城镇污水处理系统一级A稳定达标及节能降耗

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2013年“华夏建设科学技术奖”获奖项目（一等奖）

城镇污水处理系统一级A稳定达标及节能降耗关键技术

主要完成单位

主要完成人

国家城市给水排水工程技术研究中心中国市政工程华北设计研究总院青岛思普润水处理有限公司江南大学无锡市排水公司常州市排水管理处

郑兴灿、孙永利、李鹏峰、张秀华、李 激、尚 巍、宋美芹、杨 敏、陈 轶、隋克俭、羊鹏程、游 佳、韦启信、于振滨、戴界红

一、立项背景

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）及2006年修改要求，重点流域城镇污水处理厂需执行GB18918-2002一级标准A标准，这意味着重点流域城镇污水处理厂不但要具备较高的SS、BOD5、COD去除能力，还必须具备较高的氮磷营养物、特殊微量污染物和病原微生物去除能力，大量已建城镇污水处理厂面临着工程改造和运行管理模式的变更，对工艺技术和管理模式提出了新的研究课题。调查研究发现，我国城镇污水处理厂普遍存在进水SS/BOD5比值高、碳氮比和碳磷比低等问题，严重影响出水TN、TP、SS等指标的稳定达标；冬季低温硝化性能差、生物系统污泥活性低、能耗物耗高、污泥产率高等也严重影响了污水处理工程的稳定运行。基于上述问题了城镇污水处理工艺改进、工艺优化和运行管理控制等方面开展关键技术的研究开发，提高整个城镇污水处理系统的有机物与氮磷去除效能、降低能耗药耗、减少污泥产生量、节省工程投资和运行成本，成为城镇污水处理行业迫在眉睫、亟待解决的关键技术难题。

对城市污水处理厂进水水质水量、污染物去除和单位能耗的影响；研究了城市污水处理工艺流程及功能模块的运行效能、调整灵活性、能耗物耗和工程占地需求；编写了《城市污水处理技术决策与典型案例》专著。

项目结合重点流域城镇污水处理系统提标建设的重大需求，对一级A稳定达标难题及影响要素进行了工程分析和试验研究，开展了城市污水高效除磷脱氮、进水水质改善预处理、工艺运行控制、节能降耗及工艺优化组合等方面的技术研究，创新开发了高效初沉（发酵）池、强化硝化悬浮填料、改良A2/O高效除磷脱氮、机械过滤（滤布滤池）等单元工艺系统；研究提出了城镇污水一级A稳定达标的工艺流程选择模式及单元工艺组合方式，建立了“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，减排兼节能、达标顾经济”的提标技术路线及对策措施，编写了城镇污水处理系统一级A稳定达标及节能降耗技术指南。

三、详细科学技术内容

本项目针对我国城镇污水处理厂特别是太湖流域污水处理厂

二、项目简介

项目针对我国城市污水处理系统中普遍存在的进水水量水质波动大、悬浮固体无机组分含量高并导致剩余活性污泥产率高、污泥活性降低和能耗物耗上升、冬季低水温影响硝化及反硝化性能等方面问题，选择不同地域的污水系统，分析了不同排水体制

提标改造中急切的技术需求，通过对我国不同地域及排水体制城镇污水处理系统进水水质水量、污染物去除及单位能耗的现场调研测试，总结判断出我国城镇污水处理系统中普遍存在的问题为进水无机悬浮固体(SS/COD或SS/BOD5)比值偏高、碳氮比(BOD5/TN)偏低、冬季低温硝化效果明显下降，导致活性污泥产率偏高50%以上，污泥活性和反硝化速率降低40%以上，出水TP、TN、SS等指

一等

奖

艺运行参数与工程技术措施。

标不能稳定达标，同时大部分污水处理厂工程用地受限、能耗物耗水平偏高，提标后可承受的能耗上升空间有限。

针对城镇污水处理厂一级A提标改造中的技术难题，项目以稳定达标、高效、节能、省地为主要目标，主要针对进水水量水质波动大、悬浮固体无机组分含量高并导致剩余活性污泥产率高、污泥活性降低和能耗物耗上升、冬季低水温影响硝化性能等方面问题，着重开展短流程环沟型改良A2/O高效除磷脱氮系统、初沉（发酵）池系统、强化硝化悬浮填料系统和滤布滤池（机械过滤）系统的技术研究和创新改进。同时在此基础上开展高效除磷脱氮、进水水质改善预处理、工艺运行控制、节能降耗及工艺优化组合等方面的技术集成，提出城镇污水处理系统一级A稳定达标的集成工艺流程及节能降耗技术途径（方法），在实际工程中示范应用，为我国城镇污水处理工程的提标改造或新建提供强有力的技术支持和工程经验。

项目的主要实施内容包括以下几个方面：

图 2 环沟形改良A2/O工艺系统实景图

（3）强化硝化悬浮填料工艺系统的研究开发与工程应用

针对我国城镇污水处理厂升级改造过程中面临的生物系统池容严重不足、冬季低温条件下硝化效果明显下降等问题，研究开发一种可有效增强活性污泥法生物硝化及运行稳定性的悬浮填料工艺系统，提高氨氮容积负荷和原有池容利用率，提出适合于城镇污水处理厂提标改造的悬浮填料工艺系统设计运行方案。

（1）高效初沉（发酵）池系统研究开发与工程应用研究

针对我国城镇污水普遍存在SS/BOD5比值偏高、BOD5/TN比值偏低等实际情况及高效除磷脱氮的功能需求，在前期工程调查和试验研究的基础上，在重点流域选择有代表性的城镇污水处理工程项目，深入分析其城镇污水的水质构成特性及影响因素，开展新型高效初沉发酵池系统的中试研究和生产性试验。开发集生物絮凝沉淀和水解发酵作用于一体的高效初沉（发酵）池预处理系统，在水力停留时间小于1.0h的条件下，实现城镇污水有机碳源的转化和无机悬浮固体的有效分离，提高进水优质碳源比例，提高后续工艺活性污泥活性、除磷脱氮效果和运行稳定性。

图 3 悬浮填料工艺系统实景图

（4）滤布滤池机械过滤深度处理工艺系统的 应用研究与工程推广

针对城镇污水处理厂出水SS、TP水质指标不能稳定达标的实际需求，以及提标改造工程用地紧张、建设周期短的突出矛盾，通过在深度处理段设置纤维滤布滤池高效机械过滤系统，提高了出水SS、TP达标稳定性，占地面积仅为传统砂滤系统的10%~15%，能耗较传统砂滤系统节省90%以上，达到了节能省地的目标。

图1 城镇污水初沉（发酵）池预处理系统实景图

（2）短流程环沟型改良A2/O高效除磷脱氮工艺系统 开发与工程应用

针对我国城市污水系统普遍存在水量波动明显、水质浓度变化范围大、SS/BOD5比值偏高、BOD5/TN比值偏低等特点，研究开发以环沟型改良A2/O高效除磷脱氮工艺系统为核心的改进型污水除磷脱氮工艺流程，重点解决出水氮、磷、COD等水质指标的一级A稳定达标问题，通过工艺系统的曝气系统、搅拌系统和污泥回流系统的综合节能措施研究，结合中试及生产性试验总结分析，提出改进的污水生物除磷脱氮工艺流程及工艺设计要点、工

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