美國污水處理廠升級改造經(jīng)驗教訓(xùn)（上）
國內(nèi)污水處理廠升級改造近幾年如火如荼，這其中不乏有成功的案例，但也有一些改造值得商榷，工程措施并不是cost-effective。本文介紹了美國污水處理廠過去幾十年的升級改造經(jīng)驗教訓(xùn)，這些經(jīng)驗教訓(xùn)對中國無疑具有一定的借鑒意義。
最大程度利用現(xiàn)有處理設(shè)施：經(jīng)常聽說很多污水處理廠為了升級改造而全部廢棄原有的構(gòu)筑物，實際上在很多情況下這并非英明之舉。除非池容特別小，比如小于要求池容的20%，或者構(gòu)筑物年老失修（混凝土結(jié)構(gòu)可以至少使用50年），一般情況下現(xiàn)有的設(shè)施都可以得到合理的利用。例如，有的污水處理廠可以將曝氣池改為沉淀池，擴大沉淀面積；
將現(xiàn)有不用的設(shè)施改造為生物處理單元：許多污水處理廠都建于80~90年代，基本都有矩形初沉池，這些初沉池有的往往偏小或者偏淺，難以發(fā)揮既有的目的。初沉池對于應(yīng)對進水負(fù)荷的波動是有益的，也有利于厭氧消化，可以產(chǎn)生更多的沼氣。但是初沉池去除掉太多的碳源對生物脫氮除磷是不利的，為了達到脫磷除磷目的，有的污水處理廠需要對矩形初沉池做一定的改造，例如美國賓夕法尼亞州的Throop污水處理廠，矩形初沉池改造成為生物處理的缺氧、厭氧區(qū)，而二級處理改造為好氧區(qū)和后缺氧區(qū)。
低負(fù)荷工藝改造，有的污水處理廠的負(fù)荷很低，可以將其負(fù)荷適當(dāng)提高，馬里蘭州的Thurmont污水處理廠就是將原有的氧化溝改造為VIP工藝，池面的液位有所提高。
許多污水處理廠原有的設(shè)計往往都很保守，池體結(jié)構(gòu)足以再承受更高的水位，這種增加池深的方法在一些污水處理廠的升級改造中得到了應(yīng)用，例如Thurmont污水處理廠。
新建處理設(shè)施與原有設(shè)施的矛盾，最大程度地利用原有設(shè)施無疑是最經(jīng)濟合算的，但改造原有設(shè)施要比新建構(gòu)筑物復(fù)雜，而且施工周期更長，這就會增加工程管理人員的費用。如果現(xiàn)有的關(guān)鍵設(shè)施（比如曝氣池）的改造，可能會難以滿足環(huán)保部門的排放要求，因此建設(shè)新的處理設(shè)施，容許舊的處理設(shè)施在改造期間繼續(xù)運行是不得不做出的選擇。
30%的能力，50%的壽命：從某種角度而言，現(xiàn)有的設(shè)施不值得利用。作為一種經(jīng)驗的總結(jié)，如果一個池子不能在改造之后提供30%的處理能力，那么可能不值得利用。壽命是另外一個因素，混凝土的壽命至少50年，一些在上世紀(jì)70年代建設(shè)的處理設(shè)施仍然可以使用。為了驗證結(jié)構(gòu)強度，應(yīng)該考慮鉆芯取樣。
美國污水處理廠升級改造經(jīng)驗教訓(xùn)（下）
許多升級改造為了實現(xiàn)除磷往往選擇鋁鹽、鐵鹽來實現(xiàn)化學(xué)除磷。雖然這很可靠，但無疑也會增加污泥產(chǎn)量，藥劑費用較貴的特點。生物除磷在進水水質(zhì)合適的條件下，達到1.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)并不困難，較化學(xué)除磷有不少的優(yōu)點，應(yīng)該優(yōu)先考慮。
供應(yīng)商的工作是銷售，工藝決策者應(yīng)該客觀評價各種不同的工藝，優(yōu)化選擇。如果工藝決策者過分地相信某一種工藝的供貨商之言，那么就喪失了各種不同工藝的競爭，這樣的投資可能會比較高�，F(xiàn)在，有很多供應(yīng)商提供完整的工藝設(shè)計、供貨、安裝等。
合理采用生物脫氮除磷工藝（BNR），而不是強化脫氮除磷工藝（ENR）。在很多地方，膜技術(shù)用于升級改造，雖然這是一種技術(shù)趨勢，但應(yīng)該客觀分析，不可盲目應(yīng)用，膜技術(shù)的成本較傳統(tǒng)的脫氮除磷工藝（BNR）高很多。即使是在美國的馬里蘭州和弗吉尼亞州，這兩個州很多地方的污水處理廠要求達到強化脫氮除磷的目標(biāo)，即使在這些地方都很少采用膜技術(shù)，而Bardenpho這樣傳統(tǒng)的工藝輔以過濾單元更為普遍。
過濾技術(shù)是污水處理升級改造常用的技術(shù)，但馬里蘭州很多污水處理廠在升級改造之后發(fā)現(xiàn)在過濾之前的水質(zhì)就已經(jīng)達到了排放標(biāo)準(zhǔn)。過濾單元價格不菲，而且機械電氣控制較為復(fù)雜，通常會需要中間泵房，并且會產(chǎn)生大量的反沖洗水。而采用較大一些的反應(yīng)池和沉淀池的造價會更低。
推流式工藝：目前世界上脫氮除磷應(yīng)用最廣的工藝主要有A/O工藝、A2O工藝、UCT工藝、Bardenpho工藝、JHB工藝及多點進水工藝。這些工藝具有較強的靈活性，可以滿足不同要求的出水水質(zhì)。這些推流式工藝往往可以設(shè)計成不同的運行模式，多點進水是一種常見的模式，可以應(yīng)對降雨期間峰值流量的變化。
SBR是常見的一種工藝，SBR的負(fù)荷較低，幾乎所有的SBR工藝都設(shè)計成完全硝化的模式，但實現(xiàn)來良好的生物脫氮與生物除磷卻不多見。SBR工藝可以比較容易地升級改造為脫氮除磷工藝。在美國賓夕法尼亞州的Archbald污水處理廠和Gregg Township污水處理廠，SBR工藝都改造成了類似推流式的脫氮除磷工藝。而且，設(shè)置了前置缺氧區(qū)和厭氧區(qū)、內(nèi)回流泵。SBR工藝的一個不足之處是難以應(yīng)對流量的大幅度變化。
氧化溝工藝是低負(fù)荷，水力停留時間較長，對流量的變化有很強的適應(yīng)性。如果設(shè)計合理的話，氧化溝可以實現(xiàn)一定程度的同時硝化反硝化。氧化溝另外一種普遍的做法是在一個溝中實現(xiàn)硝化，而在另外一個溝中實現(xiàn)反硝化，進水和出水交替切換。有些氧化溝不太好升級改造，這些氧化溝的池深往往太淺，因為轉(zhuǎn)刷會將混合液的溫度降低到難以硝化的程度。
運用數(shù)學(xué)模擬工具來分析研究污水處理過程中的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)的做法，早期的數(shù)學(xué)模擬是一些原始的表格，后來各種模擬工具不斷出現(xiàn)，例如Biowin、GPS-X等等。運用數(shù)學(xué)模擬的一個關(guān)鍵之處是要對污水水質(zhì)特性做全面深入的分析，如果不做具體的分析，簡單地采用模擬軟件中的默認(rèn)值很可能會得到錯誤的結(jié)論。例如，在美國馬里蘭州的Gregg Township污水處理廠，硝化速率是Biowin模型中默認(rèn)值的110%，而當(dāng)有滲濾液排入的時候，硝化速率又會降低至默認(rèn)值的67%，可見模型的應(yīng)用一定要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w條件來分析。
