我國污水處理廠(chǎng)的數量逐年增加，隨著(zhù)污水處理廠(chǎng)排放標準的不斷提高和國家對節能減排工作的日益重視，為達標和節能而進(jìn)行的改造工程設計將成為污水處理廠(chǎng)設計的主要工作。了解和學(xué)習國外污水處理廠(chǎng)的改造技術(shù)和經(jīng)驗，有助于更好地結合污水處理廠(chǎng)的特點(diǎn)，對其實(shí)際運行進(jìn)行調查分析，采取既切實(shí)可行，又經(jīng)濟合理的改造措施。
1匈牙利南佩斯污水處理廠(chǎng)
1.1污水處理廠(chǎng)介紹
南佩斯污水處理廠(chǎng)始建于1966年，規模為3萬(wàn)m3/d，采用高負荷活性污泥工藝，曝氣池HRT為2.5 h.污水處理廠(chǎng)原處理流程包括兩條分支，每條分支有8個(gè)生物反應器作為曝氣池，并聯(lián)運行。20世紀80年代初，該污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了擴建，新增了兩個(gè)處理流程，每個(gè)流程仍包括兩條分支，每條分支仍設8個(gè)曝氣池。
20世紀80年代末，匈牙利制定了更為嚴格的水質(zhì)排放標準，相應推動(dòng)了新的處理工藝和技術(shù)的研發(fā)。污水處理廠(chǎng)除了要滿(mǎn)足新的水質(zhì)標準外，其處理水量也大幅增長(cháng)，同時(shí)污泥量的增加，使污泥處理設施無(wú)法滿(mǎn)足需求，迫切需要改造。在這種情況下，布達佩斯城市污水公司承擔了污水處理廠(chǎng)的改建工程。
1.2改造技術(shù)
經(jīng)過(guò)試驗研究，將原有的8個(gè)曝氣池由并聯(lián)改為串聯(lián)，而且在整個(gè)反應器的前1/4區域增設厭氧區，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(jiàn)圖2.
1.3改造效果
改造后的系統運行數據表明，SVI比較低且穩定，約為100 mL/g.該結果與理論預測和試驗數據非常吻合，將反應器由并聯(lián)布置改為串聯(lián)布置增加了系統的處理階段，進(jìn)而改善了污泥的沉降性能。
出水CODc.的變化情況表明，系統的改造改善了有機物的去除效果，有機物的降解更加徹底，原系統出水CODc，為100 mg/L，改造后降至70 mg/L.運行過(guò)程沒(méi)有達到預期的生物除磷效果，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，通過(guò)采用投加石灰化學(xué)沉淀除磷的工藝，系統的除磷效果有明顯改善，但出水中磷的濃度隨著(zhù)回流污泥中硝酸鹽濃度的升高而增加。
改造后的系統仍不能實(shí)現有效的硝化和除磷，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(chǎng)面積有限，沒(méi)有考慮擴建現有活性污泥單元，而采用能完成硝化和反硝化的生物濾池系統。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盡可能多地利用進(jìn)水中的有機碳，由于二沉池可承擔的負荷有限，硝化液回流比受到限制，工藝采用后置反硝化的布置方式，并在反硝化濾池內投加甲醇作碳源以徹底去除污水中的硝酸鹽。此外，系統除磷通過(guò)強化沉淀實(shí)現。
2美國華盛頓Blue Plains污水處理廠(chǎng)
2.1污水處理廠(chǎng)介紹
Blue Plains污水處理廠(chǎng)位于美國哥倫比亞區，污水流量為16.2 rn3/s，采用硝化處理工藝，工藝流程見(jiàn)圖3，包括預處理、初沉池、高負荷活性污泥系統、二級硝化活性污泥系統、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)濟發(fā)展的同時(shí)，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(guò)量營(yíng)養物質(zhì)（氮和磷）的排放。Blue Plains污水處理廠(chǎng)是向Chesapeake海灣排放氮污染物的最大點(diǎn)源，因此哥倫比亞特區政府參與簽署了Chesapeake海灣協(xié)議，協(xié)議規定，到2000年每年向海灣排放的營(yíng)養物應至少比1985年減少40%，需要對Blue Plains污水處理廠(chǎng)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(mǎn)足排放標準中的各項指標，B（）峨和TSS要達到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行模式，另外6條仍保持硝化模式。每條處理分支由5個(gè)完全7昆合反應器串聯(lián)而成，在第4個(gè)（夏季）或第5個(gè)（冬季）反應器內投加純凈的甲醇作為反硝化的補充碳源。工藝的關(guān)鍵是保證前3個(gè)反應器內實(shí)現硝化，為反硝化提供硝酸鹽，改造后的運行方式見(jiàn)圖4.
當系統以硝化模式運行時(shí)，5個(gè)反應器內均進(jìn)行曝氣，以硝化一反硝化模式運行時(shí)，投加甲醇的反應器內不曝氣，為反硝化提供缺氧條件。污水經(jīng)反硝化后在第5個(gè)反應器內進(jìn)行再曝氣，經(jīng)一條長(cháng)的出水渠輸送至沉淀池。該工藝可利用原有的設施，不需進(jìn)行硝化液回流和其他特殊的改動(dòng)。
2.4改造效果和存在問(wèn)題
反硝化工藝成功地實(shí)現了每季度和全年的脫氮目標，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，出水各項指標均可滿(mǎn)足水質(zhì)標準。
盡管污水處理廠(chǎng)的改造方案在TN去除上非常成功，但是也存在以下問(wèn)題：
（1）后置反硝化工藝在運行管理上比硝化工藝更復雜，具體表現在以下幾個(gè)方面：
①有兩個(gè)處理階段需要監測和控制；
②甲醇應在反應池內12個(gè)不同的位置投加；
③現有的甲醇儲存設備體積有限；
④由于投加了甲醇用作反硝化菌的食料，導致剩余污泥量的增加。
（2）由于該工藝其實(shí)是將原來(lái)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(lái)用于硝化的容積，從而降低了在冬季和高負荷時(shí)硝化處理的可靠性。在緊急情況下，需要停止反硝化，恢復完全硝化的工藝狀況。
（3）投加甲醇作為補充碳源，使得系統的運行成本增加。一般每年購買(mǎi)甲醇的費用達500萬(wàn)～600萬(wàn)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(guò)低會(huì )限制反硝化菌的生長(cháng)，如何在保證出水水質(zhì)不超標的同時(shí)滿(mǎn)足反硝化菌對磷的需要，成為目前污水處理廠(chǎng)管理中需要解決的一個(gè)問(wèn)題。
3美國加州San Jose污水處理廠(chǎng)
3.1污水處理廠(chǎng)介紹
San Jose污水處理廠(chǎng)處理規模為541 000 m3/d，采用常規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的生活污水和工業(yè)廢水。污水處理的季節變化很大，原因在于季節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(chǎng)的有機負荷要比平時(shí)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(chǎng)的負荷和操作運行帶來(lái)的影響尤為明顯。
污水處理廠(chǎng)在1978年時(shí)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，包括硝化反應池、硝化沉淀池、濾池和加氯消毒等設施。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（曝氣池和二沉池）、硝化懸浮生長(cháng)系統（硝化反應池和硝化沉淀池）、過(guò)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(jiàn)圖5.
污水處理廠(chǎng)的出水水質(zhì)標準要求月平均出水BODs和TSS均低于10 mg/L，消毒后出水達到加利福尼亞州第22條文的規定，即濁度小于2 NTU，細菌總數小于2.3個(gè)/100 mL，氨氮低于5 mg/L.
3.2污水處理廠(chǎng)改造
由于夏季罐頭加工產(chǎn)生的沖擊負荷，活性污泥系統發(fā)生絲狀菌引起的污泥膨脹，導致進(jìn)入硝化反應池的污泥超過(guò)其負荷，出水ss濃度太高，直接影響了過(guò)濾階段的處理效果，使出水水質(zhì)遠遠超過(guò)排放標準。為防止污泥膨脹的再次發(fā)生，需要對污水處理廠(chǎng)進(jìn)行改造。
3.2.1污水處理廠(chǎng)分析
經(jīng)調查后發(fā)現，導致污泥膨脹的首要原因是有機負荷的突然增加，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(cháng)引起污泥膨脹。
對污水處理廠(chǎng)的運行分析發(fā)現，氮源不足和由于進(jìn)水管道中的厭氧條件產(chǎn)生二氧化硫也是導致污泥膨脹的因素；同時(shí)，活性污泥系統的有機負荷相對偏高，特別是在水力高峰負荷下，常規活性污泥系統和硝化處理系統間的水力條件受限；另外，污泥儲存后沒(méi)有考慮最終處置，影響生物系統的排泥。因此，為了控制污泥膨脹，完善污水處理廠(chǎng)的水力條件，保證處理工藝、設備和電氣系統的可靠運行，污水處理廠(chǎng)須進(jìn)行一系列的改造。改造工程一次規劃分期實(shí)施，分為近期、中期和遠期三階段進(jìn)行。
3.2.2近期改造措施
近期改造的目標是控制污泥膨脹，穩定運行以達到排放標準。主要措施是采用能快速安裝快速使用的一些設備，雖然這些設備的運行成本較高，但運行穩定。近期改造的主要內容有：
（1）提高供氧能力。增設了一套純氧供氧系統，包括液態(tài)氧儲存池、蒸發(fā)器、微孔曝氣器、風(fēng)量計和自控設備等，這些設備只在在高峰季節原有設備供氧不足時(shí)使用。運行后由于運行費用較高，增設鼓風(fēng)機以增加供氧量。
（2）投加氮源。安裝了一套氨水系統，補充污水中缺乏的氮源，有利于曝氣池中微生物的生長(cháng)。在實(shí)際運行中，氮源并不需要連續投加，只在夏季罐頭加工季節時(shí)投加。罐裝工廠(chǎng)每天工作16 h，產(chǎn)生的廢水由于有機物含量高，需要補充額外的氮源，而在停產(chǎn)的8 h內廢水的營(yíng)養物濃度足夠維持微生物的正常生長(cháng)。
（3）初沉池投加化學(xué)藥劑。通過(guò)投加三氯化鐵降低后續活性污泥系統的有機物負荷和需氧量，同時(shí)鐵離子能與污水中的硫化物發(fā)生沉淀反應，降低后續活性污泥系統的硫化氫負荷。
（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(cháng)，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，根據試驗分析，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(guò)程中濾料的流失，其次，增加濾池反沖洗水處理系統，包括調節池、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中遠期改造措施
中期改造將逐步更換近期改造中一些運行成本高的設施，并保持541 000 1113/d的污水處理量和達標排放；遠期的改造目標是淘汰高能耗、低效率的設備，包括運行不穩定、耐用性較差的污泥處理設備，并擴建污水處理廠(chǎng)規模至632 000 m3/d.中期和遠期改造所需增加的主要設施有：
（1）常規二級處理系統改造。普通曝氣池后增加新的二沉池，新增鼓風(fēng)機設備，替代原有備用的純氧供氣系統，更換空氣擴散系統設備。
（2）深度處理系統改造。增建二級處理后續的硝化系統，包括硝化曝氣池和沉淀池。
（3）水力改造。將原有的一個(gè)污泥儲泥池改造為初沉池出水調節池，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，在二級處理的有機負荷過(guò)高時(shí)，工藝運行更具靈活性和穩定性；改造廠(chǎng)內其他泵房，增加新泵和相應的電氣儀表設備。
（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(chǎng)的運行工藝更具靈活性，抗沖擊負荷能力大大增強。
（5）改造和更換廠(chǎng)內的機械和電氣設備，使系統的運行更加安全穩定。
（6）擴建污泥厭氧消化系統。
（7）污泥最終處置。儲泥池內的污泥在夏天進(jìn)行干化處理，干化后運至填埋場(chǎng)。
各項改造工程在10年內陸續完成，改造后的污水處理廠(chǎng)運行更可靠，處理能力和出水水質(zhì)得到改善。通過(guò)改造，污水處理廠(chǎng)的處理能力提高到632 000 m3/d，并且出水水質(zhì)一直達標。
4佛羅里達州Orange郡東部污水處理廠(chǎng)
4.1污水處理廠(chǎng)介紹
佛羅里達州Orange郡東部污水處理廠(chǎng)采用改良（5級）Bardenpho工藝以達到深度處理標準，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。標準對季節平均值沒(méi)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(chǎng)設計處理能力為71 920 m3/d，系統由兩條獨立的處理流程組合而成，I、Ⅱ處理段由4個(gè)并聯(lián)運行的反應池和6座二沉池組成，設計處理能力為34 070 m3/d；1II處理段包括2個(gè)較大的并聯(lián)反應池和3個(gè)較大的二沉池，設計處理能力為37 850 m3/d，工藝流程見(jiàn)圖6.
4.2污水處理廠(chǎng)改造
2004年1月，該廠(chǎng)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，數據顯示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(lái)的幾周內，采用便攜式TSS測定儀測定MI SS和VSS，并用實(shí)驗室測定對其進(jìn)行驗證，對IX）進(jìn)行現場(chǎng)測定，使用實(shí)驗室方法測定NH.一N值等方法，對污水處理廠(chǎng)的運行情況進(jìn)行評估，確定問(wèn)題并采取相應的改造措施。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DO濃度偏低，說(shuō)明曝氣量無(wú)法滿(mǎn)足有機負荷降解的需要，故將2 840 m3/d的進(jìn)水由I、Ⅱ段調至Ⅲ段處理。
（2）通過(guò)調整表面曝氣機的浸沒(méi)深度，改善好氧區的曝氣效果，并在I、Ⅱ段流程中的4個(gè)好氧池中的2個(gè)附加安裝浮式曝氣器。
（3）通過(guò)清除原有空氣擴散器上的沉積物，改善二次曝氣區的曝氣效果，在無(wú)法清除的部位安裝使用微孔空氣擴散器系統。
（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(shí)間過(guò)長(cháng)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。
改造結果表明，I、Ⅱ段流程出水NH.一N降低，NCh-一N降低，TN也相應降低；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結語(yǔ)
本文介紹了國外4座污水處理廠(chǎng)的改造實(shí)例，從中可以看到，一些經(jīng)濟實(shí)力較強的國家的污水處理廠(chǎng)很注重因地制宜，根據實(shí)際情況，采用經(jīng)濟有效的措施進(jìn)行達標改造，充分利用現有設施，使污水處理廠(chǎng)的構筑物和設備發(fā)揮最大的效益。