根据污水处理的目标和程度，城市污水处理厂的发展主要经历了三个阶段。
（一）一级污水厂，主要去除悬浮物和较大颗粒。 处理工艺一般为沉砂池和初沉池。 此类污水厂主要建于20世纪初。 它可以去除污水中的 BOD5 和 SS。 比率分别约为30%和50%。 目前，一级污水处理厂仅在特殊情况下使用或作为分阶段建设上级污水处理厂的第一阶段。
（2）以生物处理为主体的二级污水厂，即一般在预处理的基础上增设曝气反应池和二沉池。 这类污水处理厂在20世纪50年代后迅速发展，可以去除水中的水。 可生物降解有机物、悬浮物和部分营养物质（氮、磷）等，特别是污水中COD和BOD5的去除率可分别达到80%和90%。 二级生物处理主要有活性污泥法（AO工艺、AAO工艺、氧化沟OD工艺和SBR工艺等）和生物膜法（生物滤池等），目前覆盖90%以上的城市污水主要工艺我国的治疗设施。
（3）以“混凝-沉淀-过滤”深度处理工艺为代表的三级污水厂。 此类污水处理厂的建设始于20世纪60年代末，并于20世纪90年代逐渐受到关注。 主要用于进一步去除污水。 三级污水厂出水剩余的悬浮物、氮磷等营养盐以及其他微量有机物，大大减轻了污染负荷，对于控制水体富营养化、改善水环境质量具有重要意义。
城镇污水处理厂工艺流程如图1所示。
近年来，由于城市水环境综合治理需求不断增加，污水处理厂作为城市水环境保护的终端屏障作用日益凸显。 相应地，污水厂的水质排放标准要求也在不断提高，城市污水处理厂的升级改造受到更多关注。 污水处理厂达标升级改造是指在现有处理规模基本不变的情况下，通过工艺改进或增设深度处理设施，使污水处理厂出水水质达到上一级污水排放标准。 本文结合实际工程，探讨了污水厂出水提标至A级标准的技术手段，并对深度处理工艺主要构筑物的选型及特点进行了对比分析，为污水厂出水提质设计提供参考。污水厂升级改造过程。
1.污水厂排放水质标准
目前，我国现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（-2002年）将基本控制项目常规污染物标准值分为三级标准，其中一级标准分为A级标准和B标准。 统计显示，截至2016年底，我国共建成污水处理厂3552座，约27%的出水水质符合A类标准。 根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（-2002年）和《地表水环境质量标准》（-2002年）的有关规定，若污水厂出水水质由一级提升—— B级标准改为一级A标准，除了必要的进一步降低水中SS、BOD5、COD等物质浓度外，重点是脱氮除磷； 另一方面，污水厂出水A类标准与地表V类水质仍有一定差距。 为满足水体富营养化的要求，污水厂需要采用深度处理工艺，减少TN和TP排放。 此外，随着国家“水十条”的发布，水污染防治力度加大，部分地区制定了更为严格的地方标准，将氮、磷等污染物排放限值纳入地表水。水质接近规定或达到地表水IV类水质。 但结合我国的实际发展情况，大部分地区仍应以A级标准作为污水处理的主要目标，因地制宜实施污水处理厂的升级改造。
2、污水处理厂A级标准提升改造工艺
2.1污水处理厂现状分析
我国污水处理厂甲级排放标准升级改造过程中面临的主要困难包括以下几点。
(1)已建立的生物反应池脱氮除磷效率不高，原因如下：
①进水C/N低，导致反硝化反硝化时碳源不足，除磷效果变差；
②有限的低温条件，特别是冬季水温低于12℃时，严重影响反硝化率；
③水力停留时间不足、微生物降解不充分，不利于脱氮除磷。
（2）二级生物处理本身很难保证出水SS、TP、TN同时达到一级A标准。
针对上述问题，在实际工程中，需要加强二级生物处理工艺或增加处理工艺深度进行提标改造，确保污水厂出水水质达到一级标准。
另外，由于不同地区污水厂运行状况不同，标准提标改造流程设计应重点分析污水厂实际进出水水质，并结合AA类标准出水水质质量要求，确定污水厂升级改造主要污染物去除的重点和优先顺序。 通常当污水厂水质标准提高时，已建立的生物反应器的反硝化除磷能力可能会不足，尤其是TN。 需要对生物反应器进行改造，加强生物脱氮，增加后脱氮、脱氮工艺以及碳源补充措施等； 对于TP，目前普遍采用生物除磷和化学辅助除磷相结合的方式。 化学除磷所用药剂主要有铁盐和铝盐。 两者相比，铁盐形成的矾花密度较大，沉降性能较差。 好，但铁盐添加过多易造成出水色度升高，影响紫外线投射率。 三氯化铁具有很强的腐蚀性，对设备的防腐要求很高。 因此，工程设计时应综合比较确定。
2.2 工艺选择
(一)污水生物脱氮除磷原理
传统的生物反硝化除磷工艺中，污水中氮的去除是通过有机物氧化、氨化、硝化和反硝化过程来实现的。 认为硝化和反硝化两个过程是相对独立的； 去除污水中的磷是利用蓄磷细菌。 磷在厌氧条件下释放，多余的磷在好氧条件下被吸收，最后通过富磷污泥去除。 在工程应用中，同一反应池内的生物反硝化和生物除磷过程容易受到各种因素（包括温度、pH、碳源、溶解氧、泥龄、混合液或污泥回流比等）的影响，相互制约，同时获得较高的生物脱氮和生物除磷效率实际上是困难的。 因此，污水处理厂提标改造时，需要对现有二级生物处理工艺的脱氮除磷效率进行分析，深入挖掘传统工艺的脱氮除磷能力，减少后续工艺流程的长度流动。 不同工艺生物脱氮除磷特点见表1。
(2)标准改进和改造流程的选择
污水厂二级处理出水中的TN主要是氨氮和硝态氮； TP主要是溶解性正磷酸盐，是进一步改善水质的主要去除目标。 根据水质标准的反硝化除磷要求，工艺设计方案可分为仅反硝化、仅除磷、同时反硝化除磷三种。 工程中，若要进行生物反硝化或生物除磷，一般要求进水BOD5/TKN>4或BOD5/TP>17，以保证充足的碳源； 对于同时反硝化除磷，所需的C/N，C/P较高的原因是污水生物脱氮与生物除磷之间存在碳源竞争。 碳源不足可能成为限制生物脱氮除磷效率提高的关键因素。 随着厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、反硝化除磷等生物脱氮除磷新工艺的研究和应用，可大幅降低污水处理过程中的碳源和能耗。
但上述技术在国内实际项目中应用还很少。 因此，现阶段我国污水处理厂提标改造工艺设计的总原则仍然是优先生物脱氮，强化生物除磷，辅助化学除磷。 同时应考虑碳源补充措施。
2.3 工艺设计
2.3.1 现有处理装置改造
（1）初沉池改造
污水厂初沉池主要用于降低悬浮物含量（TSS去除率为50%~70%，图2），保证后续生物处理系统的正常运行。 但另一方面，初沉池对碳源也有负面影响。 还有一定比例的去除（BOD去除率为25%～40%，图2），使得污水厂生物反应池进水中碳源不足的问题更加突出，影响生物脱氮除磷效率。 目前，污水处理厂已建成初沉池。 如果需要根据具体工程条件进行改造，一是将初沉池改为厌氧区或（预）缺氧区，以增加生物反应池的水力停留时间； 二是利用初沉池污泥发酵生产挥发性脂肪酸（VFA），充分利用内部碳源，提高系统的脱氮除磷效果。 杨敏等研究表明，进水BOD5/TN较低（BOD5/TN1.2）时应设置初沉发酵池，可有效提高生物系统的污泥活性，减少污泥量。外部碳源。
(2)生物反应池改造
污水处理厂提标改造工艺设计时，应结合现状水质分析，根据设计进、出水水质，审查已建生物反应池的容量。 通过技术改造，充分发挥二级生物处理功能，提高生物脱氮除磷效率。 。 目前，现有生物反应池改造常用的方法有：①调整功能分区。 如果现有生物反应池容积基本满足要求，可通过增设土建隔墙或结合初沉池改造，对原池各段进行分区。 调整分区，或改为倒置AAO工艺、五阶段工艺、UCT工艺等； ②MBBR工艺改造，即一般在保证厌氧、缺氧区容积的情况下，添加悬浮填料，通过好氧区富集微生物，实现活性污泥法和生物膜法的联合使用，保证二级生物处理影响。 该方法更适合用地有限、不增加反应罐容积的老厂房改造； ③扩容减容改造，通过对现有生物反应池的减容，减少处理规模，降低负荷，延长水力停留时间，新建生物反应池，满足污水的水量要求治疗。
2.3.2 增加先进加工技术
目前，污水处理厂二级生物处理后增设深度处理工艺，是确保出水水质稳定达到A级标准的重要一步。 根据工程设计进出水水质分析和主要污染物控制目标，深度处理工艺的设计一般可分为四类，如图3所示。工程设计时，如果二级处理出水水质指标为接近或能达到A级标准，达标率高，污水厂进水水质也趋于稳定，可采用直接过滤（混凝絮凝过滤）或接触过滤（混凝过滤）过程; 若二级处理出水NH3-N、TN较低，且TP、SS指标较高，可采用混凝-絮凝-沉淀-过滤工艺。 出水消毒后，确保达到一级A标准； 其次，如果二级处理出水水质与一级A标准相差较大，且NH3-N、TN也较高，可采用曝气生物滤池加强反硝化，混凝-絮凝-沉淀随后添加。 -过滤-消毒工艺，确保出水水质稳定达标； 最后，如果二级处理出水仍需反硝除磷，污水厂用地十分紧张，出水标准较高（或高于一级A标准），则可以采用MBR工艺使用后，废水经消毒后达标排放。
污水处理厂标准改进方法还包括气浮、臭氧氧化、活性炭吸附等。由于污水处理厂的实际情况不同，出水标准要求也不同，因此最终的设计方案需要通过综合比较确定和选择（表2）。 但在工艺设计时，应优先考虑加强二级生物处理的脱氮除磷效率，减少后续工艺流程的长度。 否则，可能会增加工程投资和运行成本，不符合污水厂节能减排的要求。
2.3.3污泥处理工艺改造
由于提标改造期间污水处理厂设计规模和进水水质基本不变，新增污泥主要为化学除磷过程中产生的化学污泥。 其产量小于剩余污泥。 可利用污水厂现有污泥。 加工设施。 但近年来，国内环保要求更加严格，污泥处置方式也发生了变化。 因此，在提高污水厂水质标准的同时，还应注重对老厂现有污泥处理设施及配套除臭装置进行改造，以满足城市的需求。 环境卫生和最终污泥处置要求。 郝等人的研究表明，剩余污泥的填埋和污泥的农业利用日益受到限制。 污泥脱水干化后直接焚烧的处置方法具有明显的优势，对工程实践具有重要的参考意义。
2.4 主要结构设计
(1)高效沉淀池
高效沉淀池是一种集混凝、絮凝、沉淀于一体的新型沉淀池。 由于该池具有占地面积小、水力负荷高、污染物去除效果好等特点，被广泛应用于污水处理厂提升深度标准。 处理中。 高效沉淀池一般包括快速混合区、絮凝区和沉淀区三部分。 通过添加化学品，可以有效去除COD、SS和TP，去除率分别可达60%、80%和90%。 根据《城市污水再生利用工程设计规范》（-2016），高效沉淀池的主要设计参数为：搅拌时间宜为0.5~1.0min，絮凝时间宜为8~15min，沉淀池表面负荷宜为10～20m3/(m2·h)，污泥回流比宜为3%～6%。 近年来出现了采用磁粉或微砂等介质强化的高效沉淀池。 通过添加磁粉或微砂，可以提高絮体的密度，缩短沉降时间，减少化学药剂的用量。 但工程应用仍需重点关注流失磁粉或细砂对后续污泥处理处置的影响。
(2)过滤工艺
过滤单元作为污水厂深度处理工艺的核心，是保证出水水质达标的关键。 目前，工程过滤工艺的可用选择包括纤维滤布过滤器、V型过滤器、微过滤器、反硝化深床过滤器和曝气生物过滤器（表3）。 其中，前三种一般只具有过滤功能，主要去除SS； 而反硝化深床过滤器和曝气生物过滤器则兼有过滤和生物反硝化功能。 特别是曝气生物过滤器有不同的设计。 池式对BOD5、SS、NH3-N、TN等可产生较好的去除效果。工艺设计时，应在化学除磷前放置曝气生物滤池，以保证进水磷酸盐等营养物质充足。 另外，硝化过滤器要特别注意控制进水中的氨氮浓度，以保证冬季硝化细菌的正常生长。
三、结论
（1）未来城市污水厂将更加注重污水的深度处理和再生。 污水厂升级改造需要考虑到不同地区目前的差异，充分研究因地制宜，确定合理的出水标准和技术方案，充分发挥污水厂的能力。 最大的项目效率。
（2）城镇污水处理厂提标改造至一级排放标准时，应首先分析当前进出水水质，结合水质标准提升要求，确定污染物去除目标，使污染物达到可作为后续工艺设计的重点考虑因素； 深度处理工艺设计需要综合比较和选择解决方案。 对于TP超标，化学除磷是必要的措施； 对于TN超标的，应优先对现有生物反应池进行改造，减少后续工艺流程的长度。 如有必要，可增加后反硝化和反硝化工艺，并可添加外部碳源。 补充措施。 此外，在提标升级过程中，还应重视老厂污泥、臭气的处理，以新带旧，实现水、泥的同步处理。污水厂的气体等均达到标准。
（3）新形势下城镇污水厂面临技术升级挑战，以厌氧氨氧化、反硝化除磷为代表的新型生物处理工艺的工程化应用已成为迫切需求。 为此，通过技术升级提高生物处理效率，实现更高标准的出水水质，降低化学和能源消耗成本，探索能源可持续性，对污水厂未来发展具有重要意义。 (>
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