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摘 要：城市污水处理厂升级改造任务是实现污染物COD、N和P减排目标的重要环节，升级改造可从常规物化处理技术优化控制、常规AO或A20工艺优化改造、新工艺技术的开发应用和尾水深度处理等方面着手。
关键词：城市综合污水；升级改造；措施
COD、N和P的减排是我国污染物减排的重点，是解决现阶段突出环境问题的重要举措。城市污水处理厂的减排是实现减排目标的重要环节，因此城市污水处理厂的升级改造任务十分迫切。
1. 常规物化处理技术优化控制
强化常规物化工艺的效能也是实现污染物减排，特别是COD减排的有效途径，强化手段主要是围绕处理工艺创新与控制条件优化。如提高化学混凝法效能的办法是：一是选择或开发合适的混凝药剂；二是投加助凝剂；三是要确定混凝剂的最佳投药量与投药顺序；四是确定最佳的反应条件。
2. 常规AO或A20工艺优化改造
我国城市污水处理厂主体工艺是活性污泥法。在好氧段，微生物能去除污水中的大部分有机物，BOD去除率達到80%～95%，甚至更高；通过氨化和硝化作用使得有机氮和氨氮转化成硝酸盐；聚磷菌超量吸收污水中磷酸盐，并通过剩余污泥的排放，将磷去除。在缺氧（兼氧）段，微生物能水解难降解的大分子有机物成小分子有机物，从而降低难降解有机物的含量；反硝化细菌能把内回流或外回流带入的硝酸盐转化成氮气，从而达到脱氮的目的；聚磷菌也能吸收污水中磷酸盐。在厌氧段，微生物能水解难降解的大分子有机物成小分子有机物，降低难降解有机物含量；聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解有机物，为好氧（兼氧）阶段超量吸收磷做好准备。因此，合理组合厌氧、缺氧、好氧工艺，从而达到去除C、N、P的目的。
国内城市污水处理厂通过增加厌氧/缺氧处理单元、调整厌氧/缺氧/好氧单元的体积比、增设不同区域的污泥回流比和混合液回流系统等措施来调整活性污泥工艺，从而优化改造常规AO或A20工艺，成效明显[1]。杭州萧山城市污水处理厂将一期工程采用的HCR（高效生化）工艺改造成A2O工艺，原HCR反应塔和脱气池改造为缺氧池，原初沉池中一座改造为缺氧池、另一座改造为厌氧池，出水水质可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，运行费用降低[2]。2004年建成的上海市白龙港污水处理厂于2007年进行了改造，通过设置多点进水、多点污泥回流实现了多模式A2O工艺运行（可分别按照多点进水倒置A2O、传统A20工艺运行），运行方式灵活[4]。
3. 新工艺技术的开发应用
3.1 高效厌氧技术
城市污水中含有一定量的工业废水，工业废水中含有的难降解有机物质含量的多少直接决定生化出水水质情况。因此，生物处理技术的开发与应用，其根本出发点还是要尽可能使得难降解物质得到有效去除或转化。厌氧技术不但节能，且能有效降低废水中难降解有机污染物的含量、提高废水可生化性。目前，利用高效厌氧技术处理城市污水已成为研究的热点。李平等采用UASB处理广东某城市污水，生产性试验表明：当UASB的水力停留时间为6h时，系统对COD和BOD的平均去除率分别为50%和60%，对TP的去除率为15%-38%。杨志生等采用内置组合填料的厌氧折流板反应器（CABR）处理城市污水，COD去除率可达到60%以上。吴海锁，涂勇等采用厌氧上流式反应器（UASB）预处理难降解印染废水进行了中试研究，表明在进水COD浓度593.6～1020.0mg/L（平均755.4mg/L）情况下，COD平均去除率为45.5%，色度平均去除率为77.2%，印染废水B/C由0.29提高到0.46。此外，还可以通过改良菌株驯化厌氧微生物，进一步提升厌氧工艺降解难生物降解有机物的能力[3]。
3.2 好氧复合工艺
好氧复合工艺可以强化好氧系统去除难降解有机物的能力，有时也可以达到脱氮除磷的目的。好氧复合工艺形式多样，有传统活性污泥法与生物膜法结合的复合工艺，有利用活性碳强吸附能力和活性碳作为生物膜载体来达到去除有机污染的PACT工艺，有利用膜的高效截留作用的膜生物反应器。用复合式生物处理系统改造传统活性污泥法，是一种经济高效的途径。大连春柳河污水处理厂原采用传统的活性污泥法，采用德国林德公司LINPOR复合工艺进行改造，改造后不但出水达到排放标准，而且处理能力也由原来的60000m3/d增加到80000m3/d。美国马里兰州安纳波利斯污水处理厂把1个37000m3/d的活性污泥处理系统改造为复合式A/O工艺，在475m3好氧池中投加了30000米类似Ringlace的填料，经过12个月对比试验表明，复合式工艺将硝化速率提高了225%，在好氧池中形成的硝酸盐大约有30%～88%通过反硝化得到去除，实现了同步硝化反硝化目的，复合式A/O工艺缺氧池容积可减少25%。
3.3 传统AO或A2O改良工艺
传统AO或A2O工艺在脱氮除磷方面存在不足[25]：好氧污泥回流到厌氧池，造成厌氧段中反硝化菌与聚磷菌对底物竞争，影响聚磷菌释磷；A2O工艺中各微生物的最佳长条件是不可能同时具备，脱氮与除磷之间存在矛盾；为提高硝化速率，采取较长泥龄，但降低了有机物降解和反硝化速率。为了提高脱氮除磷效果，出现了一些改良型工艺，如倒置A2O工艺、改良A2O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、VIP工艺、MSBR工艺等。这些工艺在城市污水处理中得到一定程度的应用。横岭污水处理厂一期工程处理规模为20万m3/d，采取UCT工艺，通过闸门及混合液回流调节，可实现UCT、常规A2O、AO、改良A2O四种工艺运行模式，出水水质达到了GB18918-2002一级B标准。广州市猎德污水处理厂一期工程通过升级改造，将不具备脱氮除磷作用的AB工艺改造成UCT工艺，效果明显。
3.4 氧化沟系列工艺 20世纪90年代以来，氧化沟工艺在我国应用较多[28]。通过在沟内合理设置厌氧区、缺氧区和好氧区，从而达到去除有机物和脱氮除磷功能。郑州五龙口污水处理厂设计规模为10万m3/d，采用改良型氧化沟工艺，通过合理布置DO分布后，TN去除率由22.6%提高到39.3%，TP去除率由52%提高到74.6%，COD去除率提高6.3%。邯郸市西污水处理厂采用改良氧化沟工艺，通过控制曝气系统的DO、MLSS、泥龄和排泥等运行参数，使该工艺NH4-N去除率达到71.5%以上，TN去除率达到51.3%，TP去除率达到84.7%。西安市第三污水处理厂采用厌氧+Orbal氧化沟工艺，二级处理出水达到COD≤60mg/L、NH4-N≤15mg/L、TP≤1mg/L目标。
3.5 SBR系列工艺
SBR即批序式活性污泥法，集生物降解、二沉等功能于一池，通过在时间上的交替来实现传统活性污泥法的整个运行过程，无污泥回流系统，经典SBR反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。随着计算机和自控技术的发展，SBR工艺获得很大发展，运行管理逐渐实现自动化，出现了多种SBR变型工艺，相继开发了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工艺。SBR及其变型工艺具有生化反应效率高、脱氮除磷效果好，不易发生污泥膨胀等特点，在城市污水处理厂得到应用。吴黎明报道，某城市污水处理厂采用厌氧水解/SBR工艺，通过在SBR池增设缺氧搅拌段等升级改造措施，使出水水质由原一级B标准提高至一级A标准。昆明市第四污水处理厂应用ICEAS工艺，出水达GB18918-2002一级B标准要求。
3.6 基于脱氮除磷新原理的新工艺
1、短程硝化-反硝化（Sharon）工艺
Sharon工艺于1997年由荷兰Delft工业大学研发。在有氧条件下利用亚硝化细菌将氨氧化成为NO2-，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成氮气。与传统全程硝化与反硝化工艺相比，该工艺可以节省40%碳源，节省25%氧量，比较适于C/N较低污水的脱氮处理。该工艺在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂和荷兰Utrecht污水处理厂的改造工程中得到应用[37-38]。
2、厌氧氨氧化工艺（Anammox）
厌氧氨氧化工艺于1990年由荷兰Delft工业大学Kluyer生物技术实验室开发。在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。与与传统全程硝化与反硝化工艺相比，该工艺不需要碳源，可节省62.5%氧量。目前该工艺在荷兰、丹麦、日本等国得到应用[39]。
3、Sharon-Anammox联用工艺
以Sharon工藝作为硝化反应器，控制部分硝化使得出水中NH4+与NO2-比例为1：1；而Anammox工艺作为反硝化反应器进行组合工艺。该工艺具有耗氧量少、不需外加碳源、污泥产量少等优点，具有较好的应用前景。
4、同步硝化/反硝化工艺（SND）
当好氧环境与缺氧环境在同一反应器中同时存在时，硝化和反硝化能同时进行称为同步硝化反硝化工艺，主要发生在生物膜反应器或氧化沟反应器中。与传统工艺相比，该工艺具有明显的优点，主要体现在：硝化与反硝化可抵消部分碱度，有利于保持系统pH的稳定；可以减少缺氧池的设置，从而有利于减少基建费用，具有较好的应用前景。
此外，通过投加高效菌种、微生物固定化、污泥颗粒化等新工艺来强化生物降解，提高有机污染物的去除。
4.尾水处理单元
当城市污水处理厂二级处理出水达不到出水标准时，增加尾水深度处理单元是实现污染物最终减排的有效途径。尾水深度处理手段主要是混凝法、吸附法、生物滤池、过滤法、膜分离法、高级氧化技术等[4]。在城市污水处理厂的提标改造中，深度处理得到不同程度的应用，如无锡市对21家城市污水处理厂因地制宜选择深度处理单元，取得了较好的效果；常州市戚墅堰污水处理厂采用“二级强化处理+微絮凝过滤（v型滤池）”作为深度处理工艺。
此外，城市污水处理厂在进行工艺改造的同时，还要进行水力改造和设备改造。水力改造要有助于提高污水处理厂的处理能力和效益，如流量分配的均匀，避免短流等；设备改造要有助于污水处理厂安全稳定运行、节能降耗、减少设备的检修率，如采用高效的曝气设备和高效、无堵塞的水泵和变频设备，先进的控制方式等。
参考文献：
[1]张辰，李春光. 浅谈城市污水处理厂的技术改造[J]. 中国给水排水， 2004， 20（4）： 20～23.
[2]庄磊，黄勇. 城市污水处理厂升级改造的探讨[J]. 工业用水与废水， 2010， 41（1）： 14～18.
[3]邓铭庭，虞锦君，朱丽梅. 萧山城市污水处理厂HCR工艺改造[J]. 中国给水排水， 2008， 24（2）： 29～31.
[4]张辰，张欣，杜炯. 上海市白龙港污水处理厂改造工程设计[J]. 给水排水， 2008， 34（4）： 16～19
关键词：城市综合污水；升级改造；措施
COD、N和P的减排是我国污染物减排的重点，是解决现阶段突出环境问题的重要举措。城市污水处理厂的减排是实现减排目标的重要环节，因此城市污水处理厂的升级改造任务十分迫切。
1. 常规物化处理技术优化控制
强化常规物化工艺的效能也是实现污染物减排，特别是COD减排的有效途径，强化手段主要是围绕处理工艺创新与控制条件优化。如提高化学混凝法效能的办法是：一是选择或开发合适的混凝药剂；二是投加助凝剂；三是要确定混凝剂的最佳投药量与投药顺序；四是确定最佳的反应条件。
2. 常规AO或A20工艺优化改造
我国城市污水处理厂主体工艺是活性污泥法。在好氧段，微生物能去除污水中的大部分有机物，BOD去除率達到80%～95%，甚至更高；通过氨化和硝化作用使得有机氮和氨氮转化成硝酸盐；聚磷菌超量吸收污水中磷酸盐，并通过剩余污泥的排放，将磷去除。在缺氧（兼氧）段，微生物能水解难降解的大分子有机物成小分子有机物，从而降低难降解有机物的含量；反硝化细菌能把内回流或外回流带入的硝酸盐转化成氮气，从而达到脱氮的目的；聚磷菌也能吸收污水中磷酸盐。在厌氧段，微生物能水解难降解的大分子有机物成小分子有机物，降低难降解有机物含量；聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解有机物，为好氧（兼氧）阶段超量吸收磷做好准备。因此，合理组合厌氧、缺氧、好氧工艺，从而达到去除C、N、P的目的。
国内城市污水处理厂通过增加厌氧/缺氧处理单元、调整厌氧/缺氧/好氧单元的体积比、增设不同区域的污泥回流比和混合液回流系统等措施来调整活性污泥工艺，从而优化改造常规AO或A20工艺，成效明显[1]。杭州萧山城市污水处理厂将一期工程采用的HCR（高效生化）工艺改造成A2O工艺，原HCR反应塔和脱气池改造为缺氧池，原初沉池中一座改造为缺氧池、另一座改造为厌氧池，出水水质可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，运行费用降低[2]。2004年建成的上海市白龙港污水处理厂于2007年进行了改造，通过设置多点进水、多点污泥回流实现了多模式A2O工艺运行（可分别按照多点进水倒置A2O、传统A20工艺运行），运行方式灵活[4]。
3. 新工艺技术的开发应用
3.1 高效厌氧技术
城市污水中含有一定量的工业废水，工业废水中含有的难降解有机物质含量的多少直接决定生化出水水质情况。因此，生物处理技术的开发与应用，其根本出发点还是要尽可能使得难降解物质得到有效去除或转化。厌氧技术不但节能，且能有效降低废水中难降解有机污染物的含量、提高废水可生化性。目前，利用高效厌氧技术处理城市污水已成为研究的热点。李平等采用UASB处理广东某城市污水，生产性试验表明：当UASB的水力停留时间为6h时，系统对COD和BOD的平均去除率分别为50%和60%，对TP的去除率为15%-38%。杨志生等采用内置组合填料的厌氧折流板反应器（CABR）处理城市污水，COD去除率可达到60%以上。吴海锁，涂勇等采用厌氧上流式反应器（UASB）预处理难降解印染废水进行了中试研究，表明在进水COD浓度593.6～1020.0mg/L（平均755.4mg/L）情况下，COD平均去除率为45.5%，色度平均去除率为77.2%，印染废水B/C由0.29提高到0.46。此外，还可以通过改良菌株驯化厌氧微生物，进一步提升厌氧工艺降解难生物降解有机物的能力[3]。
3.2 好氧复合工艺
好氧复合工艺可以强化好氧系统去除难降解有机物的能力，有时也可以达到脱氮除磷的目的。好氧复合工艺形式多样，有传统活性污泥法与生物膜法结合的复合工艺，有利用活性碳强吸附能力和活性碳作为生物膜载体来达到去除有机污染的PACT工艺，有利用膜的高效截留作用的膜生物反应器。用复合式生物处理系统改造传统活性污泥法，是一种经济高效的途径。大连春柳河污水处理厂原采用传统的活性污泥法，采用德国林德公司LINPOR复合工艺进行改造，改造后不但出水达到排放标准，而且处理能力也由原来的60000m3/d增加到80000m3/d。美国马里兰州安纳波利斯污水处理厂把1个37000m3/d的活性污泥处理系统改造为复合式A/O工艺，在475m3好氧池中投加了30000米类似Ringlace的填料，经过12个月对比试验表明，复合式工艺将硝化速率提高了225%，在好氧池中形成的硝酸盐大约有30%～88%通过反硝化得到去除，实现了同步硝化反硝化目的，复合式A/O工艺缺氧池容积可减少25%。
3.3 传统AO或A2O改良工艺
传统AO或A2O工艺在脱氮除磷方面存在不足[25]：好氧污泥回流到厌氧池，造成厌氧段中反硝化菌与聚磷菌对底物竞争，影响聚磷菌释磷；A2O工艺中各微生物的最佳长条件是不可能同时具备，脱氮与除磷之间存在矛盾；为提高硝化速率，采取较长泥龄，但降低了有机物降解和反硝化速率。为了提高脱氮除磷效果，出现了一些改良型工艺，如倒置A2O工艺、改良A2O工艺、UCT工艺、改良UCT工艺、VIP工艺、MSBR工艺等。这些工艺在城市污水处理中得到一定程度的应用。横岭污水处理厂一期工程处理规模为20万m3/d，采取UCT工艺，通过闸门及混合液回流调节，可实现UCT、常规A2O、AO、改良A2O四种工艺运行模式，出水水质达到了GB18918-2002一级B标准。广州市猎德污水处理厂一期工程通过升级改造，将不具备脱氮除磷作用的AB工艺改造成UCT工艺，效果明显。
3.4 氧化沟系列工艺 20世纪90年代以来，氧化沟工艺在我国应用较多[28]。通过在沟内合理设置厌氧区、缺氧区和好氧区，从而达到去除有机物和脱氮除磷功能。郑州五龙口污水处理厂设计规模为10万m3/d，采用改良型氧化沟工艺，通过合理布置DO分布后，TN去除率由22.6%提高到39.3%，TP去除率由52%提高到74.6%，COD去除率提高6.3%。邯郸市西污水处理厂采用改良氧化沟工艺，通过控制曝气系统的DO、MLSS、泥龄和排泥等运行参数，使该工艺NH4-N去除率达到71.5%以上，TN去除率达到51.3%，TP去除率达到84.7%。西安市第三污水处理厂采用厌氧+Orbal氧化沟工艺，二级处理出水达到COD≤60mg/L、NH4-N≤15mg/L、TP≤1mg/L目标。
3.5 SBR系列工艺
SBR即批序式活性污泥法，集生物降解、二沉等功能于一池，通过在时间上的交替来实现传统活性污泥法的整个运行过程，无污泥回流系统，经典SBR反应器的运行过程为：进水→曝气→沉淀→滗水→待机。随着计算机和自控技术的发展，SBR工艺获得很大发展，运行管理逐渐实现自动化，出现了多种SBR变型工艺，相继开发了ICEAS、CASS、UNITANK等新型工艺。SBR及其变型工艺具有生化反应效率高、脱氮除磷效果好，不易发生污泥膨胀等特点，在城市污水处理厂得到应用。吴黎明报道，某城市污水处理厂采用厌氧水解/SBR工艺，通过在SBR池增设缺氧搅拌段等升级改造措施，使出水水质由原一级B标准提高至一级A标准。昆明市第四污水处理厂应用ICEAS工艺，出水达GB18918-2002一级B标准要求。
3.6 基于脱氮除磷新原理的新工艺
1、短程硝化-反硝化（Sharon）工艺
Sharon工艺于1997年由荷兰Delft工业大学研发。在有氧条件下利用亚硝化细菌将氨氧化成为NO2-，然后在缺氧条件下，以有机物为电子供体，将亚硝酸盐反硝化，生成氮气。与传统全程硝化与反硝化工艺相比，该工艺可以节省40%碳源，节省25%氧量，比较适于C/N较低污水的脱氮处理。该工艺在荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂和荷兰Utrecht污水处理厂的改造工程中得到应用[37-38]。
2、厌氧氨氧化工艺（Anammox）
厌氧氨氧化工艺于1990年由荷兰Delft工业大学Kluyer生物技术实验室开发。在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。与与传统全程硝化与反硝化工艺相比，该工艺不需要碳源，可节省62.5%氧量。目前该工艺在荷兰、丹麦、日本等国得到应用[39]。
3、Sharon-Anammox联用工艺
以Sharon工藝作为硝化反应器，控制部分硝化使得出水中NH4+与NO2-比例为1：1；而Anammox工艺作为反硝化反应器进行组合工艺。该工艺具有耗氧量少、不需外加碳源、污泥产量少等优点，具有较好的应用前景。
4、同步硝化/反硝化工艺（SND）
当好氧环境与缺氧环境在同一反应器中同时存在时，硝化和反硝化能同时进行称为同步硝化反硝化工艺，主要发生在生物膜反应器或氧化沟反应器中。与传统工艺相比，该工艺具有明显的优点，主要体现在：硝化与反硝化可抵消部分碱度，有利于保持系统pH的稳定；可以减少缺氧池的设置，从而有利于减少基建费用，具有较好的应用前景。
此外，通过投加高效菌种、微生物固定化、污泥颗粒化等新工艺来强化生物降解，提高有机污染物的去除。
4.尾水处理单元
当城市污水处理厂二级处理出水达不到出水标准时，增加尾水深度处理单元是实现污染物最终减排的有效途径。尾水深度处理手段主要是混凝法、吸附法、生物滤池、过滤法、膜分离法、高级氧化技术等[4]。在城市污水处理厂的提标改造中，深度处理得到不同程度的应用，如无锡市对21家城市污水处理厂因地制宜选择深度处理单元，取得了较好的效果；常州市戚墅堰污水处理厂采用“二级强化处理+微絮凝过滤（v型滤池）”作为深度处理工艺。
此外，城市污水处理厂在进行工艺改造的同时，还要进行水力改造和设备改造。水力改造要有助于提高污水处理厂的处理能力和效益，如流量分配的均匀，避免短流等；设备改造要有助于污水处理厂安全稳定运行、节能降耗、减少设备的检修率，如采用高效的曝气设备和高效、无堵塞的水泵和变频设备，先进的控制方式等。
参考文献：
[1]张辰，李春光. 浅谈城市污水处理厂的技术改造[J]. 中国给水排水， 2004， 20（4）： 20～23.
[2]庄磊，黄勇. 城市污水处理厂升级改造的探讨[J]. 工业用水与废水， 2010， 41（1）： 14～18.
[3]邓铭庭，虞锦君，朱丽梅. 萧山城市污水处理厂HCR工艺改造[J]. 中国给水排水， 2008， 24（2）： 29～31.
[4]张辰，张欣，杜炯. 上海市白龙港污水处理厂改造工程设计[J]. 给水排水， 2008， 34（4）： 16～19