基于降碳减排理念的污水再生处理厂如何提标设计？

在城市水环境和水生态的建设方面，积极响应国家“降碳”方针，对现有污水再生处理厂进一步提标改造，再生水作为生态补水回灌北方城市季节性河道水系，减轻再生水对河道生态系统的风险。排水系统具有广阔的减碳空间，污水再生处理厂作为排水系统降碳关键突破点，减碳技术包括：

（1）降低CH4、N2O等温室气体的直接碳排放类技术；

（2）通过降低电耗、热耗、药耗等间接碳排放类技术；

（3）尾水、污泥等资源化利用的碳替代类技术等。

以Q市某污水再生处理厂提标改造过程中，降低电耗、药耗等为例，开展设计与运行相关降碳技术路径的研究。在不增加占地、工艺单元、电耗的情况下，通过强化调节池的水解酸化功能作为脱氮除磷生化系统预处理工艺，原位开发内碳源，SCODCr平均有效提高63.5%，节省外碳源投加量42.5%~55.4%；通过复合铁酶促活性污泥技术耦合AAO＋MBR工艺运行，强化系统脱氮除磷效果，节省铁盐（FeCl3）平均投加量约为60%以上；较大幅度节省外加碳源、铁盐等药耗，污水再生处理系统出水除TN外其他指标稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类标准，有效实现降碳的目的；同时工程改造优化粗细格栅缝隙设置提高SS拦截效率，控制源头动植物油脂排放以及运行过程中铁盐过量投加，有效降低超滤膜污堵，使系统长期稳定运行。

现阶段存在的问题与难点分析

1、现状存在问题

（1）该项目服务的汇水区域内有2座近万人的高校，学校食堂的餐厨污水中动植物油含量高，而且食堂污水出口的隔油池缺失或年久失修，大量动植物油进入污水再生净化系统，部分油脂黏附在超滤膜表面，形成膜污染堵塞膜表面，降低膜通量。

（2）厂外新增设一体化泵站，为了运行维护管理简便采用粉碎式格栅，该类格栅极易导致栅渣细碎化，现有粗细格栅（栅缝分别为15、5 mm）拦截栅渣效率低下，造成后续精细格栅堵塞或溢流，以及栅渣穿透进入生化池及MBR工艺池的情况严重，超滤膜表面黏附大量的栅渣和淤泥，导致超滤膜堵塞、处理能力降低至3 000 m3/d以下，直接影响正常生产运行。

2、提标难点

（1）现有系统缺氧段的HRT为4 h，比正常的AAO+MBR工艺缺氧段（4.5~6 h）短，脱氮时间明显不足。另外，同类项目提标一般需增设深度处理单元，由于本项目设计占地紧张，厂内无多余用地，也无法从周边新增征地，原窑洞半地下式箱体无法做大规模改造增设工艺单体。因此，提标改造无法增加新的处理工艺单体，同时受周边环境的影响，只能对现有设施改造挖潜。

（2）为防止发生MBR池污泥沉淀和减缓膜堵塞等问题，在MBR池设置鼓风吹扫设施，以致污泥回流的DO质量浓度在8.0 mg/L以上，AAO生化池缺氧段的实际DO质量浓度偏高（0.5~1.7 mg/L），生物除磷效果较差，难以达到设计要求。因此，向生化池投加过量的铁盐进行化学除磷，最大投加量达40 mg/L，以致生化系统活性污泥以及黏附在膜表面呈黄褐色的栅渣含大量积存的Fe3+，过量Fe3+容易对超滤膜造成污堵，降低膜通量。

解决思路与改造、运行措施

1、现状问题解决措施

（1）协调汇水区域内两所高校，在其餐厅污水出口增设或改造隔油池，并要求定期清掏，防止餐厨动植物油脂大量进入污水再生净化系统，以减轻油脂对超滤膜的污染。

（2）对预处理段进行工艺改造。鉴于厂外转输一体化化泵站无人值守运维要求，不适宜改造，对厂内格栅系统进行改造，拆除现有2套栅缝为15 mm的粗格栅，将现有2套栅缝为5 mm的细格栅移至粗格栅处，细格栅处新增2套栅缝为2 mm的阶梯式格栅，以期达到有效去除细碎栅渣的目的，缓解细栅渣对超滤膜污染及堵塞。

2、提标改造措施

（1）园区展会期间原调节池的功能为水量调节和水质均化，现在通过一体化泵站从周边市政管网转输市政污水，其水量波动相对稳定。因此，调节池的水量调节功能弱化，充分利用近8.0 h的停留时间，在原设置的水下搅拌器的作用下充分混合，赋予调节池水解酸化功能，并作为主要功能。原位生物吸附和水解酸化作为生化处理的预处理，将固态颗粒状、大分子、难降解、难被微生物吸收以及处理溶解较慢但可生物降解的有机物，分解成小分子容易吸收降解的有机物，能够有效促进反硝化的进行。可以减少外碳源投加，而且可以改善AAO+MBR生化系统因污泥回流DO高而造成厌氧段DO偏高、厌氧环境差的状态，提高生物除磷的效果。同时，设置20%剩余污泥回流入调节池备用设施，以备试运行和水解酸化系统亏泥等不正常状态下使用。

（2）原设计AAO＋MBR工艺需投加铁盐絮凝化学除磷，但过量投加时，絮凝剂包裹架桥作用粒子表面吸附活性点，吸附架桥作用变弱。适量的絮凝剂能够通过吸附电中和作用降低污泥体系内部的排斥力，通过吸附架桥作用增大污泥的粒径，而过量的絮凝剂投加将会对污泥体系产生相反的效果。另外，相对大分子质量的糖和蛋白质在絮凝剂的作用下与污泥絮体结合，胞外聚合物（EPS）的比污泥质量浓度有所增高。同时，铁盐水解释放H+，可降低溶液中的pH，促使微生物产生EPS以适应不利的环境。EPS产量增多将会加速膜污染的速率。

鉴于复合铁酶促活性污泥技术可强化活性污泥系统脱氮除磷的去除能力，充分发挥微生物体内复合形式铁元素在胞内生化反应中酶促反应的激活剂作用，增强生物活性和代谢能力，提高活性污泥脱氮除磷效率和抵抗如低温等外界环境因素变化能力，复合铁酶促活性污泥含铁量达到5%时，其系统处理能力、微生物代谢活性与能力、脱氮除磷性能达到最高。因此，拟定将复合铁酶促活性污泥强化脱氮除磷工艺与AAO＋MBR工艺耦合运行，采用复合铁酶促活性污泥强化脱氮除磷工艺培养驯化活性污泥，以实现强化系统处理性能，同时降低铁盐投加量、降低Fe3＋对膜组件的污染，也可以在一定程度上降低外碳源的投加量。

（3）经计算分析，现有MBR系统硝化和反硝化能力可基本达到新标准要求，本着低碳建设原则，优先通过运行技术措施达到提升目标，不再新增深度处理单元。运行根据实际进水水质，确定外碳源、铁盐等药剂投加量，以达到降低运行成本的目的。

本工程在提标改造和运行过程中，不增加占地、工艺单元、电耗的情况下，通过工程改造和运行模式优化调整，较大幅度节省外加碳源、铁盐等药耗的投加，污水再生处理系统出水稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）类Ⅳ类标准，有效地实现降碳的目的。

（1）MBR工艺的预处理尽量规避使用粉碎式格栅，如果使用，须强化预处理粗细格栅单元对SS的去除效果，避免大量悬浮物穿透精细格栅对后续超滤膜造成污堵，控制源头动植物油脂进入并降低铁盐过量投加，以降低膜污堵风险。

（2）水解酸化原位开发内碳源工艺作为脱氮除磷生化系统预处理，SCODCr平均有效提高63.5%，节省脱氮除磷而需要的外碳源投加量为42.5%~55.4%，有效实现降碳的目的。

（3）复合铁酶促活性污泥技术耦合AAO＋MBR工艺运行，有效地强化了系统脱氮除磷效果，并节省铁盐投加量60%以上，也在一定程度上节省外碳源的投加量，有效地实现降碳的目的。

（4）本工程没有新增设工艺单体和设备，原有设备正常运行，在不增加电耗的情况下成功实现提标改造。