城镇污水高标准除磷脱氮与再生利用深度处理成套技术

如何在经济社会快速发展的同时，实现城市污染物负荷总量的削减，降低进入城市水体和下游流域的污染负荷，保护城市和区域水环境，恢复水体生态功能，建立健康可持续的水环境系统与管理模式，是城市水污染控制亟须解决的瓶颈问题。水专项从控源减排出发，以有效控制主要污染源和污染负荷为重点，分阶段开展关键技术研究和工程示范，在城市水污染控制技术方面取得重大突破，形成了由城市污水深度处理与再生利用、污泥处理处置与资源化、乡镇污水及重点工业行业污染控制、城市面源与径流污染控制等方面关键技术构成的城镇水污染控制综合集成技术。本篇为城镇污染控制关键技术之一。

1、问题与技术需求

目前我国大部分污水处理厂还不能稳定运行，与此同时也需要开发适合我国污水特点的稳定、经济、有效的深度脱氮除磷技术，进一步实现技术创新和综合改造，达到污水处理厂的经济高效运行。此外，大规模污水处理厂建设基本完成以后，污水处理向县镇中小类型发展，中小型污水处理厂建设的工艺技术有其特殊性，运行管理也与大型污水处理厂有所区别，如何协调污水收集系统与污水处理设施之间的配套关系、研发适合中小型污水处理厂的处理技术以及保障其如期建设和稳定运行，是迫切需要解决的问题。

2、成套技术组成

城镇污水高标准除磷脱氮与再生利用深度处理技术体系，针对我国国家及省级重点流域必须实施《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准的要求以及缺水地区发展污水再生利用的实际需求，系统开展了城镇污水处理系统一级 A 稳定达标、深度除磷脱氮、污水再生利用、提标升级改造及节能降耗省地等方面关键技术的研究开发和工程示范应用，重点解决了我国城镇污水碳氮比（C/N）普遍偏低、无机悬浮固体普遍偏高、工业废水毒害作用、冬季低水温影响、污水水质水量时空变动大所带来的一系列技术难题，在污水强化预处理、生物处理系统整体改进、工艺运行优化、节能降耗省地、污水资源化利用等方面取得了重大技术突破，创新开发了高效初沉（发酵）池、改良 A²/O高效除磷脱氮、强化硝化悬浮填料工艺系统、内碳源开发与外碳源优化、强化内源反硝化MBR、新型反硝化/硝化滤池、低温污水强化除磷脱氮、低碳氧同步脱氮除磷、曝气池精确曝气控制、硝化反硝化与反硝化除磷、新型过滤（机械过滤）等关键技术 30 多项，通过集成应用与工程示范，提出了城镇污水一级 A 稳定达标的系列化工艺流程及单元工艺组合模式，形成了针对 A²/O、氧化沟、SBR和MBR工艺系统提标建设与升级改造的成套技术、整体优化方案和工程设计方法，建立了“先资源利用、后环境排放，先源头控制、后强化处理，先优化运行、后工程措施，先内部碳源、后外加碳源，先生物除磷、后化学除磷，稳定达标兼顾节能降耗省地”的总体设计与实施原则。

对于具有深度除磷脱氮要求，包括一级A及以上标准的污水处理厂工程设计建设，尤其是污水再生利用系统的设计建设，应对新建（扩建）的城市污水处理厂进水水质中的COD、SCOD（溶解性化学需氧量）/COD、BOD₅/COD、BOD₅/TN、SS/BOD₅、VSS（挥发性悬浮固体）/SS、TN 中可氨化和溶解性不可氨化有机氮成分、TP 及溶解磷、水温等水质特性进行调研测试，并结合实际进水水质特性和出水（再生水）水质指标差距，明确有可能难以稳定达标的水质指标及变化特性，分析影响稳定达标的主要因素及指标间的关联关系，为提出工艺技术路线及具体的技术措施选择提供可靠依据。

在技术路线的确定上需要考虑污水处理工艺对进水水质水量及环境条件变化的适应性，特别是处理效果稳定性、工艺控制灵活性以及工程实施可行性。在进水水质水量及变化特性分析的基础上，结合处理效果稳定性、工艺控制灵活性、工程实施可行性、维护管理方便性、投资运行经济性、系统优化整体性及出水水质标准，参照表1提出适宜的若干工艺技术方案，经技术经济比较后，确定污水深度除磷脱氮处理工艺技术路线。

 

表1 城市污水处理深度除磷脱氮工艺技术路线

 

同时，针对缺水城市普遍存在的再生水利用需求，以开发多样化的城市污水再生处理工艺技术路线和提高再生水水质安全保障为核心目标，突破了基于高盐（溶解性固体）条件下的再生水系列化、规模化生产技术和基于再生水-循环排污水的热力系统补水膜污染与水质控制技术，特别是浸没式微滤（SMF）、连续微滤（CMF）、超滤、臭氧氧化、MBR 技术设备的开发与大规模集成应用，形成了污水再生处理与再生水利用途径密切关联的系列化集成工艺技术方案，初步形成了从再生水水源、生产工艺、输配管线到典型用水过程的城市再生水安全保障集成技术。

在城市污水再生处理与利用系统中，最为关键的是有效去除污水中的各种污染物，包括微量污染物，使再生水水质能够满足排放标准或特定用水途径的功能要求和卫生安全保障要求，保护用水设施安全和公众的卫生健康。城市污水再生处理工程设施的设计建设必须确保处理出水的 BOD₅、SS、氮磷营养盐、粪大肠菌群等指标满足相关标准要求，重金属和难生物降解有毒有害污染物应主要依靠工业企业源头控制和厂内预处理。

由于受到各种工业废水和生活废弃物的影响，城市污水的水质水量构成复杂多变、时空差异大，其深度再生处理需要综合应用物理、化学和生物等工艺过程，以有效去除污水中的固体物质、有机物质、病原体、金属、氮磷以及某些特殊污染物。从某种程度上说，城市污水的再生处理是污水处理技术和饮用水处理技术的综合应用及改进提高。

污水再生处理工艺单元的不同组合可以构成不同的城市污水再生处理工艺流程。按污水的净化处理程度划分，再生处理的基本工艺单元包括二级（强化）处理、三级处理（混凝、沉淀、过滤）、高级处理（高级氧化、物理吸附、离子交换、反渗透），但每个基本工艺单元都有多种可行的实施方式和设备选择，因此，实际工程应用中可以具有多种多样的工艺单元组合和工艺流程选择，典型的污水再生处理基本工艺技术路线见表 2。

表2 城市污水典型再生处理工艺技术路线

 

、3、关键技术及其适用性

表3 为城镇污水深度除磷脱氮与再生水处理关键技术清单。

表3 城镇污水深度除磷脱氮与再生水处理关键技术清单