氨氮是控制水体含氮有机物污染和保护水生态系统的一个关键水质指标。“十二五”的废水减排新增了氨氮，并于2011年底成为污染源在线自动监控项目，我省将原有执行一级 B 标准的污水处理厂提标为一级 A 标准，“十三五”将根据质量改善需求继续实施氨氮排放总量控制，并对总氮、总磷实施重点区域与重点行业相结合的总量控制。生活污染是氨氮的主要排放源，城镇污水处理是削减氨氮的主要手段，已成为氨氮减排的最主要领域，城市污水脱氮处理有待加强，脱氮形势十分严峻。因此，现有城市污水处理厂需要大幅提高脱氮除磷能力，进行升级改造。我市各级政府对污水综合治理十分重视，为提升市政污水处理规模和水平使得地区环境保护和改善以及资源综合利用在全省达到先进水平，要求辖区内城镇污水处理厂排放全面提标并严格执行一级 A 排放标准。为此选择我市某一县区污水处理厂提标改造采用膜生物反应器(MBR)新技术作为全地区提标升级改造的示范。
1 深度改造的不良因素分析
1.1 现有污水处理工艺对去除氨氮有难度
该污水工艺流程为典型的市政污水处理流程，生化反应采用经典的 A2/O 工艺，污水处理厂水量较小、水质变化较大，污水碳氮比普遍偏低，进水无机悬浮固体普遍偏高，尤其在冬季进水水质恶化的情形下，再加上低水温和工业废水的影响，要想持续稳定达标特别是脱氮比较困难。
1.2 治理设施和运行过程存在问题
就运行过程来说，污水处理厂污水管网不太配套、缺乏深度治理设施，运行负荷率低、运行水平较低，导致无法达到合适的运行状态稳定达标排放，污水处理费征收不足，监管不力等因素也影响实际处理效果。
根据现场调研了解情况分析，该污水厂运行过程中存在的主要问题有：旋流沉砂池分离效率低使细小颗粒的粉煤灰大量夹带进入生化处理系统影响活性污泥的活性，最终成为出水氨氮不达标的重要因素之一;活性污泥沉降性极差影响污泥沉降性能及污泥活性;各级功能性池的水流设计分布不合理造成各生化反应池水流短路，影响生化效果;污泥收集池设计不尽合理无泥水分离作用造成 TP、TN 和BOD 负荷失调;由于进水量偏少和回流比过大造成系统运行参数紊乱导致 SRT 和 HRT 过长并直接影响水温及溶解氧的控制;进水每3～4 天会出现一次 TN 特别高现象导致生化系统中 BOD/TN 浓度比值小于理论脱氮值，使生物脱氮无法完全进行。
1.3 其他因素
由于污水处理厂管网设施的缺陷，例如现有的污水管网一般会受到雨水以及地下水的影响，可能会导致碳氮比较低，排放总量增大。
2 深度改造方法分析
2.1 各工艺比较
目前多数城镇污水处理厂采用的脱氮除磷传统工艺主要有 5 大类：A/O 工艺、A2/O 工艺、改 进A2/O 工艺、氧化沟工艺、MBR 及其改进工艺。针对氨氮处理采取的主要措施为：污水氨氮超标说明硝化不完全，延长好氧池的曝气时间;增加污泥龄，富集硝化菌;加大污泥回流量或延长停留时间来解决;pH 值偏低，硝化消耗碱度，调节进水pH 值，可投加NaOH 或 Ca(OH)2;适当增加曝气量;保证污水水温大于15 ℃。比较目前主要脱氮除磷工艺的特点和运行后，我们不难发现每种脱氮技术和工艺都有其特点和不足，还没有任何一种在经济和效果上都特别好的技术。
MBR 是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型污水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，系统具有低污泥、高容积负荷的技术特征并可减少剩余活性污泥产生量。近年来，我国 MBR技术在生活污水处理以及其它行业废水处理等方面都进行了研究，结 果表明：MBR 对废水的 COD、NH3-N、SS、浊度等都达到良好的去处效果。新建扩建项目虽可采用 MBR 工艺，但这种技术对我国而言还在摸索。在大型污水处理厂全部使用这种工艺有风险、运行不安全、能耗高。
MBR 技术可以达到更高的排放标准，其实基于成本、技术等多方面的原因，还是具有一定困难的。我认为膜分离技术只是现行污水处理的环节之一，生物脱氮除磷技术是不可缺少的。
2.2 两级 A2/O+MBR 提标改造工艺优化运营
2.2.1 工艺流程(如图1所示)
2.2.2 工艺说明
1)本次对细格栅作了更精细的改造，将原先的齿耙回转格栅改造为转鼓精细格栅，1cm 的齿耙间距改为2 mm 的网孔，这样的格栅能够截留任何大小为2 mm 的杂物，以保证没有大的尖锐的物体进入 MBR 膜池，从 而对 MBR 膜起到一定的保护作用。
2)在曝气池的出水口安装网筛，以进一步的避免丝状物进入 MBR 膜池，避免吸附到 MBR 膜表面，从而减慢对 MBR 膜的污染。具体联系污水宝或参见http:更多相关技术文档。
3)在 MBR 膜池安装除磷加药设备，在磷不达标的短暂期间可以通过加入除磷药剂，将磷聚集到一起，然后通过脱泥将聚磷随之排出，以保证磷达标。因为磷的去除是靠剩余污泥的排放实现的。
4)采用 MBR 技术可以实现SRT 和 HRT 的完全分离，SRT 这一指标体现的是对菌种的选择，SRT 的长短对活性污泥的菌种起决定性的作用。比如硝化细菌的最佳SRT 为5d～8d，而反硝化细菌的最佳SRT 为15d，如果SRT 达不到5d以上，则硝化细菌就不可能大量繁殖，成为优势菌种，从而严重影响硝化作用，导致出水 NH3-N 不达标，TN的去除就更谈不上。但是SRT 也不能太长，如超过15d，则反硝化细菌的生长就会受到抑制，而对于硝化细菌来说此时的泥龄属于严重老化，也不利于其生长，因此我们常常把 SRT 控制在12d 左右。而MBR 膜工艺能够很轻松的实现这一控制，因 此，MBR 膜工艺脱氮比其他传统工艺更有优势。
5)MBR 膜孔径为0.1μm～0.4μm，这就使得污水厂出水 SS 及浊度浓度非常低甚至有时几乎为零。
6)严格控制生化系统的一级回流、二级回流、三级回流及曝气参数，一级回流是将 MBR 膜池的泥水混合液打到好氧池的进口，一级回流的大小严格控制着 MBR 膜池污泥的浓度，一级回流大了膜池污泥浓度就会降低，一级回流小了污泥浓度就会增加，以调整膜池的生物量;二级回流是将曝气池出口的污泥混合液打到缺氧池的进口，此过程是生物池的一个内部循环，其重要作用就是进行反硝化;三级回流是将缺氧池的泥水混合液打到厌氧池，其主要作用是调节厌氧池的污泥浓度，保证厌氧池有一定量的生物量来进行厌氧池的释磷，从而使其能够在好氧池更好地吸磷，然后通过排泥以除去磷;生物池曝气的主要作用是给好氧生物供养。膜池曝气的主要作用有二：一是冲刷 MBR 膜表面，延缓 MBR膜表面污染程度，二是有效的进行泥水分离。提高活性污泥浓度和活性，使其有足够的生化反应时间促进完全硝化和部分反硝化以及 BOD 降解。
2.2.3 工艺特点
1)尽管 MBR 工艺是利用膜的高效固液分离功能实现污水最终净化目的，但是有机污染物的去除仍然以生物处理 A2/O 为主导，仍然要依靠合理设计的生物处理段来实现。
2)工艺改造后采用两级 A2/O+ MBR 膜分离工艺组合技术，具有同步除碳脱氮除磷功能，进一步拓展了 MBR 的应用范畴。
3)本次深度改造工艺采用两级 A2/O+ MBR工艺强化了除磷脱氮更适合该污水厂进水质波动较大、高氨氮和高 TN、排放要求高的污水特点，工艺中脱氮处理效果最为突出，恰 好弥补原有工艺的不足。
4)深度改造 A2/O+MBR 工艺形成的生物、油等膜污染，尤其是冬季水温小于10 ℃时膜自然收缩导致通量降低，污水处理能力减少，有待今后进一步改进和完善。
3 工艺改造后的处理效果比较
本次选取了深度改造后的污水厂 A 从投入正常运行连续2 年的进、出口污水氨氮浓度在线自动监控数据与同期运行效果较好的传统工艺污水厂B进行比较(如图2、图3 所示)，结果显示：采用传统工艺污水厂 B 出水氨氮浓度值波动较大，而 采用A2/O+MBR 工艺对污水氨氮的处理效果明显要比传统工艺的效果好且稳定。气候变换冷热交替阶段尤其是冬季气温较低、水质较复杂时采用传统工艺污水厂B会出现出水口氨氮浓度日均值有时阶段性的超标、小时值偶尔超标严重现象，而采用 A2/O+MBR 工艺对污水氨氮的处理效果明显占优势，一般能稳定达标排放。新环保法及按日连续处罚办法等法律法规实施后增强了排污企业环保管理力度，提高了污水处理效果，污水厂出口氨氮浓度整体相对有所下降。
4 结论
1)采用 A2/O+ MBR 工艺对城镇污水处理厂进行深度改造，氨氮的处理效果相对较好，尤其在污水浓度冲击力较大、冬季温度较低时间段处理效果更加明显。
2)随着环境治理工作在我国逐渐备受重视、城市发展和污水排放标准的提高，对城镇污水处理厂进行深度改造，达到国家一级 A 排放标准，是非常必要的。
3)根据原水水量、进出水水质及回用和排放要求，经过对原有污水处理工艺进行综合论证和比选、优化，选择满足治理要求、投资省、占地面积较小、运行管理方便的 A2/O+MBR 工艺作为污水处理的主要科学技术。
4)通过深度改造，处理出水水质完全能达到国家标准一级 A 水质标准，每年可大大减少主要污染物排放，如果直接回用，每年可产生良好的经济效益。充分体现了实现社会效益、经济效益、资源效益和环境效益四良性循环。(来源：山西省长治市环境信息监控中)
