近日，山东省印发《山东省城市排水 “两个清零、一个提标”工作方案》， 方案中提出： 2023年山东省40%的城市污水处理厂出水水质达到地表水准Ⅳ类标准，其中总氮控制在10-12mg/L；2025年60%城市污水处理厂完成提标改造。 可以预见 在多重政策需求及环境治理压力下，污水厂将迎来新一轮的提标改造市场 ， 污水厂必须在运行管理或技术改造方面寻求有效的工艺或措施，以应对更为严格的排放标准。
近日，山东省印发《山东省城市排水 “两个清零、一个提标”工作方案》， 方案中提出： 2023年山东省40%的城市污水处理厂出水水质达到地表水准Ⅳ类标准，其中总氮控制在10-12mg/L；2025年60%城市污水处理厂完成提标改造。
可以预见 在多重政策需求及环境治理压力下，污水厂将迎来新一轮的提标改造市场 ， 污水厂必须在运行管理或技术改造方面寻求有效的工艺或措施，以应对更为严格的排放标准。
其实，对于工艺运行成熟、管理水平高、设施有余量且生活污水比例大的污水厂来说，通过二级生化+深度处理工艺，在稳定达到“一级 A”排放标准的基础上，完全具有提标至“准Ⅳ类”的潜力。
但是！ 由于我国管网渗漏等客观问题，污水处理厂的进水中有机物浓度与碳氮比均表现出偏低的现象，这在无形中给提标改造工作带来了不小的挑战和难度。
难点一 ：
如何解决污水厂进水有机物浓度偏低的问题 ？
通过对我国各地的127家污水处理厂进行调研，其结果显示这些 污水厂的大部分进水BOD5/TN＜2.59，80%的污水处理厂进水BOD5/TN＜3.6，仅有10%的污水处理厂BOD5/TN＞4.0。
这其中属雨水、地下水充沛的南方地区最为突出，太湖流域的207家污水处理厂进水BOD5/TN平均值仅为3.86。
众所周知， 原水中有机物浓度的不足，将会严重制约生化段对总氮的脱除效率 。因此， 如何解决污水处理厂进水有机物浓度偏低的问题成为提标改造中的第一个难点。
其实，不用小编多说，大家都知道 造成污水厂进水中有机物浓度偏低甚至过低的主要原因是配套管网的功能性和结构性存在问题 。
首先，是 管网长期运行引起的破损和渗漏问题。
管道的破损容易导致地表水、地下水进入管网而稀释原水，致使进入污水处理厂的水量变大， 负荷变高，而水中有机物浓度却下降，这也间接提高了污水处理厂的处理难度和制水成本。
其次，是管网存在的雨污混接与错接的问题。
一方面雨水易通过混接的管段进入污水管网，导致进水中的有机物浓度降低，另一方面污水进入雨水管网后会直接排入水体，导致水体污染，此外部分雨污管网分流不彻底的现象也会使进厂水质波动过大，碳氮磷比例规律性变差，从而带来晴雨天交替的水质冲击问题，间接提高了污水处理厂的运行和维护难度。
开展管网摸底调查，及时发现存在问题的管网，尤其是老城区和年代久远的管网系统，完善管网的运维管护。
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加快管网改造，推进厂网一体化，加快建立管网的日常运维机制，保障管网高效运作。 -
现有地区仍采用一般合流制系统的，应根据城镇排水规划，制定改造计划，逐年进行截留式合流制改造或雨污分流改造。目前暂不具备条件的区域，可结合海绵城市建设，控制径流污染. -
新建污水窨井，应禁止使用砖砌井；若位于绿化带内，井口高度建议高于地面高程10cm以上。 -
有条件的情况下，污水管道验收前应进行严格闭水试验，包括新建小区，在无居民入住的情况下，污水管中的流量应接近于零；埋深超过4m或临河污水管道验收前宜做入渗水试验。
难点二：
如何在低碳氮比的情况下进一步提高总氮去除率？
一般来说，生物处理技术在所有的碳源均用于反硝化反应的理想情况下，转化1g硝态氮所需的碳源量约为2.86g，即 进水中的BOD5/TN要大于2.86时，才有可能进行完全的脱氮。
而在实际应用中，进水BOD5/TN大于4时才能保证较高的脱氮率。
因为厌氧释磷、好氧硝化等均会消耗碳源，而反硝化过程仅在碳源充足的前提下才属于零级反应。也就是 碳源充足时，反应速率只与微生物量有关，与硝态氮浓度无关；相反，碳源不足时，反应速率会受限于碳源的量，碳源越少，反硝化速率越低。
这也是许多污水处理厂的总氮去除率相对其他指标较低的原因之一。 因此，进一步提高脱氮效率是提标改造中的另一个难点与重中之重。
值得一提的是， 为在提高总氮去除率的同时控制成本，污水处理厂在提标改造时，应综合自身情况采取适宜策略。
1、管理性优化措施
对于 “准Ⅳ类”标准达标率较高、工艺运行成熟、管理水平高且设施有余量的污水处理厂，从成本上考虑，应优先采取管理性优化措施 。
措施一 ， 调整工艺运行参数
为强化反硝化脱氮、提高原水中碳源的利用效率，在保证出水氨氮达标的情况下，应适当增加硝化液回流比，延长缺氧段水力停留时间，保证反硝化阶段对碳 源的充分利用和反硝化的充分反应。
水温较低时，可适当增加污泥浓度，降低污泥负荷，有助于抵消低温 带来的不利影响。
但一般污水处理厂投产运行后，随着时间的推移和运行管理的不断完善，工艺运行参数也会趋于稳定，运行参数上的调控对总体的优 化幅度有限。
措施二 ，投加 易降解的 外部碳源
另一种方便有效的措施是 投加易降解的外部碳源如甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等，以提供反硝化反应所需的碳源，保证其反应进行的速率，提高总氮脱除率。 碳源投加要考虑水厂的自身情况和以下3方面：
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碳源种类。 甲醇存在运输和储存的危险性以及高浓度会对微生物的活性产生抑制，葡萄糖则难以降解且易引起亚硝态氮的积累，而乙酸会带来碱度过度消耗的问题。相比较而言，乙酸钠是更为合适的外加碳源。 -
碳源投加点。 碳源投加点设置在缺氧区前端，可以有效节约成本，并保证充足的停留时间，避免CODCr的超标。 -
投加量的控制。 应建设一套完整的碳源计量投加设备，并以2.86为标准碳氮比对脱氮所需的碳源进行计算和精确投加，再结合尾水CODCr的变化进行调整，最终建立一套碳源精准投加方案。
2、工程性优化措施
若管理性措施仍然无法解决出水的总氮问题或投药成本过高时， 则 以开发内部碳源和优化碳源分配为主要思路，通过工程性措施进行改造，如改变进水点 /回流点、优化池体功能区、增加水力停留时间、改善曝气设施等。
工程应用表明，我国污水处理厂二级处理工艺主要以AAO、氧化沟以及SBR三种基本的活性污泥法为主，其中以运用较为广泛且成熟的AAO工艺为主。
迄今为止，已经发展出了众多的改良型AAO工艺，并逐步应用到提标改造中。这些改良型 AAO工艺的总体思路是以强化反硝化反应、解决碳源分配矛盾为主，旨在开发内部碳源，间接减少投药成本。
措施一 ： 前置预缺氧段。
在普通AAO工艺前增设预缺氧池和回流点，延长缺氧段水力停留时间，使得一部分硝化液优先接触进水中的优质碳源，可以产生良好的内源脱氮效果，并缓解厌氧段硝态氮浓度过高而影响释磷的问题，还可以保证低温下的脱氮效果。
措施二 ： 倒置 AAO与多点进水。
多点进水和倒置缺氧与厌氧区，使原水中的一部分优质碳源直接与回流的硝化液进行接触， 能有效提升原水中碳源用于脱氮的效率，从而将碳源优先用于反硝化；同时，另一部分原水则进入厌氧区保证释磷环境，一定程度上缓解微生物之间对碳源的竞争。
若辅以外部碳源或与MBR工艺联合，可进一步提高处理效果。
措施三 ： 后置 AO段。
后置AO段旨在进一步削减二级处理尾水中浓度较高的硝态氮。
一般可通过控制好氧段末端曝气强度，追加后置缺氧区，同时辅以投加外部碳源，有效进行二次脱氮，同时末端的好氧区不仅可结合生物膜法和MBR工艺进行配合处理，也有利于增加尾水中溶解氧浓度，防止二沉池出现二次释磷。
措施四 ： 多级 AO工艺。
多级AO工艺一般水力停留时间较长，对碳源的利用率较高，硝化液回流量少。另外通过减少生物池的曝气量，使溶解氧控制在较低水平，还能大大降低多级AO的能耗和运行成本。
值得一提的是， 上述同样的思路也可应用于氧化沟和间歇曝气式活性污泥法，即将原有工艺改造为带回流污泥反硝化的生物除磷脱氮工艺及其变形工艺。
3、 新建工艺
若以上措施仍然不能解决脱氮问题并且用地存在余裕的情况下，可选取合适工艺进行新建，并与原有工艺有机结合，进一步强化脱氮。
应用于提标改造的工艺种类繁多，但主要是以提高污泥浓度、培养优势菌种、提高微生物活性周期为思路的生物膜法与活性污泥法的组合工艺和MBR工艺，以及以处理尾水硝态氮，结合投加外部碳源为思路的深度反硝化生物滤池工艺。
结语
“准Ⅳ”标准下污水厂提标改造的难点是总氮的去除
综上所述， 在 “准Ⅳ类”标准下污水处理厂提标改造的主要难点是总氮的去除，而攻克此难点的关键在于解决进水碳源不足的问题。
一方面，要从源头做起，实施城镇污水管网修复改造，推进厂网一体化，建立日常运维机制，同时做好新建和监督工作。
另一方面，可从以下3个方面入手：
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通过调整生物处理功能区和原水配比，保证缺氧段碳源充足，从而有效提高脱氮效率； -
可结合生物膜法和MBR工艺，提高活性污泥浓度，培养优势菌种，保证充足的反应速率，进一步降解原水中的有机物； -
通过新建池体，降低二级处理负荷，延长水力停留时间，保证反硝化反应的充分进行。
杨晨宵,盛铭军,黄继会,林振锋,郭永福. “准Ⅳ类”标准下城镇污水厂提标改造的难点与举措[J]. 工业水处理 2020-11，40（11）.
（来源｜微信公众号「环保水圈」 作者｜COD君）
