我國污水處理廠的數(shù)量逐年增加，隨著污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和國家對節(jié)能減排工作的日益重視，為達(dá)標(biāo)和節(jié)能而進(jìn)行的改造工程設(shè)計將成為污水處理廠設(shè)計的主要工作。了解和學(xué)習(xí)國外污水處理廠的改造技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，有助于更好地結(jié)合污水處理廠的特點(diǎn)，對其實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行調(diào)查分析，采取既切實(shí)可行，又經(jīng)濟(jì)合理的改造措施。
1匈牙利南佩斯污水處理廠
1.1污水處理廠介紹
南佩斯污水處理廠始建于1966年，規(guī)模為3萬m3/d，采用高負(fù)荷活性污泥工藝，曝氣池HRT為2.5 h.污水處理廠原處理流程包括兩條分支，每條分支有8個生物反應(yīng)器作為曝氣池，并聯(lián)運(yùn)行。20世紀(jì)80年代初，該污水處理廠進(jìn)行了擴(kuò)建，新增了兩個處理流程，每個流程仍包括兩條分支，每條分支仍設(shè)8個曝氣池。
20世紀(jì)80年代末，匈牙利制定了更為嚴(yán)格的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)推動了新的處理工藝和技術(shù)的研發(fā)。污水處理廠除了要滿足新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其處理水量也大幅增長，同時污泥量的增加，使污泥處理設(shè)施無法滿足需求，迫切需要改造。在這種情況下，布達(dá)佩斯城市污水公司承擔(dān)了污水處理廠的改建工程。
1.2改造技術(shù)
經(jīng)過試驗(yàn)研究，將原有的8個曝氣池由并聯(lián)改為串聯(lián)，而且在整個反應(yīng)器的前1/4區(qū)域增設(shè)厭氧區(qū)，以獲得生物除磷的效果。原并聯(lián)流程和改造后的串聯(lián)流程示意見圖2.
1.3改造效果
改造后的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，SVI比較低且穩(wěn)定，約為100 mL/g.該結(jié)果與理論預(yù)測和試驗(yàn)數(shù)據(jù)非常吻合，將反應(yīng)器由并聯(lián)布置改為串聯(lián)布置增加了系統(tǒng)的處理階段，進(jìn)而改善了污泥的沉降性能。
出水CODc.的變化情況表明，系統(tǒng)的改造改善了有機(jī)物的去除效果，有機(jī)物的降解更加徹底，原系統(tǒng)出水CODc，為100 mg/L，改造后降至70 mg/L.運(yùn)行過程沒有達(dá)到預(yù)期的生物除磷效果，經(jīng)分析是由于微生物吸收的磷中有60%隨污泥處理上清液又回流到系統(tǒng)，通過采用投加石灰化學(xué)沉淀除磷的工藝，系統(tǒng)的除磷效果有明顯改善，但出水中磷的濃度隨著回流污泥中硝酸鹽濃度的升高而增加。
改造后的系統(tǒng)仍不能實(shí)現(xiàn)有效的硝化和除磷，還需進(jìn)一步改進(jìn)。
1.4進(jìn)一步的技術(shù)改造
由于污水處理廠面積有限，沒有考慮擴(kuò)建現(xiàn)有活性污泥單元，而采用能完成硝化和反硝化的生物濾池系統(tǒng)。在進(jìn)水CODc，為500 mg/L，TN為40mg/L，TP為7 mg/L的情況下，采用新工藝后，出水中CODc，為50 mg/L，TN為10 mg/L，TP為1mg/L.工藝要求反硝化段應(yīng)盡可能多地利用進(jìn)水中的有機(jī)碳，由于二沉池可承擔(dān)的負(fù)荷有限，硝化液回流比受到限制，工藝采用后置反硝化的布置方式，并在反硝化濾池內(nèi)投加甲醇作碳源以徹底去除污水中的硝酸鹽。此外，系統(tǒng)除磷通過強(qiáng)化沉淀實(shí)現(xiàn)。
2美國華盛頓Blue Plains污水處理廠
2.1污水處理廠介紹
Blue Plains污水處理廠位于美國哥倫比亞區(qū)，污水流量為16.2 rn3/s，采用硝化處理工藝，工藝流程見圖3，包括預(yù)處理、初沉池、高負(fù)荷活性污泥系統(tǒng)、二級硝化活性污泥系統(tǒng)、多介質(zhì)濾池和消毒處理，出水排放Chesapeake海灣。
2.2改造要求
在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，Chesapeake海灣河口和支流水體的水質(zhì)不斷惡化，主要原因是點(diǎn)源或非點(diǎn)源過量營養(yǎng)物質(zhì)（氮和磷）的排放。Blue Plains污水處理廠是向Chesapeake海灣排放氮污染物的最大點(diǎn)源，因此哥倫比亞特區(qū)政府參與簽署了Chesapeake海灣協(xié)議，協(xié)議規(guī)定，到2000年每年向海灣排放的營養(yǎng)物應(yīng)至少比1985年減少40%，需要對Blue Plains污水處理廠進(jìn)行改造，使其具有脫氮功能。保證夏季（5～10月）出水TN低于5.55 mg/L，冬季低于8.58mg/I.，還要求滿足排放標(biāo)準(zhǔn)中的各項指標(biāo)，B（）峨和TSS要達(dá)到5 mg/L和7 mg/L，TP為0.18 mg/L，NH3一N夏季為1 mg/L，冬季為6.5 mg/L.
2.3改造方案
介紹改造工程將原12條處理分支中的6條改為硝化一反硝化運(yùn)行模式，另外6條仍保持硝化模式。每條處理分支由5個完全7昆合反應(yīng)器串聯(lián)而成，在第4個（夏季）或第5個（冬季）反應(yīng)器內(nèi)投加純凈的甲醇作為反硝化的補(bǔ)充碳源。工藝的關(guān)鍵是保證前3個反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)硝化，為反硝化提供硝酸鹽，改造后的運(yùn)行方式見圖4.
當(dāng)系統(tǒng)以硝化模式運(yùn)行時，5個反應(yīng)器內(nèi)均進(jìn)行曝氣，以硝化一反硝化模式運(yùn)行時，投加甲醇的反應(yīng)器內(nèi)不曝氣，為反硝化提供缺氧條件。污水經(jīng)反硝化后在第5個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行再曝氣，經(jīng)一條長的出水渠輸送至沉淀池。該工藝可利用原有的設(shè)施，不需進(jìn)行硝化液回流和其他特殊的改動。
2.4改造效果和存在問題
反硝化工藝成功地實(shí)現(xiàn)了每季度和全年的脫氮目標(biāo)，出水中TN的年平均值為5.8 mg/L.其中冬季為5.9 mg/L，夏季為5.7 mg/L，出水各項指標(biāo)均可滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
盡管污水處理廠的改造方案在TN去除上非常成功，但是也存在以下問題：
（1）后置反硝化工藝在運(yùn)行管理上比硝化工藝更復(fù)雜，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
①有兩個處理階段需要監(jiān)測和控制；
②甲醇應(yīng)在反應(yīng)池內(nèi)12個不同的位置投加；
③現(xiàn)有的甲醇儲存設(shè)備體積有限；
④由于投加了甲醇用作反硝化菌的食料，導(dǎo)致剩余污泥量的增加。
（2）由于該工藝其實(shí)是將原來的一段（硝化段）
改為兩段（反硝化段和硝化段），反硝化段占用了原來用于硝化的容積，從而降低了在冬季和高負(fù)荷時硝化處理的可靠性。在緊急情況下，需要停止反硝化，恢復(fù)完全硝化的工藝狀況。
（3）投加甲醇作為補(bǔ)充碳源，使得系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加。一般每年購買甲醇的費(fèi)用達(dá)500萬～600萬美元。
（4）氮的去除效果受工藝制約，如二沉池出水中磷的濃度過低會限制反硝化菌的生長，如何在保證出水水質(zhì)不超標(biāo)的同時滿足反硝化菌對磷的需要，成為目前污水處理廠管理中需要解決的一個問題。
3美國加州San Jose污水處理廠
3.1污水處理廠介紹
San Jose污水處理廠處理規(guī)模為541 000 m3/d，采用常規(guī)二級活性污泥處理工藝，處理加州舊金山南海灣硅谷等地區(qū)的生活污水和工業(yè)廢水。污水處理的季節(jié)變化很大，原因在于季節(jié)性的水果和蔬菜罐裝工業(yè)的生產(chǎn)，每年8月下旬至9月，污水處理廠的有機(jī)負(fù)荷要比平時增加一倍，冬天的雨季高峰流量也是影響因素。夏季罐裝加工對污水處理廠的負(fù)荷和操作運(yùn)行帶來的影響尤為明顯。
污水處理廠在1978年時對原有的二級處理工藝進(jìn)行改造，增加了脫氮除磷處理工藝，包括硝化反應(yīng)池、硝化沉淀池、濾池和加氯消毒等設(shè)施。污水處理的工藝流程包括進(jìn)水格柵、沉砂池、初沉池、普通曝氣活性污泥系統(tǒng)（曝氣池和二沉池）、硝化懸浮生長系統(tǒng)（硝化反應(yīng)池和硝化沉淀池）、過濾進(jìn)水二次提升、顆粒填料濾池、加氯消毒/除氯、后曝氣，最后出水排人舊金山南部海灣。生物處理產(chǎn)生的剩余污泥經(jīng)氣浮濃縮后與初沉污泥進(jìn)行厭氧消化，消化后的污泥在污泥儲存池存放。工藝流程見圖5.
污水處理廠的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求月平均出水BODs和TSS均低于10 mg/L，消毒后出水達(dá)到加利福尼亞州第22條文的規(guī)定，即濁度小于2 NTU，細(xì)菌總數(shù)小于2.3個/100 mL，氨氮低于5 mg/L.
3.2污水處理廠改造
由于夏季罐頭加工產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，活性污泥系統(tǒng)發(fā)生絲狀菌引起的污泥膨脹，導(dǎo)致進(jìn)入硝化反應(yīng)池的污泥超過其負(fù)荷，出水ss濃度太高，直接影響了過濾階段的處理效果，使出水水質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放標(biāo)準(zhǔn)。為防止污泥膨脹的再次發(fā)生，需要對污水處理廠進(jìn)行改造。
3.2.1污水處理廠分析
經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致污泥膨脹的首要原因是有機(jī)負(fù)荷的突然增加，使普通曝氣池的供氧量不足，在Do濃度較低的條件下，絲狀菌生長引起污泥膨脹。
對污水處理廠的運(yùn)行分析發(fā)現(xiàn)，氮源不足和由于進(jìn)水管道中的厭氧條件產(chǎn)生二氧化硫也是導(dǎo)致污泥膨脹的因素；同時，活性污泥系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷相對偏高，特別是在水力高峰負(fù)荷下，常規(guī)活性污泥系統(tǒng)和硝化處理系統(tǒng)間的水力條件受限；另外，污泥儲存后沒有考慮最終處置，影響生物系統(tǒng)的排泥。因此，為了控制污泥膨脹，完善污水處理廠的水力條件，保證處理工藝、設(shè)備和電氣系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，污水處理廠須進(jìn)行一系列的改造。改造工程一次規(guī)劃分期實(shí)施，分為近期、中期和遠(yuǎn)期三階段進(jìn)行。
3.2.2近期改造措施
近期改造的目標(biāo)是控制污泥膨脹，穩(wěn)定運(yùn)行以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。主要措施是采用能快速安裝快速使用的一些設(shè)備，雖然這些設(shè)備的運(yùn)行成本較高，但運(yùn)行穩(wěn)定。近期改造的主要內(nèi)容有：
（1）提高供氧能力。增設(shè)了一套純氧供氧系統(tǒng)，包括液態(tài)氧儲存池、蒸發(fā)器、微孔曝氣器、風(fēng)量計和自控設(shè)備等，這些設(shè)備只在在高峰季節(jié)原有設(shè)備供氧不足時使用。運(yùn)行后由于運(yùn)行費(fèi)用較高，增設(shè)鼓風(fēng)機(jī)以增加供氧量。
（2）投加氮源。安裝了一套氨水系統(tǒng)，補(bǔ)充污水中缺乏的氮源，有利于曝氣池中微生物的生長。在實(shí)際運(yùn)行中，氮源并不需要連續(xù)投加，只在夏季罐頭加工季節(jié)時投加。罐裝工廠每天工作16 h，產(chǎn)生的廢水由于有機(jī)物含量高，需要補(bǔ)充額外的氮源，而在停產(chǎn)的8 h內(nèi)廢水的營養(yǎng)物濃度足夠維持微生物的正常生長。
（3）初沉池投加化學(xué)藥劑。通過投加三氯化鐵降低后續(xù)活性污泥系統(tǒng)的有機(jī)物負(fù)荷和需氧量，同時鐵離子能與污水中的硫化物發(fā)生沉淀反應(yīng)，降低后續(xù)活性污泥系統(tǒng)的硫化氫負(fù)荷。
（4）污泥加氯處理。在回流污泥前進(jìn)行加氯處理，可有效地抑制絲狀菌的生長，防止污泥膨脹。氯的投加劑量和投加點(diǎn)對絲狀菌的去除效果和活性污泥絮體的影響差別較大，根據(jù)試驗(yàn)分析，確定在回流污泥泵進(jìn)水口處加氯能獲得較好的混合效果，加藥量根據(jù)每日的微生物鏡檢情況確定。
（5）濾池改造。首先對濾池的進(jìn)水部分進(jìn)行改造，減少反沖洗過程中濾料的流失，其次，增加濾池反沖洗水處理系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)池、化學(xué)混凝和沉淀，處理后的出水排至濾池進(jìn)水端或直接排放。
3.2.3中遠(yuǎn)期改造措施
中期改造將逐步更換近期改造中一些運(yùn)行成本高的設(shè)施，并保持541 000 1113/d的污水處理量和達(dá)標(biāo)排放；遠(yuǎn)期的改造目標(biāo)是淘汰高能耗、低效率的設(shè)備，包括運(yùn)行不穩(wěn)定、耐用性較差的污泥處理設(shè)備，并擴(kuò)建污水處理廠規(guī)模至632 000 m3/d.中期和遠(yuǎn)期改造所需增加的主要設(shè)施有：
（1）常規(guī)二級處理系統(tǒng)改造。普通曝氣池后增加新的二沉池，新增鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備，替代原有備用的純氧供氣系統(tǒng)，更換空氣擴(kuò)散系統(tǒng)設(shè)備。
（2）深度處理系統(tǒng)改造。增建二級處理后續(xù)的硝化系統(tǒng)，包括硝化曝氣池和沉淀池。
（3）水力改造。將原有的一個污泥儲泥池改造為初沉池出水調(diào)節(jié)池，并新建初級處理出水提升泵房，這樣初沉出水可超越至深度處理的硝化池，在二級處理的有機(jī)負(fù)荷過高時，工藝運(yùn)行更具靈活性和穩(wěn)定性；改造廠內(nèi)其他泵房，增加新泵和相應(yīng)的電氣儀表設(shè)備。
（4）二級處理進(jìn)水方式改為多點(diǎn)進(jìn)水。該模式下污水處理廠的運(yùn)行工藝更具靈活性，抗沖擊負(fù)荷能力大大增強(qiáng)。
（5）改造和更換廠內(nèi)的機(jī)械和電氣設(shè)備，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。
（6）擴(kuò)建污泥厭氧消化系統(tǒng)。
（7）污泥最終處置。儲泥池內(nèi)的污泥在夏天進(jìn)行干化處理，干化后運(yùn)至填埋場。
各項改造工程在10年內(nèi)陸續(xù)完成，改造后的污水處理廠運(yùn)行更可靠，處理能力和出水水質(zhì)得到改善。通過改造，污水處理廠的處理能力提高到632 000 m3/d，并且出水水質(zhì)一直達(dá)標(biāo)。
4佛羅里達(dá)州Orange郡東部污水處理廠
4.1污水處理廠介紹
佛羅里達(dá)州Orange郡東部污水處理廠采用改良（5級）Bardenpho工藝以達(dá)到深度處理標(biāo)準(zhǔn)，年平均BOD為5 mg/L，TSS為5 rng/L，TN為3 mg/L，TP為1 mg/L.除了部分污水再生回用外，其他出水經(jīng)人工濕地、天然濕地處理后排人地表水體。標(biāo)準(zhǔn)對季節(jié)平均值沒有要求，周平均BOD.為9.6 mg/L，TSS為9.6 mg/L，TN為6 mg/L，TP為2.4 mg/L.該污水處理廠設(shè)計處理能力為71 920 m3/d，系統(tǒng)由兩條獨(dú)立的處理流程組合而成，I、Ⅱ處理段由4個并聯(lián)運(yùn)行的反應(yīng)池和6座二沉池組成，設(shè)計處理能力為34 070 m3/d；1II處理段包括2個較大的并聯(lián)反應(yīng)池和3個較大的二沉池，設(shè)計處理能力為37 850 m3/d，工藝流程見圖6.
4.2污水處理廠改造
2004年1月，該廠的出水濁度略微上升，污泥的沉降性能有所下降，出水TN上升，經(jīng)分析主要是由于I、Ⅱ段流程出水NH.一N上升造成。到2月，數(shù)據(jù)顯示I、Ⅱ段流程出水NH.一N濃度升至4～8 mg/L，I、Ⅱ段流程中二沉池的回流污泥帶有輕微的酸性氣味。
在接下來的幾周內(nèi)，采用便攜式TSS測定儀測定MI SS和VSS，并用實(shí)驗(yàn)室測定對其進(jìn)行驗(yàn)證，對IX）進(jìn)行現(xiàn)場測定，使用實(shí)驗(yàn)室方法測定NH.一N值等方法，對污水處理廠的運(yùn)行情況進(jìn)行評估，確定問題并采取相應(yīng)的改造措施。在2～3月，采取一系列改造措施：
（1）由于I、Ⅱ段流程出水NH.一N濃度上升，并且好氧區(qū)DO濃度偏低，說明曝氣量無法滿足有機(jī)負(fù)荷降解的需要，故將2 840 m3/d的進(jìn)水由I、Ⅱ段調(diào)至Ⅲ段處理。
（2）通過調(diào)整表面曝氣機(jī)的浸沒深度，改善好氧區(qū)的曝氣效果，并在I、Ⅱ段流程中的4個好氧池中的2個附加安裝浮式曝氣器。
（3）通過清除原有空氣擴(kuò)散器上的沉積物，改善二次曝氣區(qū)的曝氣效果，在無法清除的部位安裝使用微孔空氣擴(kuò)散器系統(tǒng)。
（4）將所有二沉池的回流污泥量由75%增至100%，避免回流污泥在二沉池中停留時間過長引起酸化。
（5）增大排泥量，降低兩套流程的MI.SS以改善反硝化效果。
改造結(jié)果表明，I、Ⅱ段流程出水NH.一N降低，NCh-一N降低，TN也相應(yīng)降低；IU段流程的處理效果也由于Nfk-一N降低而改善，混合出水的TN為1.8～2.2 r.g/L，出水濁度為0.6～o.8NTU。
5結(jié)語
本文介紹了國外4座污水處理廠的改造實(shí)例，從中可以看到，一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)的國家的污水處理廠很注重因地制宜，根據(jù)實(shí)際情況，采用經(jīng)濟(jì)有效的措施進(jìn)行達(dá)標(biāo)改造，充分利用現(xiàn)有設(shè)施，使污水處理廠的構(gòu)筑物和設(shè)備發(fā)揮最大的效益。