鄉村污水處置廠提標改造分析
前言
水資源是人類賴以生存的最重要資源，然而隨著我國經濟的發展和人口的增多，水污染的加劇，純水設備 水與人之間的矛盾更加突出，如何更好地利用水資源、維護水資源已經成為我亟待解決的問題之一。鄉村污水處置廠作為污水處置的最重要的設施越來越受到人們關注。充分發揮污水處置廠的作用才干有效地減輕水環境的壓力，實現資源環境可持續發展。隨著國家“水十條”發布，加速了城鎮污水處置設施建設與改造。現有城鎮污水處置設施，要因地制宜進行改造，2020年底前達到相應排放規范或再生利用要求。建成區水體水質達不到地表水Ⅳ類標準的鄉村，新建城鎮污水處置設施要執行一級A排放規范。上海純水設備
依照國家新型城鎮化規劃要求，2020年，全國所有縣城和重點鎮具備污水收集處置能力，縣城、鄉村污水處置率分別達到85%95%左右。因此，城鎮污水處置廠提標改造已刻不容緩。
1鄉村污水處置廠提標改造分析
為了防止鄉村污染處置水廠尾水成為新的污染源，必需加強對污水處置廠的出水指標控制。污水處置廠的進出廠水質主要與以下幾個方面有關：
1.1與鄉村經濟發展水平相關
不同的鄉村所在地域和經濟發展水平不同，鄉村污染水的水質也不同。比如南方沿海地區和南方鄉村用水量比較大，污水濃度比較低；南方鄉村特別是西部地區的降雨少，用水量也相對比較少，所以污水的濃度比較高。工業比重較大的鄉村，工業廢水排入地下水的濃度比較高，因此鄉村污染水的濃度也比較高。
1.2工業廢水水質
依照我國制定的工業廢水排放要求，所有排入鄉村污水下水道的水必需經過污水處置廠的處置，只有工業廢水達到排放規范，才干排到鄉村管網。但是目前我國鄉村工業廢水排放的手段和管理制度還不健全。一些工廠，為了降低生產本錢，上海純水設備工業廢水不經過處理，直接排放到地下水道的現象時有發生。
1.3其它污染源
鄉村污水除了工業廢水和生活污水污染源外，還包括垃圾處置廠填埋滲濾液、農牧業廢水等等。
目前，國鄉村污水廠提標改造主要是從原來的一級B規范提高到一級A規范，其主要的污染物指標削減如表1所示。
表1主要污染物削減量要求（單位：mg/L
注：括號外數值為水溫＞12℃時的控制指標；括號內數值為水溫≤12℃時的控制指標。
通過表1可見，一級排放規范A規范中：①BOD5NH3-NSSCODCr控制要求提高。②TN控制要求非常高，冬天水溫12℃時仍要控制在15mg/L以下。③TP控制進一步加強，由1mg/L降低到0.5mg/L
對于以上BOD5NH3-NCODCr和TN指標可以通過對城鎮污水廠目前普遍采用的二級處置工藝進行強化來進一步去除，但對于SS和TP必需采用三級處置工藝才干實現達標排放。以為慣例的生物除磷很難使TP去除達到0.5mg/L限值，必需采用化學除磷；而為了不影響現有的生化工藝，化學除磷應考慮放在三級處置工藝中進行。此外，鄉村污水處置廠二級處置中慣例重力沉淀也很難保純水設備 證SS穩定達標排放，因此也應考慮采用三級處置。
2鄉村污水廠提標改造工藝路線選擇
鄉村污水處置廠提標改造前，需要結合各種因素，綜合對比分析，明確改造的重點和難點，上海純水設備
最后確定最終的提標改造工藝路線。a.應先充分理解現狀及污水廠的原設計要點，包括原設計的進水指標，各工藝單元的主要設計參數；b.要全面了解污水廠現階段的運行狀況，主要出水指標數據分析，確定不達標指標有哪些；c.結合原設計及現狀世紀運行情況，確定提標改造的工藝路線。
2.1二級工藝的改造方案
對于現狀鄉村污水廠的提標改造可以分為以下幾部分：一是對現狀污水廠普遍采用的二級處置工藝進行改造，來強化處置效果；二是新建三級處置構筑物，來進一步去除污染物，進而做到達標排放；三是新技術膜生物反應器(membranebioreactorMBR運用，MBR出水不需經三級處置即可實現達標排放和滿足直接回用要求。
二級處置工藝的改造，主要是為了提高對BODCOD和氮磷的去除效果，因此改造的重點在于生化池。目前，鄉村污水廠的生化池采用的形式主要有A/A /O和氧化溝。因此對于生化池的改造主要有減荷增效和泥法-膜法聯用。
2.1.1生化池減荷增效
污水的生化處置中，根據活性污泥法的反應器理論[1]當生化池進水污染物負荷降低時，能夠有效提高微生物的去污效果，使出水中污染物的各類指標進一步降低。目前工程中通常采用的措施有：1進水的分流量減荷；2生化池的擴容減荷。
1分流量減荷
當平面布置允許時，可以通過新建生化池來達到分流量，最終實現生化池負荷的降低。此方案最大的優點是不影響污水廠現有工藝的正常運行，上海純水設備大大降低了因改造而對污水廠帶來的損失和不便，做到生產和改造同步進行。
2擴容減荷
生化池的擴容主要是降低負荷，延長污泥泥齡和水力停留時間，進而提高生物處置效果。具體措施有：1擴大原有生化池的容積，其前提是必需有足夠的場地；2把原有初沉池改造成生化池，初沉池對BOD5有20％～30％的去除率[2]降低了進入生化池的BOD濃度，碳氮比的下降有利于脫氮。因此把初沉池改造成生化池，不只有利于TN去除，同時平面布置和高程銜接上也無任何困難。此方案最大的優點是充分利用了現有構筑物，做到挖潛增效。
2.1.2泥法-膜法聯用
污水的生物處置中，主要有懸浮生物法，簡稱泥法（即常見的活性污泥法）和固定膜生物法，簡稱膜法。目前鄉村污水廠采用的主流工藝是活性污泥法，主要是固定膜生物法需要設置填料，而填料的費用一般較高。但是微污染飲用水的生物預處理中，生物膜法已經得到廣泛運用，并取得了顯著的效果[3]生物膜法的主要優點是生物量大，污泥齡長，抗沖擊負荷，具有良好的硝化功能，尤其在低溫季節，生物膜法的脫氮效果明顯比活性污泥法要好。活性污泥法的優點是運行靈活，可靠，出水質量高，抗短時有機負荷和水力負荷能力比較強[4]鄉村污水廠的提標改造中，可以在原有生化池中設置填料，充分利用兩者的優點，做到取長補短，優勢互補。
1生化池增設填料
生化池中增設填料就是活性污泥曝氣池中投加懸浮型填料作為微生物附著生長的載體。由于填料的加入，使污水處置機理和效能都大為改變。純水設備 這種系統中，微生物生存的基礎環境由原來的氣、液兩相轉變為氣、液、固三相，載體外表的生物膜與液相中的懸浮污泥共同發揮作用，各自發揮降解優勢，形成了一個更復雜的復合式生態系統。復合系統中由于曝氣的作用，懸浮狀態和填料外表附著狀態的微生物處于好氧狀態，主要由去除有機物的異養菌和硝化、亞硝化菌組成。從填料表面的好氧區到填料的內部，由于受到氧轉移的影響，形成中間兼氧區、內部厭氧區，存在兼性反硝化細菌，將硝酸鹽氮轉化成氮氣，起到去除總氮的作用。
2增設曝氣生物濾池
曝氣生物濾池(biologicalaeratedfiltBA F將接觸氧化與過濾工藝有機結合在一起的一種好氧生物膜法處理工藝。反應器內存在著不同的好氧、缺氧區域，可同步實現硝化和反硝化，對廢水中的有機物、氨氮、磷等都有較好的去除效果，同時該工藝具有容積負荷高、水力負荷大、水力停留時間短、所需基建投資少、占地面積小、出水水質好等特點[5]
2.2三級處置工藝的新建方案
三級處置工藝的新建主要是為了去除二級處置中不能有效穩定去除的污染物，如SS和TP二沉池出水中的SS一般動搖較大，很難達到良好的去除率；而TP去除在二級處置中主要依靠生化池的生物效應，而冬季水溫一般較低，單獨的生物效應很難保證達標排放。上海純水設備
為實現中水回用和達標排放的目的二級處置出水必需進行深度處置。
2.2.1混凝-沉淀-過濾
混凝-沉淀-過濾是目前自來水廠采用的主流工藝，當用于污水三級處置時其各處理單元的主要作用有：混凝主要是1廓清降濁；2化學除磷。沉淀主要是減輕后續過濾單元的負荷，防止濾料阻塞，減少濾池反沖洗次數。過濾主要是進一步去除水中的固體懸浮物，確保出水穩定達標。
2.2.2微絮凝-過濾
微絮凝-過濾就是原水加藥混合經過絮凝后不經沉淀而直接過濾的工藝。當污水廠二級處置中SS去除效果較好，同時工藝運行穩定，但需要進一步有效除磷的后續三級處置工藝可以考慮采用微絮凝-過濾。通過加藥微絮凝過程使二級處置出水中溶解態的磷酸離子形成難溶性的磷酸鹽，再通過后續的過濾單元得到進一步去除。本工藝減少了沉淀單元，使得工程造價減少，同時工藝流程簡潔，運行簡單。
2.2.3直接過濾
直接過濾就是二級處置出水直接通過濾池過濾。污水廠二級處置出水水質較好，并能穩定運行，三級處置可以采用直接過濾。該工藝流程簡單，運行費用節省。
從以上三種工藝可以看出：過濾單元是三級處置工藝的核心，保證出水水質的把關措施。目前，過濾在實際工程中普遍采用V型濾池。V型濾池的特點是過濾周期長，采用均質深層砂濾料，濾料層利用率高，截污能力強、濾速高、濾后水質好，反沖洗方式為氣水反沖加表面掃洗，反沖洗強度小，節省沖洗水量和電耗，反沖洗效果好。此外還有翻板濾池和D型濾池，上海純水設備
以及最近從國外引進的轉盤過濾器和濾布濾池等。
2.3膜生物反應器(MBR運用
MBR[6,7]將超、微濾膜技術與污水處置中的生物反應器相結合的一種新的污水處置裝置。超、微濾膜截留活性污泥混合液中微生物絮體，使之停留在生化池內，使生化池內活性污泥濃度大大提高，并延長了污泥齡，極大提高了微生物對有機物的降解，同時超、微濾膜作為泥水分離單元，可以完全取代二沉池。MBR工藝適用于需要除磷脫氮，同時用地緊張，純水設備 出水水質要求高或有回用要求的場所。目前MBR工藝的工程投資及運行利息還是相對較高，但隨著膜材料研究的不時深入，MBR工藝也將更具有實用價值。
3鄉村污水廠提標改造困境及對策分析
3.1存在困難和問題
3.1.1建設用地制約
污水處置廠原規劃控制用地指標多依照二級規范預留，近年來，污水、污泥、除臭等處置要求不時提高，現有用地上，既要滿足規劃遠期處置量，又要滿足提標改造的需要，用地已是十分緊張。隨著鄉村發展的不時擴張，污水處置廠廠址從最初的鄉村邊緣逐漸向鄉村中心靠攏，周邊被民用、商用等各種建筑解圍，污水廠周邊新征用地不僅受到環保距離約束，拆遷也存在較大難度。這種情況下，污水廠管理企業多被要求在原廠址范圍內進行擴建、提標等建設任務，這無疑給設計、施工、運營帶來了相當的壓力和難度。
3.1.2建設、運營資金的增加
根據對江蘇、上海等地提標改造典型工程的實地調查獲知，深度處置慣例工藝混凝沉淀池、濾池等處理單元，投資均在100元/噸水以上。以一個10萬噸/天污水廠為例，從一級B提標至一級A主要工藝采用生物池投加填料+混凝沉淀池+濾布濾池方案，則主要大型設備需要增加5000萬元左右投資，上海純水設備
運行利息也相應增加。
3.1.3技術瓶頸
1進水水質存在著較嚴重的工業廢水沖擊。原則上工業廢水必需經過處置后達到污水排入鄉村下水道水質規范”后才可納入鄉村管網，最終進入污水處置廠。但由于目前我國對點源污染的管理體制和手段尚未健全，工業廢水不經處置后直接排入鄉村下水道的現象屢有發生，因此在確定污水處置廠提標改造進水水質時，必需充分考慮該因素的影響。而根據幾家鄉村污水處置廠主要污染物來源調查研究，經進水水質水量特性分析后發現，純水設備 工業企業生產廢水排放已經對鄉村污水處置廠進水水質和出水穩定達標發生了不同水平的影響，例如垃圾滲濾液等廢水、重金屬、有毒有害有機物、硝化抑制物和含氮雜環化合物（不可氨化有機氮）工業廢水直接影響到微生物的生存。這些廢水不加以禁止或者總量控制，對進水水質動搖很大、對生物處置系統造成不可逆的影響，因此如果不加強污染物源頭控制，污水處置廠升級改造想要達到預期目標很難得到保證。2進水有機濃度低（低碳源）特性。進水水質水量特性和出水水質標準的確定是污水處置工藝方案選擇的關鍵環節，也是國當前污水處置工程設計中存在單薄環節之一。調查結果標明，大多數情況是實際進水水質低于設計值，造成局部污水處置廠未進行升級改造前，大部分出水指標就己經達到要求，但同時由于進水有機污染物濃度（碳源）偏低，導致微生物缺乏營養基質，生物處置效果較差，脫氮除磷效果不理想，影響出水指標很難穩定達標。目前國內污水廠升級改造過程中，進水低濃度已成為一個共性問題，水質構成復雜或特殊時，有必要進行工藝動態試驗或中試研究，否則即便選擇合理的工藝，進水濃度偏低也將成為制約提標改造能否勝利的關鍵因素之一。
3.2因廠而異，選擇合適的工藝
目前國內污水廠提標改造生物核心工藝段采用生物脫氮除磷工藝以及膜生物反應器技術較多，而污水廠的提標改造一般包括水力改造、設備改造和工藝提標改造等，其中污水處置工藝升級改造是提高出水水質的關鍵。與新建污水處置廠不同，污水處置廠升級改造的工藝選擇問題相對復雜，通常情況下要考慮三個問題：①盡量利用原有構筑物，投資少；②工藝運行可靠，靈活性強；③處置效率高，能耗低。就處置功能而言，生物脫氮除磷和膜生物反應器技術均可實現工藝升級改造的目的但從運行成本、管理和節能等方面綜合考慮，對工藝的選擇仍是提標改造的關鍵所在
4解決污水廠提標改造土地制約新方案
雖然目前的鄉村污水廠提標改造工藝路線中，常用的三級處置工藝可滿足污水廠外排水對磷及懸浮物的要求，但土地制約問題突出，很多鄉村污水廠根本沒有多余的土地去新建三級處置設施，這種情況下，占地面積小上海純水設備
，處置能力強的三級處置工藝自愿切需求。
4.1KWI氣浮深度除磷新工藝（DephoPackTM
隨著污水處置的排放規范不時提高，要求排入重點流域及湖泊、水庫等水域時，執行一級A規范總磷限值為0.5mg/L甚至對于某些敏感水體如滇池，周邊污水處置廠總磷限值達到0.05mg/L現有污水處置廠除磷技術缺乏以改善水質達到總磷限值標準。這種情況下，污水廠的提標改造，需要通用以及穩定可靠、占地面積小、運行利息低的深度除磷工藝。來自于溶氣氣浮鼻祖奧地利KWI浮濾一體化除磷工藝DephorPack?能夠滿足這三方面要求。
圖1.KWI浮濾一體化除磷工藝DephorPack?
環境工程工藝師開發出新工藝利用化學混凝絮凝、沉淀、過濾、浮選的組合機制可產生低于0.01mg/L出水正磷酸鹽(PO4-P濃度，總磷濃度通常小于0.10mg/L
4.2ItN陶瓷平板膜應用于MBR
與許多傳統的生物水處置工藝相比，MBR具有以下主要特點：
一、出水水質優質穩定
由于膜的高效分離作用，分離效果遠好于激進沉淀池，處置出水極其清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除。
同時，膜分離也使微生物被完全被截流在生物反應器內，使得系統內能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了反應裝置對污染物的整體去除效率，保證了良好的出水水質，同時反應器對進水負荷（水質及水量）各種變化具有很好的適應性，耐沖擊負荷，上海純水設備能夠穩定獲得優質的出水水質。
二、剩余污泥產量少
該工藝可以在高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產量低（理論上可以實現零污泥排放）降低了污泥處置費用。
三、占地面積小，不受設置場所限制
生物反應器內能維持高濃度的微生物量，處置裝置容積負荷高，占地面積大大節省；該工藝流程簡單、結構緊湊、占地面積省，不受設置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式純水設備 。
四、可去除氨氮及難降解有機物
由于微生物被完全截流在生物反應器內，從而有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留生長，系統硝化效率得以提高。同時，可增長一些難降解的有機物在系統中的水力停留時間，有利于難降解有機物降解效率的提高。
五、操作管理方便，易于實現自動控制
該工藝實現了水力停留時間（HRT與污泥停留時間（SRT完全分離，運行控制更加靈活穩定，污水處置中容易實現裝備化的新技術，可實現微機自動控制，從而使操作管理更為方便。
六、易于從激進工藝進行改造
該工藝可以作為激進污水處置工藝的深度處置單元，鄉村二級污水處置廠出水深度處理（從而實現鄉村污水的大量回用）等領域有著廣闊的應用前景。
保守的膜-生物反應器也存在一些不足。上海純水設備
主要表示在以下幾個方面：
o膜污染容易呈現，給操作管理帶來方便；
o能耗高：首先MBR泥水分離過程必需堅持一定的膜驅動壓力，其次是MBR池中MLSS濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必需加大曝氣強度，還有為了加大膜通量、純水設備 減輕膜污染，必需增大流速，沖刷膜表面，造成MBR能耗要比傳統的生物處置工藝高。
與傳統的有機聚合物MBR相比，ItN陶瓷平板膜應用于MBR主要有以下優勢：
o不需要進行離線化學清洗（極少的人工和維護成本）
o占地面積小，穩定的高質量產水；
o極長的工作壽命（大于20年）
o高通量（35-60LMH
o較低的反洗頻率和化學清洗頻率導致很低的運行本錢（節省超越50%
o10年以上的運行后仍然可以通過反洗/化學清洗達到接近100%通量恢復能力。
KWI浮濾一體化設備用于鄉村污水廠三級處置工藝，不只可以使尾水的SS及TP達標排放，由于占地面小，可滿足于受土地制約影響的污水處置廠的提標改造；ItN陶瓷平板膜應用于MBR不只可以彌補激進有機聚合物MBR缺乏，還可以使MBR占地面積更小。當土地成為制約因素的時候，地價從30萬到100萬，mbr工藝代替二級和深度處理是有投資優勢的上海純水設備
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