城镇 污水处理厂升级改造工程对水质的改善作用探讨 许世伟 张荣兵 顾 剑 石 磊 彭登富 （北京城市排水集团有限责任公司京北分公司，北京 １０Ｏ１９２） 摘要 调研分析了北京市目前运行的几座污水处理厂的实际出水水质，并与升级改造后出 水应达到的水质进行比较，找到其中差距及存在的问题，为升级改造工程提供相应的数据支 持。在此基础上分析了三种升级改造Ｚ－－艺对水质的改善作用，并对污水处理厂的升级改造提出 建议。 关键词 污水处理厂 升级改造料滤池 水质标准膜生物反应器（ＭＢＲ） 曝气生物滤池（ＢＡＦ） 填 ０前言 １ 北京市污水处理厂升级改造计划及运营现状 经过几十年的努力，北京的排水基础设施有 了很大发展，北京市水务局规划中心城区污水处 理厂升级改造工程完成后，每年将有近ｌＯ亿ＩＴＩ。 的优质再生水用于城市河湖补水、园林绿化、工业 循环用水、市政杂用及农业灌溉等。北京城市排 水集团按照北京、市的要求，积极践行污 水“全收集、全处理、全回用”使命，高质量、高标准、 高速度地完成城八区污水处理厂升级改造的建设任 务；在建设期内不影响原有设施运行，不影响污染物 减排任务。工程出水水质应达到《城市污水再生利 用景观环境用水水质》（ＧＢ／Ｔ １８９２１－－２００２）部分 水质满足《地表水环境质量标准》的Ⅳ类地表水水质 近年来，随着我国城镇化进程的不断加快，许 多城镇污水处理厂发展迅速，排放标准不断严格， 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ ｌ８９１８ ２００２）中一级Ａ标准规定氨氮、总氮和总磷指标分 别为５（８）、１５、０．５（１）ｍｇ／Ｉ ［ Ｊ（括号内为水温 ≤１２℃时的限值），这给已运行的污水处理厂带来 很大压力。 在金融危机后，提出４万亿拉动内需的投资 计划，其中一部分是城市基础设施的建设，同时又要 求节能减排达到一定标准，对于城市来说减少Ｃ（）Ｉ） 排放总量是一项硬指标。这使不少省市不断提高污 水排放标准，对于传统的活性污泥法（包括Ａ／ｏ、氧化 沟、ＳＢＲ、Ａ２／ｏ及其改进工艺）来说，多指标同时达到 要求，其中总氮要求参照“集中式生活饮用水地表水 源地”的有关标准制定，为建设绿色北京发挥积极 作用。 表１是北京市运营的几座污水处理厂设计水质 级Ａ的要求有较大困难，因为脱氮和除磷本身是 对矛盾，当采用较高负荷运行时，除磷效果好，但是 总氮和氨氮的去除效果不佳；当采用较低负荷运行 时，总氮和氨氮的去除率提高，但是除磷效果会受到 影响。如何解决这一问题，成为众多设计者潜心研 与目前实际进出水水质情况（主要是三项常规和氮磷 指标）。从表１可以看出，目前北京市污水处理厂出 水水质全部达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （ＧＢ １８９１８－－２００２）中一级Ｂ标准。 ２升级改造后预期达到的水质 究的关键。北京市对排放水质的要求更为严格，拟 定近三年全面升级城中心污水处理厂，部分水质要 求达到《地表水环境质量标准》（ＧＢ ３８３８－－２００２）ＩＶ 类水体要求。 本文通过对目前北京市运营的几座污水处理厂 按照北京市市启动全市所有污水处理厂的 升级改造计划，中心城区９座污水处理厂全部进行 升级改造，加快推进郊区污水处理厂和污水收集管网 建设，新城升级改造和新建２ｌ座再生水厂，出厂水质 将全部提高至地表水Ⅳ类标准即：ＤＯ≥３ ｍｇ／Ｉ ，高 出水水质情况的介绍和对升级改造后要达到的水质 标准进行比对，找出其中的差距，并对升级改造提出 建议 ４２给水排水Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．７ ２０１０ 锰酸盐指数≤１０ ｍｇ／Ｌ，Ｃ（） ≤３０ ｍｇ／ｉ ， ） ≤ ６ ｍｇ／Ｉ ，ＮＨａ－－Ｎ￣Ｉ．５ ｍｇ／Ｉ ，ＴＰ＜０．３ ｍｇ／Ｌ（湖、库 ４０．１ ｍｇ／Ｌ），ＴＮ≤１．５ ｍｇ／Ｉ ，ＩＡＳ≤０．３ ｍｇ／Ｉ ，粪 大肠菌群≤２万个／Ｉ 。提高出厂水质和加快污水处 理设施建设，将加快全市污水资源化进程，促进宝贵 的水资源实现良性循环利用。 通过对比污水处理厂升级前后水质的变化情 表１ 北京市污水处理厂设计和实际进出水水质 项目 指标 设计进水 实际进水 设计出水 实际出水 ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｉ ／ｍｇ／Ｉ ＢＯＤ５ ２００ ２０６ ≤２０ ９．１９ ＣＯＤｃ ４００ ４３７ ≤６Ｏ ４２．７ 污水处 理厂ＳＳ ２５Ｏ ２６４ ≤２Ｏ ｌ１７ ＮＨ３一Ｎ ２５ ≤１ ５ ３．６５ ＴＰ ８ ６．１２ ≤１／Ｏ．３ ０．３１ ４ Ｂ０ ２００ ｌ８８ ≤２Ｏ ８．９６ Ｃ０ ３５０ ３９７ ≤６Ｏ ４０．６ 污水处 ＳＳ ２５０ ２３０ ≤３Ｏ １２．１ 理厂二 ＮＨ —Ｎ ２５ ４５ ≤８ ２１ ＴＮ ４０ ６２ ≤１Ｏ １２．９６ ＴＰ ６．８ ０．５６ ＢＯＤ８ ２００ １６４ ≤２Ｏ ８．０６ ＣＯＤ（－ ３００ ３４８ ≤６Ｏ ３５．４ 污水处 ＳＳ ２５０ ２４１ ≤２Ｏ １ｏ．３ 理厂三 ＴＮ ４０ ５５ ≤２Ｏ ２７９ ＮＨ３ Ｎ ３０ ≤８ ｏ．６７１ ＴＰ ５．０９ １．Ｏ２ Ｂ０Ｄ ２０４ １７９ ≤２０ １０．３ ＣｏＦａ： ４５７ ３７９ ≤６Ｏ ４８．７ 污水处 ｓｓ ２４０ ２２３ ≤２Ｏ １３．４ 理厂四 ＴＮ ４１ ６４ ≤２Ｏ １７１ ＮＨ３～…Ｎ ２５ ≤８ ４．８３ ＴＰ ５．２ ５．９７ ≤１ １．６１ Ｉ ）Ｄ５ ２８０ １９１ ≤２０ ＜２ ＣＯＩ ５５Ｏ ４１３ ≤６Ｏ ２４．７４ ＳＳ ３４０ ２６１ ≤２Ｏ ＜５ 污水处 理厂五 ＴＮ ６５ ５５ ≤２Ｏ １１６３ ＮＨａ—Ｎ ４５ ≤８ ０．４８ ＴＰ １０ ６．１９ ≤１．０ ０．２８ ｐＨ ７．６２ ７．６６ 况，主要矛盾落在ＣＯＤ 、ＢＯＤ 、ＴＮ、ＴＰ上。前两 项指标在提高生物系统稳定性之后即可达到标准要 求，ＴＮ和ＴＰ的去除需要在设计中考虑加药环节。 生物除磷效果好的前提下ＴＰ可以达到０．３ ｍｇ／Ｉ 以下，但是全年稳定性不好，尤其是在汛期时，降雨 带来大量的溶解氧和低水质给原有的系统造成很大 的水力冲击，造成原有的生物除磷平衡破坏，通过工 艺调整又很难在短期内恢复，所以在设计中需要增 加化学除磷的设计。ＴＮ的达标是最难的，即使设 计方已经把标准提高到１０ ｍｇ／Ｉ ，依然很难达到，从 已经运行的ＭＢＲ工艺出水水质看，年均ＴＮ在ｌ１ ｍｇ／Ｉ 左右，所以改善的办法包括投加甲醇作为碳 源，或是延长泥龄降低负荷，提高脱氮效率，需要调 研后方可下结论。 ３升级改造工艺对水质的改善作用分析 通过调研分析北京市污水处理厂升级改造拟 采用的几种］：艺出水水质，可以了解升级改造对 水质的改善作用。 ３．１ ＭＢＲ工艺 ２００８年北京奥运会的召开为北京城市污水处 理厂的升级改造提供了良好的机遇，北小河污水处 理厂由于离奥运场馆区最近，所以最优先进行升级 改造，采用ＭＢＲ工艺。浸没式膜组件放在单独的 膜池中，在渗透（出水）泵产生的真空条件下，水穿过 膜而完成过滤过程，膜池取代了传统二沉池固液体 分离和颗粒滤料滤池过滤的功能。表２为采用 ＭＢＲ工艺的污水处理厂水质分析。 对比ＭＢＲ设计和实际出水水质情况，正如前 文所述，各项指标很容易达标，只是ＴＮ不能满足 设计要求，需要在运行中通过调整运行参数来 达标。 ３．２曝气生物滤池工艺 曝气生物滤池（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｅｒａｔｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ，ＢＡＦ） 是２０世纪８０年代末在欧美发展起来的一种生物膜 法污水处理工艺，其特点是集生物氧化和截留悬浮 固体于一体，节省了后续二沉池，其容积负荷、水力 负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水 质好；运行能耗低，运行费用省。 表３为某曝气生物滤池污水处理厂进出水水质 分析 。 给水排水Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．７ ２０１０ ４３ 表２某ＭＢＲ工艺设计与实际进出水水质 项目 设计进水 实际进水 设计出水 ＢＯ ／ｍｇ／Ｉ ２８０ １９１ ６ ＣＯＤｃ ／ｍｇ／Ｉ ５５０ ４６３ ３Ｏ ＳＳ ／ｍｇ／Ｉ ３４０ ２６１ ＴＮ ／ｍｇ／Ｉ ６５ ５５ １Ｏ ＮＨａ～Ｎ ／ｍｇ／Ｉ ４５ ３８ ｌ＿５ ＴＰ ／ｍｇ／Ｌ １Ｏ ６．１９ Ｏ．３ 粪大肠菌群 ｝ ｜Ｌ 浊度 ／ＮＴＵ 色度 ／度 ５００ ５ １５ 实际出水 ＜２ ２４７４ ＜５ １１．４ ０．４８ ０．２８（采用化 学除磷） 未检出 ＜２ ２７ （臭氧后１４） 表３某曝气生物滤池工艺进出水水质 项目 ＢＯＤ５ Ｃ０Ｉ）［： ＳＳ ＴＮ ＮＨ 一Ｎ ＴＰ ／ｍｇ／１ ／ｍｇ／Ｉ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／１ ４对污水处理厂升级改造的水质改善及建议 （１）与《地表水环境质量标准》的Ⅳ类地表水水 质要求中常规指标相比，采用ＭＢＲ、ＢＡＦ和ＨＹＢＡＳ 三种工艺升级改造污水处理厂的出水Ｂ（）Ｄ５、ＳＳ、 ＣＯＤｅｒ、ＴＰ、氨氮、粪大肠菌群数等指标能完全达到标 准中的要求，ＴＮ由于技术水平的及来水远高于设 设计进水 ２５０ 实际进水 １７０ ４００ ３７２ ２５０ ｌ６０ ４３ ４２ ２６ １０ ２ 设计出水 ＜２０ 实际出水 ＜５ ＜６Ｏ ＜３Ｏ －＜２０ ＜５ １２．６ ＜１５ １ ＜１ ０．６５ 对比曝气生物滤池设计和实际出水水质情况， 计水质等影响不能达到标准要求，即使设计单位调整 出水ＴＩＮ在１０ ｍｇ／Ｉ 以内，也还是有一定难度。 ＴＮ不能满足设计要求，需要在后续工艺中设计脱 氮装置，初步采用投加反硝化碳源的方式即可满足 要求。 （２）《地表水环境质量标准》的ＩＶ类水质要求中 其他一些金属离子指标本文没有考虑在内，重点放 在分析常规指标，所以比较结果具有片面性。 （３）对升级改造的污水处理厂设计和施工部门 ３．３填料滤池工艺 美国科罗拉多州布伦费尔德污水处理厂是安能 国际（集团）第一个ＨＹＢＡＳ工艺的应用实例。ＨＹ－ ＢＡＳ工艺将活性污泥工艺和ＭＢＢＲ（流动床生物 膜）工艺有机地结合在同一生物池中。采用该工艺 技术在改造现有活性污泥处理厂时具有许多明显的 要编制实施方案，如何一步一步来实施，对能不能成 功改造一个污水处理厂是很重要的环节，要提出工 程改造分组分段改造的实施方案，将对正在运行的 污水处理厂的影响降到最低程度。 （４）污水处理厂经过若干年运行整体环境很 好处。例如，在不新建曝气池（好氧池）情况下，能够 升级改造原污水处理厂到新的出水氮磷要求，并且 同时很好地解决了改造中的水力学问题。结合生物 差，化学和气体腐蚀对设备的损害很大，需要对一些 设备设施进行改造。其中增加功能完善的除臭收集 膜工艺后，澄清池的固体负荷也有所降低，这样又可 以用作调整处理系统的澄清能力的一个额外的工 具。表４为该工艺应用情况分析。 表４某填料滤池工艺进出水水质 项目 Ｂ【】Ｄ５ ＣＯＩ）ｃ ＳＳ ＴＮ ＮＨ Ｎ ＴＰ 和处理系统，完善在线监测和控制设备，提高污水处 理的运行水平，采用先进的控制方式，有效控制一定 的溶解氧分配水平，降低供氧量，降低能耗，符合国 家节能降耗、建设低碳社会的发展要求［３Ｊ。 参考文献 １ ＧＢ ３８３８－－２００２地表水环境质量标准 ／ｍｇ／Ｉ ／ｍｇ，／Ｌ ／ｍｇ／Ｉ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｌ ／ｍｇ／Ｉ 设计进水 实际进水 设计出水 １４５ １４ｏ １３ ＜３Ｏ ９７ １Ｏ０ ８ ＜５ ４６ ４５ １０ ＜１０ ３７ ３５ ２ ０．６（未 ＜Ｏ．５ 加化学阱 ６．５ ２黄绪达，王琳．青岛市麦岛污水处理厂扩建工程设计．给水排水， ２００７，３３（９）：９～Ｕ 实际出水 ＜５ ３张辰．南方污水厂升级改造技术．见：２００８水业高级技术论坛． 北京，２００８ 磷药剂） 对比填料滤池设计和实际出水水质情况，各项 指标能满足设计要求，但在该工程中实际进水水质 ＆电话：（０１０）６２９９３２７８ Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｉｗｅｉｘｕ６６６＠１ ６３．ｃｏｍ 较低，所以出水水质参考性有限，需要在实际工程中 不断调试和验证。 ４４给水排水Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．７ ２０１０ 收稿日期：２０１０—０３—１２ 修回日期：２０１０—０４—２６
