城镇污染物排放标准由一级A提升至地表IV
前言
目前，国内环境形势越发严峻，国家在加大环境保护资金投入的同时积极建立完善环境保护方面的法律，并加强监管及行政执法力度。各级政府也意识到环境的重要性，积极的改善环境，改善人民的生活环境。促使各级污水处理厂提标改造，提高出水标准，各污水处理厂的出水各项指标提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准，然而，在国内一线城市，为贯彻落实《水污染防治行动计划》，各地政府对污水处理提出了更高的要求，将城镇污水处理厂污染物排放标准，由《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB-中的一级A标准提升到《地表水环境质量标准》GB-中的IV类标准，如北京、天津等地为已出台地方标准，部分出水指标提高到地表水IV类水的标准。如达到这一目标，全国很多污水处理厂还不能达标，所以要做一些改造及微生物菌添加，以最小成本达到最佳效果，山东禹水源环保科技有限公司经过多年环保微生物菌剂研究，得益于如山大、华中等院校帮助。研究出一套提升标准方案。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB-），一级A标准中的主要监测污染物为COD、BOD、SS、TP、TN、NH3-N和粪大肠菌群数等几类。
而根据《地表水环境质量标准》（GB-），可以看出，相比于污水处理厂出水水质，对于地表水环境的分类检测项目要多得多。直接按照地表水环境质量标准来对污水处理厂的出水进行监测与监管，是没有必要且存在严重浪费的。根据目前关于污水处理的普遍研究和观点，我们只要控制住排放污水中的几个主要指标，就可以最大限度的保证受纳水体的水环境不被破坏。而这其中较为主要的排放指标就是：COD、BOD、SS、TP、TN、NH3-N。因此，行业内称呼这种超过一级A标准，要求水质达到地表水环境水质的排放要求地表四类水标准。
目前，虽然排放标准的国标扔保留着一级A标准作为最高要求，但全国也已经有很多地方推出了自己的地标，这些地标的要求较之国标的要求更高，也给在这些地区运营的污水处理厂提出了新的挑战。以下简单列举各地已经推出的高标准DB。
（1）北京地标---《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（北京市地方标准DB11/-）
新（改、扩）建城镇污水处理厂基本控制项目的排放限值执行表1中的限值。其中排入北京市II、III类水体的城镇污水处理厂执行A标准，排入IV、V类水体的城镇污水处理厂执行B标准。
表1北京地区新（改、扩）建城镇污水处理厂排放标准
（2）天津市地标《城镇污水处理厂水污染物排放标准》DB12／-
城镇污水处理厂出水排入环境，当设计规模≥m3/d时，执行A标准；＞当设计规模≥m3/d时，执行B标准；当设计规模＜m3/d时，执行C标准；
表2天津地区城镇污水处理厂排放标准
前建设的现有城镇污水处理厂，执行表1的规定。年7月1日起执行表2规定。
4.2.2条规定，年1月1日起新建城镇污水处理厂执行表2的规定。
可以看出，各地的地方标准所针对的污染物也是COD、BOD、SS、TP、TN、NH3-N这几类。而根据以往的工程实践经验，对于除总氮外的其他指标，多数深度处理工艺尚能够满足去除要求。
针对总氮指标，若要将其从一级A标准中的15mg/L，提高到四类水体标准的1.5mg/L，难度较大，所需要的成本也很高。因此一般涉及到四类水标准时，TN标准按照10mg/L执行。
在此标准下，常规如反硝化滤池、膜技术、人工湿地法等，理论上均能够满足准四类水体的处理要求。但从理论跨越到实际，需要一个污水处理项目的设计、施工、运营等多方的努力才行。
一、工艺分析
城镇污水处理厂出水一级A标准相当于城镇污水再生处理要求，将污水二级强化处理、三级处理、深度处理和消毒工艺进行组合与集成。而准Ⅳ类排放标准在一级A的基础上提出了更高的要求。
一级处理工艺
一级处理工艺主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物，根据来水类型及来水标高，选用匹配的格栅类型，常用的一级处理工艺如下：
原污水--粗格栅--集水池及提升泵房--细格栅--沉砂池/初沉池，当二级处理采用MBR膜系统时，需要增加膜格栅工艺段，并且增殖山东禹水源环保科技有限公司生产的自养硝化与反硝化菌种，使微生物菌胶团达到一定浓度，在节省碳源的基础上全方位降低各项污水指标。本文对沉砂池及初沉池工艺类型进行分析。
（1）沉砂池工艺。
平流沉砂池流态为平流，需保证适宜的水平流速，沉砂中约夹杂有15%的有机物，当水质水量波动较大，去除效果难保证。
旋流沉砂池采用水力涡流，沉砂池中心处的旋流使得砂粒沉降。旋流沉砂池水力停留时间短，占地面积小，易设备化，但需保证前端细格栅栅条间距尽可能小，减少对叶轮及提砂装置的磨损。
曝气沉砂池采用鼓风曝气，通过砂水紊流碰撞去除，除砂率较稳定。曝气沉砂池耐冲击性好，对于水量波动较大的污水厂较为适用。但曝气量无法实时控制，存在过度曝气的问题。
平流沉淀池对于粗砂的去除率高于曝气沉砂池，对于细砂的截留率则远低于曝气沉砂池。实际工程中，需针对进水水质特点及占地需求，选择最为合适的工艺类型。
（2）初沉池工艺。
初沉池通过将非溶解性的有机物及无机物的沉降，BOD5和CODCr含量都能在不同程度上下降，从而减轻了后续处理构筑物的负荷，降低污水处理厂运转费用，在沉砂池后设置初沉池，用以缓冲SS对污水系统的冲击。初沉池加入一定量山东禹水源环保科技有限公司生产的水解酸化微生物菌使之此处有些大分子物质，可以分解成小分子物质为以后生化池工作做好铺垫。初沉池经过水解发酵的底泥也可引入厌氧池，为厌氧释磷提供碳源。准Ⅳ类标准下，为保证总氮对碳源的需求，当BOD/TKN≤4时，可不设初沉池，也可设置速沉池，有效去除无机物而保留非溶解性的有机物。
二、二级处理工艺
二级处理工段是整个污水处理系统的核心部分。目前广泛使用的工艺为A2O及其变形工艺，以及MBR工艺。
（1）A2O法及变形工艺。A2O工艺不仅具有较强的脱氮除磷功能，还具有很强的抗冲击负荷能力。A2O工艺可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮必须保证NH3-N应完全硝化，硝化产生的硝酸盐才可进行反硝化得以去除；缺氧池与好氧池联合完成脱氮功能；厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。
常规A2O工艺存在以下缺点：回流污泥中的硝酸盐含量会造成厌氧区释磷能力大幅下降；缺氧区位于系统中部，进水中的碳源已经被上一工艺段微生物同化吸收，系统的脱氮效果受到碳源的制约；由于存在内循环，常规工艺系统所排放的剩余污泥中实际只有小部分经历了完整的放磷、吸磷过程，其余则基本上未经厌氧状态而直接进入好氧区，系统除磷不利。A2O变形工艺在回流污泥点、多点进水设置及生化功能区的组合等方面进行优化。
（2）UCT工艺。A2O工艺的基础上增加缺氧混合液回流，且二沉池外回流污泥回到缺氧池即为传统的UCT工艺。这样在冬季水温较低的情况下，确保系统达到较好的除磷效果。UCT工艺流程如图1所示。
（3）多点进水倒置A2O。多点进水倒置A2O工艺是对倒置A2O工艺的改进，好氧区产生的硝酸盐不再通过外回流系统进入厌氧池，回流污泥在缺氧池内进行反硝化，去除硝态氧，再进入厌氧段，保证了厌氧池的厌氧状态，强化除磷效果。可根据不同进水水质，不同进水水质，不同季节情况下，生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化，调节分配至缺氧段和厌氧段的进水比例，反硝化作用及除磷效果均能得到有效的保证，多点进水倒置A2/O工艺流程详见图2。
（4）二沉池池型选择。二沉池大多采用辐流式沉淀池池型。根据进出水布置方式可以分为中心进水周边出水、周边进水中心出水、周边进水周边出水等形式；周边进水辐流式沉淀池是一种沉淀效率较高的池型，其设计表面负荷可明显提高。项目设计阶段可根据设计规模及占地造价等灵活选用。
（5）MBR膜与AO结合工艺
虽然A2/O工艺具有良好的脱氮除磷效果，但其脱氮效率很难进一步提高。为此，将A2/O与MBR相结合(A2/O-MBR工艺)的污水处理方式，不仅出水水质效果好、污染物指标去除率高，而且实现了HRT与SRT之间相互独立，很好地解决了传统活性污泥法同步脱氮除磷时两者所需污泥龄不同的矛盾。如：北京市某污水处理厂(8万吨/日)由A2/O升级改造至A2/O-MBR工艺，改造后出水水质由国标一级A标准提高到北京市地标B标准，主要指标满足地表IV类水体标准。
为提高A2/O工艺的脱氮除磷能力，可在一级A提标改造的基础上进一步形成倒置A2/O-MBR和A2/O-A-MBR等组合工艺。研究的倒置A2/O-MBR中试表明，该系统具有高效的生物除磷效果，主要由于倒置A2/O段理想的释磷环境和MBR段膜分离对胶体形态磷的截留作用。
（6）针对国内一些污水处理厂的污泥中微生物菌群在硝化、碳化、反硝化中菌群种类与数量不足，建议投加复合微生物菌群。
A2/O-MBR+膜分离工艺
在A2/O-MBR组合工艺及其改进工艺的基础上，进一步引入膜分离单元作为再生回用的三级处理单元，可以实现污水资源化高效回用。根据深度处理膜单元自身的特点，可将二级处理出水处理至地表水IV类或以上水质。
北京市某再生水厂(1.3万吨/日)在传统A2/O工艺基础上增加前置或后置缺氧池，并与MBR相结合，已使得水质可以达到出水达到地表水IV类标准;进一步将其中的0.7万吨/日的MBR出水采用超低压反渗透(DFRO)膜处理，出水水质标准提升至满足国标(GB-)的地表水Ⅲ类标准，可回灌地下水或用于工业循环用水，同时亦满足湿地公园补水需求。
A2O/A-MBR工艺
A2O/A-MBR工艺是一种强化内源反硝化的新型工艺，该工艺利用FR-MBR膜截留高浓度活性污泥和生物多样性来强化脱氮除磷效果，工艺流程依次为厌氧、缺氧、好氧、缺氧和膜池。A2O/A-MBR工艺是针对进水碳源不足，投加自养型硝化、反硝化、碳化细菌。而同时又有较高脱氮要求的污水处理项目所开发，也是强化脱氮的MBR脱氮处磷工艺。
该工艺在普通A2O工艺后再设一级缺氧池，在利用进水快速碳源完成生物除磷和脱氮后，再利用第二缺氧池进行内源反硝化，进一步去除TN，之后，再利用膜池的好氧曝气作用保障出水。
A(2A)O-MBR工艺
生物脱氮所用碳源一般有3类：原水碳源、外加碳源和内源碳源。利用原水碳源的前置反硝化工艺一般总氮去除率不高，如果要进一步提高脱氮效率，则需要外加碳源进行反硝化。
A(2A)OMBR工艺生物池两段缺氧的设计正是借鉴了这个原理。生物反硝化需要有机碳源作为电子供体，用于产能和细胞合成。有关研究发现污泥中含有的碳水化合物(50.2%)、蛋白质(26.7%)、脂肪(20.0%)均属于慢速可生物降解碳源，如果将这些物质转化为易生物降解碳源用于脱氮系统。在处理这种污水过程中，可增加碳源增效剂，加以解决。
A(2A)O-MBR工艺是两段缺氧A2O工艺与MBR工艺的结合，其特点是在传统的A2O工艺中设置了两段缺氧区（缺氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ），在第一缺氧区内从好氧区回流的NO3-完全被还原，实现完全反硝化；而在第二缺氧区内实现内源反硝化，节省外加碳源的投加，则可大大提高污水的生物脱氮效率，同时只需要加碳源增效剂避免了外加碳源，节约运行费用。
三、三级处理工艺
（1）高效沉淀池。生化处理之后的二次沉淀池出水悬浮物浓度为20~30mg/L，深度处理单元面临的主要任务是去除悬浮物和化学辅助除磷，使SS＜10。高效沉淀池分为絮凝与沉淀两个部分，在此处加禹水源高效生物絮凝菌，不但能节省絮凝剂，还能前期分解，使出水指标轻松达标。经斜管沉淀后的出水通过池顶集水槽收集排出。部分污泥从沉淀池回流至快混池或絮凝池中心反应筒内，污泥循环率通常为5~10%。关键参数如下：
快混池停留时间t一般在1~3min即可。PAC的投加量与原水类型及参数有关，一般加药量在30~mg/L，具体以实验结果为准。
絮凝池：进水管内进水与回流污泥进行混合，流速按1m/s左右控制。絮凝池停留时间10~15min。控制导流筒内流速：0.5~0.6m/s。一般PAM加药量在0.5~1mg/L，配比0.1%。过流洞至推流区流速0.03~0.m/s。
斜管区：沉淀区的表面负荷：斜管区水平投影单位面积的处理水量10~20m3/（㎡·h）。沉淀池清水区上升流速5.5~7mm/s。
（2）反硝化滤池。曝气生物滤池。曝气生物滤池根据处理程度不同可分为碳氧化、硝化、后置反硝化或前置反硝化等。
关键参数：a池体高度宜为5~7m。
b曝气生物滤池宜分别设置反冲洗供气和曝气充氧系统。曝气装置可采用单孔膜空气扩散器或穿孔管曝气器。曝气器可设在承托层或滤料层中。
c曝气生物滤池宜采用滤头布水布气系统。反冲洗宜采用气水联合反冲洗，通过长柄滤头实现。反冲洗空气强度宜为10~15L/(㎡·s)，反冲洗水强度不应超过8L/(㎡·s)。
d曝气生物滤池的五日生化需氧量容积负荷宜为3~6kgBOD5/(m·d)，硝化容积负荷（以NH3-N计）宜为0.3~0.8kgNH3-N/(m·d)，反硝化容积负荷（以NH3-N计）宜为0.8~4.0kgNH3-N/(m·d)。
反硝化深床滤池。反硝化深床滤池将生物脱氮及深度过滤结合，采用有着较大比表面积的滤料，1.8m左右的滤床深度保证了悬浮物的高效截流，也能有效阻止截流物的穿透。反冲洗用水量2%~4%，滤池前投加适量优质碳源，以保证滤料上附着的反硝化细菌的生长需求，完成把NO3-N转换成N2的反硝化脱氮过程，反硝化产生的大量氮气上浮，提高了过滤效率，也增强了反硝化细菌与水流的紊流接触，去除出水中固体悬浮物的同时，也降低了出水中的BOD5，出水总磷稳定降至0.3mg/l以下。在反硝化深床滤池投加复合反硝化菌，使之全面去除复杂氮体系，有机氮、无机氮全方位去除，反硝化滤池能轻松满足标准对浊度的要求。
反硝化活性砂滤池。连续活性砂反硝化过滤器将混凝、澄清、过滤、反硝化有效结合，是一种广泛应用的设备化的反硝化滤池形式，它不需停机反冲洗，无需设置反冲洗水泵，仅采用压缩空气的气洗实现连续流砂；采用无需级配的单种滤料；停机切换用电动、气动阀门。无需单设混凝、澄清池，及配套设备。通过在线投加适量的化学除磷剂（PAC），达到去除总磷的目的。
连续流砂反硝化过滤器中投加的碳源首先消耗水中的溶解氧为反硝化细菌提供厌氧的环境。同时利用水中的碳源，在去除固性悬浮物及TP的同时，将废水中的硝态氮等污染物转化去除，从而达到高品质的出水。
