由于水環(huán)境治理工作的深入，原建城鎮(zhèn)污水處理廠大多面臨達(dá)標(biāo)改造的問題，開展污水脫氮除磷工藝改造，在工藝改造的同時(shí)，部分污水廠已運(yùn)行多年，技術(shù)和設(shè)備陳舊、效率不高，要求改造更換設(shè)備以提高處理效率，降低處理成本，適應(yīng)新的處理標(biāo)準(zhǔn)。

1 污水廠升級改造步驟

污水廠的升級改造就是在污水脫氮除磷標(biāo)準(zhǔn)的要求下，通過污水處理工藝的研究，同時(shí)改進(jìn)污水廠的運(yùn)行，改善水力條件，提高處理程度。對現(xiàn)有污水廠的處理容量和能力進(jìn)行準(zhǔn)確評估，最大程度地利用現(xiàn)有處理設(shè)施，是污水廠改造的優(yōu)選方案。在污水廠改造過程中，應(yīng)注重調(diào)查分析全面評估。

1.1 對污水廠進(jìn)行調(diào)查分析

盡可能多地收集污水廠現(xiàn)狀設(shè)施和運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，包括工藝計(jì)算，水力計(jì)算，歷年的實(shí)測數(shù)據(jù)，設(shè)施和設(shè)備狀態(tài)等。工藝計(jì)算是對各單體的工藝負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算并與運(yùn)行值進(jìn)行復(fù)核；水力計(jì)算用來確定水力負(fù)荷并確定水力流程的瓶頸點(diǎn)。歷年實(shí)測數(shù)據(jù)，如污水進(jìn)水水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)，可以確定峰值和平均的流量和濃度負(fù)荷；設(shè)施和設(shè)備的評價(jià)可以是定性的也可以是定量的。

1.2 確定污水廠運(yùn)行的限制因素

根據(jù)調(diào)查資料，可以對污水廠進(jìn)行全面的評估，由不同專業(yè)的專家進(jìn)行，確定影響處理能力的單體及原因。

1.3 編制污水廠改造方案

應(yīng)該盡可能多地提出改造方案，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定改造的推薦方案；對各個(gè)方案采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，定量分析基建費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。定性分析運(yùn)行可靠度、方便程度、人員能力、可實(shí)施性等。

1.4 編制改造工程的實(shí)施方案

污水廠的升級改造不能過多影響處理能力，為保證不斷水施工，達(dá)到一定的處理程度，還需要考慮編制改造的實(shí)施方案，確定新舊構(gòu)筑物水力切換的時(shí)間步驟，達(dá)到的處理能力和標(biāo)準(zhǔn)，并征得有關(guān)部門的同意。

2 污水廠改造技術(shù)研究

2.1 水力改造技術(shù)

（1）水力改造有助于改善流量分配不均、短流、死水區(qū)、密度流、射流和污泥流失等問題，保證流量分配均勻，通過多個(gè)堰配水，每個(gè)堰對應(yīng)一組處理單元，堰的長度與相應(yīng)的處理單元流量占總流量的比例成正比，也可以在每個(gè)處理單元前安裝流量計(jì)和控制閥等控制措施，保證流量分配均勻；

（2）防止水量的溢流

通過改用變頻泵或采用溢流管將過多的水量回流至進(jìn)水井，保證處理構(gòu)筑物流量的均衡，解決由于流量變化，導(dǎo)致發(fā)生紊流、沉淀物溢出等問題；

（3）在沉淀池添加合適的擋板

在進(jìn)水處設(shè)置擋板，可以消能、均勻配水，還可以使進(jìn)水和污泥充分絮凝；在刮泥板上設(shè)置擋板，可以起到消能和減少密度流的形成；在出水處設(shè)置擋板，可以防止活性污泥系統(tǒng)中因密度流使污泥隨出水流失；

2.2 設(shè)備改造技術(shù)

各類新設(shè)備、新技術(shù)不斷推陳出新，可以提高污水處理的效率，降低能耗，應(yīng)用在污水處理中的設(shè)備改造包括：

（1）采用高效、無堵塞的水泵和變頻設(shè)備提高輸水能力和效率；

（2）采用新型機(jī)械細(xì)格柵、新型除砂設(shè)備提高預(yù)處理能力；

（3）采用高效的曝氣設(shè)備提高充氧能力、供氧可靠性和降低能耗；

（4）增加各種在線監(jiān)測和自控設(shè)備提高污水處理的運(yùn)行水平；

（5）采用先進(jìn)的控制方式，在保證供氧充足的前提下，降低供氧量，降低能耗。

2.3 污水處理工藝改造技術(shù)

（1）脫氮除磷技術(shù)

隨著標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水中氮磷的去除要求也在提高�？梢酝ㄟ^以下方法進(jìn)行改造：

a . 在沉淀池或污水處理反應(yīng)池內(nèi)投加金屬鹽和聚合物等化學(xué)藥劑，通過化學(xué)反應(yīng)和凝聚作用來凝聚膠體顆粒，生成沉淀物以達(dá)到去除懸浮有機(jī)物和除磷的目的；

b . 在普通曝氣反應(yīng)池內(nèi)增設(shè)單獨(dú)的厭氧區(qū)以維持積磷菌的優(yōu)勢生長，達(dá)到生物除磷的效果，設(shè)置單獨(dú)的缺氧區(qū)可以達(dá)到生物脫氮的目的。同時(shí)設(shè)置厭氧、缺氧區(qū)，改造為 Bardenpho工藝、AAO工藝、改良AAO工藝、倒置 A A O 工藝和 V I P 工藝，能同時(shí)達(dá)到脫氮除磷目的。在達(dá)到營養(yǎng)物去除的同時(shí)，還有改善污泥沉降性能、堿度回收和減少耗氧量等優(yōu)點(diǎn)。

c . 在傳統(tǒng)兩段法工藝的基礎(chǔ)上，增加兩段間的回流，將一段中沉池的部分污泥進(jìn)入二段，提供反硝化菌和碳源，與二沉池的回流污泥混合形成具有硝化和反硝化能力的混合污泥；同時(shí)將二段污泥回流至一段，提供硝化菌，改善一段泥齡短無法硝化的缺點(diǎn)，使兩段同時(shí)具有脫氮功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部分污泥交替處于厭氧好氧條件，增加脫氮除磷效果。

（2）深度處理

a . 常規(guī)的過濾、吸附、混凝、沉淀、氣浮和消毒工藝可以達(dá)到深度處理的目的。濾池近年來出現(xiàn)了許多新形式，濾料也從單一的砂增加到纖維束、燒結(jié)陶粒、塑料顆粒等；消毒工藝有液氯、二氧化氯、紫外線、臭氧等。

b . 曝氣生物濾池是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的污水處理新工藝，在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物膜生長的載體，并根據(jù)污水的不同流向分為下向流或上向流，污水由上向下或由下向上流過濾料層，在濾料層下部鼓風(fēng)曝氣，空氣與污水逆向或同向接觸，使污水中的有機(jī)物和填料表面生物膜通過生化反應(yīng)得到穩(wěn)定，填料同時(shí)起到物理過濾作用。實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解、硝化、反硝化，以達(dá)到去除污染物的目的，該工藝具有容積負(fù)荷高、水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短、所需投資少、占地面積小、處理出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。

c . 膜技術(shù)是指利用微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜、電滲析等技術(shù)進(jìn)行過濾，以去除水中的懸浮物、膠體物、細(xì)菌和病毒等。具有出水水質(zhì)好、不受進(jìn)水水質(zhì)波動影響、模塊化設(shè)計(jì)、安裝維護(hù)方便、占地小、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

d . 以生物反應(yīng)池和膜分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合的膜生物反應(yīng)器技術(shù)也是最近發(fā)展起來的高新技術(shù)。它用膜分離系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，既利用了膜分離的選擇透過性和高效性 , 又利用了生物處理的有效性和徹底性，從而將水中的有害物質(zhì)最大程度地去除，處理后的污水水質(zhì)可直接回用。

3 污水廠改造工程實(shí)例

3.1 上海市天山污水處理廠

上海市天山污水處理廠1987年10月正式投入運(yùn)行，處理能力為7.5萬 m3 /d，采用鼓風(fēng)曝氣普通活性污泥法處理工藝。改造工程采用 Hybrid工藝，增設(shè)厭氧池 1 座，將原 3 組曝氣池中的 1 組改為一段曝氣池，3座初沉池改為中間沉淀池， 另 2 組曝氣池作為二段曝氣池；原有 6 座二沉池改為最終沉淀池，最終沉淀池及中間沉淀池另配置回流污泥泵，各自回流；最終沉淀池出水回流到一段曝氣池，以及一段及二段曝氣池混合液回流，另配置水泵。鼓風(fēng)機(jī)房更換并增設(shè)風(fēng)機(jī)。另外，在曝氣池前、曝氣池內(nèi)或曝氣池后投加 F e C l3 化學(xué)藥劑進(jìn)行同時(shí)沉淀除磷，處理后出水經(jīng)紫外線消毒達(dá)標(biāo)排放。

3.2 上海市曲陽污水處理廠

上海曲陽污水處理廠是一座上世紀(jì) 80 年代初建設(shè)的中心城區(qū)污水處理廠，處理能力為 6 萬m3 /d，采用常規(guī)活性污泥法。為使中心城區(qū)的污水處理廠在沒有增加土地的前提下達(dá)標(biāo)改造，進(jìn)行了長時(shí)間的中試研究，采用雙污泥脫氮除磷處理 ( P A S F ) 工藝。該工藝采用上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院近年來為滿足新的排放標(biāo)準(zhǔn)而開發(fā)的以AAO 短泥齡活性污泥工藝和 BIOSMEDI 曝氣生物濾池相結(jié)合的新型脫氮除磷工藝。該工藝的核心思想是在兩個(gè)污泥系統(tǒng)中，分別提供適合積磷菌和硝化菌的最佳生長環(huán)境，解決積磷菌和硝化菌的泥齡矛盾，消除回流污泥中硝酸鹽對積磷菌放菌的不利影響。前一階段以短泥齡活性污泥法為主，主要考慮磷的去除、反硝化和部分硝化，當(dāng)對磷的去除目標(biāo)嚴(yán)格時(shí)，還可考慮設(shè)置內(nèi)回流。后一階段采用生物膜處理工藝，由于活性污泥段泥齡短，硝化不充分，對氨氮的去除有限，后一階段采用生物膜，培養(yǎng)自氧硝化細(xì)菌，以確保出水氨氮達(dá)到排放要求。曝氣生物濾池為本次改造工程新建，包括污水提升井、生物濾池、生物濾池反沖洗污泥池和消毒池等，曝氣生物濾池采用BIOSM EDI工藝，分為8組，每組有效面積為7m×9m，呈對稱布置，中間設(shè)置管廊，管廊下部為濾池反沖洗污泥池，進(jìn)入生物濾池流量按進(jìn)水流量的 50%~100% 計(jì)，濾池上升流速為 2.5~5.0m / h，填料厚2.5m，濾料的負(fù)荷為 0.35k g / m3 濾料，反沖洗采用濾池上部出水進(jìn)行反沖，采用脈沖反沖洗的形式，反沖洗水排入污泥池，由水泵提升入污水處理廠內(nèi)進(jìn)水泵房，消毒采用紫外線消毒，采用低壓高強(qiáng)燈。經(jīng)曝氣生物濾池處理的出水可用于廠區(qū)綠化、脫水機(jī)房和除臭補(bǔ)充水的回用。

3.3 鄭州市王新莊污水處理廠

鄭州市王新莊污水處理廠于 2000 年12月28日建成，處理能力為40萬 m3 / d，采用厭氧 / 好氧二級生化處理工藝，由于進(jìn)水 N H4- N 值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原設(shè)計(jì)值，致使出水 N H4- N 值除夏季外，均不能達(dá)標(biāo)排放，升級改造勢在必行。由王新莊污水處理廠近年進(jìn)水水質(zhì)可以看出，進(jìn)水水質(zhì)中 BOD5、CODcr、SS濃度下降明顯，BOD5/TN、BOD5/TP偏低，不利于生物脫氮除磷。本工程出水水質(zhì)要求出水TP≤ 3mg/l，因此設(shè)計(jì)采用帶前置缺氧段的 A/A/O工藝做為本次設(shè)計(jì)的污水生物處理工藝。

設(shè)置前置缺氧段，其目的主要是去除回流污泥中的硝酸鹽，使厭氧區(qū)內(nèi)的厭氧環(huán)境得到保證，從而確保生物除磷效果。內(nèi)回流中的硝酸鹽在厭氧段后設(shè)置的缺氧段中進(jìn)行反硝化，避免過量的硝酸鹽進(jìn)入二沉池，在二沉池內(nèi)進(jìn)行反硝化引起污泥上浮，同時(shí)回收氧及堿度，節(jié)約能量。在前置缺氧段及厭氧段設(shè)兩個(gè)進(jìn)水點(diǎn)，以保證前置缺氧段反硝化及厭氧段生物除磷所需的碳源，同時(shí)在生物反應(yīng)池的設(shè)計(jì)中考慮可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水溫的變化采用不同運(yùn)行方式。當(dāng)進(jìn)水碳源嚴(yán)重不足時(shí)，設(shè)置了可超越初沉池的旁通管，同時(shí)還可將污泥離心脫水機(jī)濾液經(jīng)除磷池處理后的上清 液直接進(jìn)入生物反應(yīng)池。本次設(shè)計(jì)考慮適當(dāng)增加新建生化處理構(gòu)筑物硝化段及反硝化段的停留時(shí)間，降低出水 N H4- N 和 T N濃度，為將來王新莊污水處理廠出水回用采用深度處理工藝創(chuàng)造有利條件。并且考慮增加除磷池，消化池上清液和離心脫水機(jī)濾液進(jìn)入除磷池，同時(shí)投加硫酸

鋁進(jìn)行化學(xué)除磷。以避免高濃度的消化池上清液和離心脫水機(jī)濾液進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，對污水處理系統(tǒng)造成沖擊，使出水TP超標(biāo)。