進一步的技術(shù)改造

由于污水處理廠面積有限，沒有考慮擴建現(xiàn)有活性污泥單元，而采用能完成硝化和反硝化的生物濾池系統(tǒng)。在進水CODc，為500 mg／L，TN為40mg／L，TP為7 mg／L的情況下，采用新工藝后，出水中CODc，為50 mg／L，TN為10 mg／L，TP為1mg／L。工藝要求反硝化段應(yīng)盡可能多地利用進水中的有機碳，由于二沉池可承擔(dān)的負(fù)荷有限，硝化液回流比受到限制，工藝采用后置反硝化的布置方式，并在反硝化濾池內(nèi)投加甲醇作碳源以徹底去除污水中的硝酸鹽。此外，系統(tǒng)除磷通過強化沉淀實現(xiàn)。

2美國華盛頓Blue Plains污水處理廠

2．1污水處理廠介紹

Blue Plains污水處理廠位于美國哥倫比亞區(qū)，污水流量為16．2 rn3／s，采用硝化處理工藝，工藝流程見圖3，包括預(yù)處理、初沉池、高負(fù)荷活性污泥系統(tǒng)、二級硝化活性污泥系統(tǒng)、多介質(zhì)濾池和消毒處理，出水排放Chesapeake海灣。

圖3  Blue Plains污水處理廠原工藝流程

2．2改造要求

在經(jīng)濟發(fā)展的同時，Chesapeake海灣河口和支流水體的水質(zhì)不斷惡化，主要原因是點源或非點源過量營養(yǎng)物質(zhì)(氮和磷)的排放。Blue Plains污水處理廠是向Chesapeake海灣排放氮污染物的最大點源，因此哥倫比亞特區(qū)政府參與簽署了Chesapeake海灣協(xié)議，協(xié)議規(guī)定，到2000年每年向海灣排放的營養(yǎng)物應(yīng)至少比1985年減少40％，需要對Blue Plains污水處理廠進行改造，使其具有脫氮功能。保證夏季(5～10月)出水TN低于5．55 mg／L，冬季低于8．58mg／I。，還要求滿足排放標(biāo)準(zhǔn)中的各項指標(biāo)，B()峨和TSS要達(dá)到5 mg／L和7 mg／L，TP為0．18 mg／L，NH3一N夏季為1 mg／L，冬季為6．5 mg／L。

2．3改造方案介紹

改造工程將原12條處理分支中的6條改為硝化一反硝化運行模式，另外6條仍保持硝化模式。每條處理分支由5個完全7昆合反應(yīng)器串聯(lián)而成，在第4個(夏季)或第5個(冬季)反應(yīng)器內(nèi)投加純凈的甲醇作為反硝化的補充碳源。工藝的關(guān)鍵是保證前3個反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)硝化，為反硝化提供硝酸鹽，改造后的運行方式見圖4。

圖4  改造后的運行方式示意

當(dāng)系統(tǒng)以硝化模式運行時，5個反應(yīng)器內(nèi)均進行曝氣，以硝化一反硝化模式運行時，投加甲醇的反應(yīng)器內(nèi)不曝氣，為反硝化提供缺氧條件。污水經(jīng)反硝化后在第5個反應(yīng)器內(nèi)進行再曝氣，經(jīng)一條長的出水渠輸送至沉淀池。該工藝可利用原有的設(shè)施，不需進行硝化液回流和其他特殊的改動。

2．4改造效果和存在問題

反硝化工藝成功地實現(xiàn)了每季度和全年的脫氮目標(biāo)，出水中TN的年平均值為5．8 mg／L。其中冬季為5．9 mg／L，夏季為5．7 mg／L，出水各項指標(biāo)均可滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 盡管污水處理廠的改造方案在TN去除上非常成功，但是也存在以下問題： (1)后置反硝化工藝在運行管理上比硝化工藝更復(fù)雜，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：①有兩個處理階 段需要監(jiān)測和控制；②甲醇應(yīng)在反應(yīng)池內(nèi)12個不同的位置投加；③現(xiàn)有的甲醇儲存設(shè)備體積有限；④由 于投加了甲醇用作反硝化菌的食料，導(dǎo)致剩余污泥量的增加。 (2)由于該工藝其實是將原來的一段(硝化段) 改為兩段(反硝化段和硝化段)，反硝化段占用了原來用于硝化的容積，從而降低了在冬季和高負(fù)荷時硝化處理的可靠性。在緊急情況下，需要停止反硝化，恢復(fù)完全硝化的工藝狀況。 (3)投加甲醇作為補充碳源，使得系統(tǒng)的運行成本增加。一般每年購買甲醇的費用達(dá)500萬～600萬美元。 (4)氮的去除效果受工藝制約，如二沉池出水中磷的濃度過低會限制反硝化菌的生長，如何在保證出水水質(zhì)不超標(biāo)的同時滿足反硝化菌對磷的需要，成為目前污水處理廠管理中需要解決的一個問題。

3美國加州San Jose污水處理廠

3．1污水處理廠介紹

San Jose污水處理廠處理規(guī)模為541 000 m3／d，采用常規(guī)二級活性污泥處理工藝，處理加州舊金山南海灣硅谷等地區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水。污水處理的季節(jié)變化很大，原因在于季節(jié)性的水果和蔬菜罐裝工業(yè)的生產(chǎn)，每年8月下旬至9月，污水處理廠的有機負(fù)荷要比平時增加一倍，冬天的雨季高峰流量也是影響因素。夏季罐裝加工對污水處理廠的負(fù)荷和操作運行帶來的影響尤為明顯。

污水處理廠在1978年時對原有的二級處理工藝進行改造，增加了脫氮除磷處理工藝，包括硝化反應(yīng)池、硝化沉淀池、濾池和加氯消毒等設(shè)施。污水處理的工藝流程包括進水格柵、沉砂池、初沉池、普通曝氣活性污泥系統(tǒng)(曝氣池和二沉池)、硝化懸浮生長系統(tǒng)(硝化反應(yīng)池和硝化沉淀池)、過濾進水二次提升、顆粒填料濾池、加氯消毒／除氯、后曝氣，最后出水排人舊金山南部海灣。生物處理產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)氣浮濃縮后與初沉污泥進行厭氧消化，消化后的污泥在污泥儲存池存放。工藝流程見圖5。

圖5  污水處理廠深度處理工藝流程

污水處理廠的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求月平均出水BODs和TSS均低于10 mg／L，消毒后出水達(dá)到加利福尼亞州第22條文的規(guī)定，即濁度小于2 NTU，細(xì)菌總數(shù)小于2．3個／100 mL，氨氮低于5 mg／L。

3．2污水處理廠改造

由于夏季罐頭加工產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，活性污泥系統(tǒng)發(fā)生絲狀菌引起的污泥膨脹，導(dǎo)致進入硝化反應(yīng)池的污泥超過其負(fù)荷，出水ss濃度太高，直接影響了過濾階段的處理效果，使出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放標(biāo)準(zhǔn)。為防止污泥膨脹的再次發(fā)生，需要對污水處理廠進行改造。

3．2．1污水處理廠分析

經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致污泥膨脹的首要原因是有機負(fù)荷的突然增加，使普通曝氣池的供氧量不足，在Do濃度較低的條件下，絲狀菌生長引起污泥膨脹。 對污水處理廠的運行分析發(fā)現(xiàn)，氮源不足和由于進水管道中的厭氧條件產(chǎn)生二氧化硫也是導(dǎo)致污泥膨脹的因素；同時，活性污泥系統(tǒng)的有機負(fù)荷相對偏高，特別是在水力高峰負(fù)荷下，常規(guī)活性污泥系統(tǒng)和硝化處理系統(tǒng)間的水力條件受限；另外，污泥儲存后沒有考慮最終處置，影響生物系統(tǒng)的排泥。因此，為了控制污泥膨脹，完善污水處理廠的水力條件，保證處理工藝、設(shè)備和電氣系統(tǒng)的可靠運行，污水處理廠須進行一系列的改造。改造工程一次規(guī)劃分期實施，分為近期、中期和遠(yuǎn)期三階段進行。

3．2．2近期改造措施

近期改造的目標(biāo)是控制污泥膨脹，穩(wěn)定運行以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。主要措施是采用能快速安裝快速使用的一些設(shè)備，雖然這些設(shè)備的運行成本較高，但運行穩(wěn)定。近期改造的主要內(nèi)容有：

(1)提高供氧能力。增設(shè)了一套純氧供氧系統(tǒng)，包括液態(tài)氧儲存池、蒸發(fā)器、微孔曝氣器、風(fēng)量計和自控設(shè)備等，這些設(shè)備只在在高峰季節(jié)原有設(shè)備供氧不足時使用。運行后由于運行費用較高，增設(shè)鼓風(fēng)機以增加供氧量。

(2)投加氮源。安裝了一套氨水系統(tǒng)，補充污水中缺乏的氮源，有利于曝氣池中微生物的生長。在實際運行中，氮源并不需要連續(xù)投加，只在夏季罐頭加工季節(jié)時投加。罐裝工廠每天工作16 h，產(chǎn)生的廢水由于有機物含量高，需要補充額外的氮源，而在停產(chǎn)的8 h內(nèi)廢水的營養(yǎng)物濃度足夠維持微生物的正常 生長。

(3)初沉池投加化學(xué)藥劑。通過投加三氯化鐵降低后續(xù)活性污泥系統(tǒng)的有機物負(fù)荷和需氧量，同時鐵離子能與污水中的硫化物發(fā)生沉淀反應(yīng)，降低后續(xù)活性污泥系統(tǒng)的硫化氫負(fù)荷。 (4)污泥加氯處理。在回流污泥前進行加氯處理，可有效地抑制絲狀菌的生長，防止污泥膨脹。氯的投加劑量和投加點對絲狀菌的去除效果和活性污泥絮體的影響差別較大，根據(jù)試驗分析，確定在回流污泥泵進水口處加氯能獲得較好的混合效果，加藥量根據(jù)每日的微生物鏡檢情況確定。 (5)濾池改造。首先對濾池的進水部分進行改造，減少反沖洗過程中濾料的流失，其次，增加濾池反沖洗水處理系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)池、化學(xué)混凝和沉淀，處理后的出水排至濾池進水端或直接排放。 3．2．3中遠(yuǎn)期改造措施 中期改造將逐步更換近期改造中一些運行成本高的設(shè)施，并保持541 000 1113／d的污水處理量和達(dá)標(biāo)排放；遠(yuǎn)期的改造目標(biāo)是淘汰高能耗、低效率的設(shè)備，包括運行不穩(wěn)定、耐用性較差的污泥處理設(shè)備，并擴建污水處理廠規(guī)模至632 000 m3／d。中期和遠(yuǎn)期改造所需增加的主要設(shè)施有： (I)常規(guī)二級處理系統(tǒng)改造。普通曝氣池后增加新的二沉池，新增鼓風(fēng)機設(shè)備，替代原有備用的純氧供氣系統(tǒng)，更換空氣擴散系統(tǒng)設(shè)備。 (2)深度處理系統(tǒng)改造。增建二級處理后續(xù)的硝化系統(tǒng)，包括硝化曝氣池和沉淀池。

(3)水力改造。將原有的一個污泥儲泥池改造為初沉池出水調(diào)節(jié)池，并新建初級處理出水提升泵房，這樣初沉出水可超越至深度處理的硝化池，在二級處理的有機負(fù)荷過高時，工藝運行更具靈活性和穩(wěn)定性；改造廠內(nèi)其他泵房，增加新泵和相應(yīng)的電氣儀表設(shè)備。

(4)二級處理進水方式改為多點進水。該模式下污水處理廠的運行工藝更具靈活性，抗沖擊負(fù)荷能力大大增強。

(5)改造和更換廠內(nèi)的機械和電氣設(shè)備，使系統(tǒng)的運行更加安全穩(wěn)定。

(6)擴建污泥厭氧消化系統(tǒng)。

(7)污泥最終處置。儲泥池內(nèi)的污泥在夏天進行干化處理，干化后運至填埋場。 各項改造工程在10年內(nèi)陸續(xù)完成，改造后的污水處理廠運行更可靠，處理能力和出水水質(zhì)得到改善。通過改造，污水處理廠的處理能力提高到632 000 m3／d，并且出水水質(zhì)一直達(dá)標(biāo)。

4佛羅里達(dá)州Orange郡東部污水處理廠

4．1污水處理廠介紹

佛羅里達(dá)州Orange郡東部污水處理廠采用改良(5級)Bardenpho工藝以達(dá)到深度處理標(biāo)準(zhǔn)，年平均BOD為5 mg／L，TSS為5 rng／L，TN為3 mg／L，TP為1 mg／L。除了部分污水再生回用外，其他出水經(jīng)人工濕地、天然濕地處理后排人地表水體。標(biāo)準(zhǔn)對季節(jié)平均值沒有要求，周平均BOD。為9．6 mg／L，TSS為9．6 mg／L，TN為6 mg／L，TP為2．4 mg／L。該污水處理廠設(shè)計處理能力為71 920 m3／d，系統(tǒng)由兩條獨立的處理流程組合而成，I、Ⅱ處理段由4個并聯(lián)運行的反應(yīng)池和6座二沉池組成，設(shè)計處理能力為34 070 m3／d；1II處理段包括2個較大的并聯(lián)反應(yīng)池和3個較大的二沉池，設(shè)計處理能力為37 850 m3／d，工藝流程見圖6。

圖6  佛羅里達(dá)州Orange郡東部污水處理廠工藝流程

4．2污水處理廠改造

2004年1月，該廠的出水濁度略微上升，污泥的沉降性能有所下降，出水TN上升，經(jīng)分析主要是由于I、Ⅱ段流程出水NH。一N上升造成。到2月，數(shù)據(jù)顯示I、Ⅱ段流程出水NH。一N濃度升至4～8 mg／L，I、Ⅱ段流程中二沉池的回流污泥帶有輕微的酸性氣味。 在接下來的幾周內(nèi)，采用便攜式TSS測定儀測定MI SS和VSS，并用實驗室測定對其進行驗證，對IX)進行現(xiàn)場測定，使用實驗室方法測定NH。一N值等方法，對污水處理廠的運行情況進行評估，確定問 題并采取相應(yīng)的改造措施。在2～3月，采取一系列改造措施：

(1)由于I、Ⅱ段流程出水NH。一N濃度上升，并且好氧區(qū)DO濃度偏低，說明曝氣量無法滿足有機負(fù)荷降解的需要，故將2 840 m3／d的進水由I、Ⅱ段調(diào)至Ⅲ段處理。

(2)通過調(diào)整表面曝氣機的浸沒深度，改善好氧區(qū)的曝氣效果，并在I、Ⅱ段流程中的4個好氧池中的2個附加安裝浮式曝氣器。

(3)通過清除原有空氣擴散器上的沉積物，改善二次曝氣區(qū)的曝氣效果，在無法清除的部位安裝使用微孔空氣擴散器系統(tǒng)。

(4)將所有二沉池的回流污泥量由75％增至100％，避免回流污泥在二沉池中停留時間過長引起酸化。 (5)增大排泥量，降低兩套流程的MI。SS以改善反硝化效果。 改造結(jié)果表明，I、Ⅱ段流程出水NH。一N降低， NCh-一N降低，TN也相應(yīng)降低；IU段流程的處理效果也由于Nfk-一N降低而改善，混合出水的TN為 1．8～2．2 r．g／L，出水濁度為0．6～o．8 NTU。

5結(jié)語

本文介紹了國外4座污水處理廠的改造實例， 從中可以看到，一些經(jīng)濟實力較強的國家的污水處 理廠很注重因地制宜，根據(jù)實際情況，采用經(jīng)濟有效 的措施進行達(dá)標(biāo)改造，充分利用現(xiàn)有設(shè)施，使污水處 理廠的構(gòu)筑物和設(shè)備發(fā)揮最大的效益。

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