第 1 章 绪论
1.1 引言
水是人类的生命之源，随着我国城市和工业的高速发展，我国的水环境普遍受到污染，这也成为我国未来经济可持续发展的重要制约因素之一[1]。污水会将大量的无机和有机污染物淹没到水体中，造成感官污染（漂浮的碎屑、浊度、臭味和颜色等）、油污染（隔离水体再充氧）、酸（或碱）污染、重金属污染（水生生物直接或间接死亡）和植物污染（藻类在水中异常生长）等，大量的污水排放到水体中，不仅降低了地表水的质量，而且丧失了饮用、娱乐、灌溉和水产养殖的功能。还会增加地下水中的有害物质并影响地下水的使用，导致水体的用水价值降低甚至完全丧失[2]。而污水处理系统是处理和利用污水的处理设备和处理建筑的综合系统，其任务是避免水环境的污染，促进水资源的良性利用。
随着我国工业化和城市化速度不断加快，污水排放量也跟随着逐年递增，污水的排放会导致我国水体的污染，我国当前约 60％的地下水体质量较差[4]。对于我国社会和经济发展制约的重要原因之一就是水资源的缺乏和水体污染。国家发布了一系列治理文件，鼓励所有地区全面保护水资源问题，习近平总书记在第十九次全国代表大会报告中指出要加快生态文明体系改革，特别是加快水污染防治，实行流域环境和沿海水域综合治理。
2017 年我国环保部报告了《水污染预防行动计划》重点任务的当前进展，根据各省（自治区，直辖市）提交的《水污染防治行动计划》中重点任务的进展情况，各省市在水污染防治工作从整体上分析取得了较好的效果，但依旧存在着一些治理不彻底、水污染防治工作不充分的问题，部分省市和部分领域对水污染防治的进度相对落后，2017 年完成水污染防治的保质保量任务比较艰巨，当前我国城市污水处理面临着污水处理覆盖率不足和污水处理设施处理效率低下的挑战。在美丽生态中国的任务下，我国的污水处理将进入大规模建设，大规模运营和大规模发展的进程，由于近些年来环保标准及污水处理标准的不断提升，一些旧的污水处理厂由于工艺及设备原因难以达标，单一的污水处理模式将逐渐被抛弃，传统污水处理厂的提标升级改造将成为必然。
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1.2城市污水处理升级改造相关研究概述
中国的污水处理厂在 20 世纪 80 年代开始大规模建设，多采用传统活性污泥法，后来随着工艺和新技术设备的引进和研发，并根据实际工程操作的总结和改进，在传统活性污泥的基础上逐渐形成了多种基于生物方法的工艺类型，例如接触氧化法，AB 法和氧化沟等，由于其运行成本低、操作管理方便和效果显著而被广泛应用于全国各省市[5]。但当时的出水标准是根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级出水或一级 B 出水排放指标进行设计，主要目的是去除有机物，而对氮、磷的排放标准较为宽松，污水处理厂在完成污水处理后会排放到自然水体中，氮磷的积聚将引起水体富营养化，严重影响水生植物生物的生存和水产养殖，同时，当年大批量建设的污水处理厂设备也面临着老化问题[6]。
“十三五”规划提出，到 2020 年底，地级以上城市建成区应能够基本收集和处理所有污水。因此，面对国家发展规划战略和环境污染控制要求，重新建设大量新的污水处理厂需要花费太多的资金、土地和人力，具有较大的局限性，因此，迫切需要对现有的污水处理厂进行升级改造，这关系到民生并具有重要的环境效益。尽管我国的城市污水处理和污染预防工作已不断受到关注，相关政府部门和企业也投入了大量的资金。但是，我国城市污水处理厂的提标改造上仍然存在许多问题和挑战。首先，与发达国家相比，许多污水处理技术还不够成熟，进程相对落后，并且有一些直接引入的国外技术不适应我国污水的特性，因此，在现有技术水平和工艺水平优化方面仍有改进的空间。其次，资金投入依然不足，工艺设备陈旧，运行效率低下，污水处理厂的运行管理模式不成熟，技术设备的引进也受到限制，污水处理能力总体表现低下，效率差。同时，我国水资源的循环利用效率低下，其中很多经过分两个阶段处理后排入自然环境，不仅影响下游水体，而且造成水资源的浪费。此外，有些设计不能与城市的实际发展很好地融合在一起，导致设计规模大，实际运行负荷低于设计水平，对污泥和异味的管理不足，使污泥的处理处置不当，气味污染了空气环境。并且在早期阶段建立的项目通常只对去除有机物和 SS 有良好的效果，但是氮和磷的去除率相对较低，国家标准升级为一级标准时，相关指标不能满足要求[7-8]。因此对于旧污水出厂的升级改造需采用合理的方案以节省改造成本并达到污水处理标准。
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第 2 章 鲁岗污水厂提标改造的背景及方案设计
2.1 保定市鲁岗污水厂提标改造背景及原则
2.1.1 保定市鲁岗污水厂提标改造背景
2.1.1.1 保定市排水系统及污水处理现状
保定市污水管网系统基本以鲁岗及银定庄两座城市污水处理厂为核心形成了两大排水系，排水体制基本为分流制。目前排水分区分别为鲁岗污水处理厂排水分区、银定庄污水处理厂排水分区。
城市污水管网以京广铁路为界分为铁东和铁西两大排水区域。其中铁西部分包括乐凯大街、高新区和阳光大街污水系统，污水纳入鲁岗污水处理厂；铁东部分主要为东风路污水系统，污水纳入银定庄污水处理厂。管道总服务面积 94 平方公里，其中鲁岗污水处理厂服务面积 28 平方公里，银定庄污水处理厂服务面积 66平方公里。两污水处理厂管网改造基本完成。目前两大排水系统已经敷设了联络管道，两个排水系统之间的水量可以相互调配。
保定市目前有银定庄及鲁岗两座城市污水处理厂：银定庄污水处理厂一期规模 8 万 m3/d，近期实测平均处理水量为 6.8 万 m3/d，二期工程规模 16 万 m3/d，近期实测平均处理水量为 16.2 万 m3/d；鲁岗污水处理厂一期规模 8 万 m3/d，近期实测平均处理水量为 3.6 万 m3/d。另外有乐凯厂约 1.5 万 m3/d，604 厂约 2 万 m3/d 和化纤厂约 1.5 万 m3/d，由各自污水处理系统处理后排放水体。
2.2 鲁岗污水厂进水出水水质确定及工艺设计
2.2.1 设计进水水质确定
通过水质分析论证，将 2014 年 12 月～2017 年 6 月的进水水质作为设计进水水质的基础数据，再进行适当调整作为本次深度处理工程的设计进水水质，得出结论为：进水 COD 指标是污水厂的重点控制指标，也是国家重点监控指标，必须慎重选择，并且此指标与其他指标具有很强的相关性。2014 年 12 月～2017 年 6月进水 COD、BOD5、NH3-N、TN 在 90%保证率时的指标分别为 896mg/L、266mg/L、51mg/L、64mg/L，其中 BOD5、NH3-N、TN 指标是较为现实的，而 COD 的指标已经远高于《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）的水质控制项目限值，《污水排入城镇下水道水质标准》规定 COD 的控制限值 500mg/L。加强工业水治理、避免大量工业水不治理直接将污染转移到市政污水处理厂的不正常运行模式，避免由此加重政府和老百姓的经济负担。因此必须制定谁污染谁治理的政策和措施，使工业污水的达标排放率逐步提高，实现污水处理系统的良性循环，同时这也是目前国家政策大势所趋。综合上述所考虑因素，同时根据《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）污水排入城镇下水道水质控制项目限值，最终确定设计进水水质指标见表 2-1：
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第 3 章 鲁岗污水厂改造方案的综合评价体系建立及指标权重确定 .................... 31
3.1 综合评价指标体系的建立 ............................ 31
3.1.1 指标评价的基本原则 ........................................ 31
3.1.2 鲁岗污水厂提标改造方案评价指标分析 ................................................ 33
第 4 章 鲁岗污水厂提标改造方案评价结果与分析 ........................ 45
4.1 基于 AHP 法的污水厂提标改造方案评分 .................................. 45
4.2 各方案总评分结果 ................................. 48
第 5 章 结论与建议 ...................................... 53
5.1 结论 ......................................... 53
5.2 建议 ................................... 53
第 4 章 鲁岗污水厂提标改造方案评价结果与分析
4.1 基于 AHP 法的污水厂提标改造方案评分
针对鲁岗污水厂的三套备选方案，邀请 7 位专家进行评分。专家们逐项对已建立的评分标准进行评分，指标 c1 的建设成本不需要专家评分。最后，获得了这七个专家的指标分数的加权平均值。对于定性指标，专家根据等级量表进行评分。 汇总结果显示在下面的表 4-1 中：
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第 5 章 结论与建议
5.1 结论
本文以鲁岗污水处理厂提标改造工艺设计方案优化为研究对象，通过合理地界定污水厂提标改造工艺设计方案影响因素，在系统分析、甄选的基础上、合理地构建了城市污水处理厂提标改造工艺设计方案综合评价体系，并以鲁岗污水处理厂提标改造工艺设计备选方案为实例进行探究，得到如下结论：
（1）鲁岗污水处理厂有提标改造的必要性和迫切性，本文设计了三个有效可行的提标改造方案，三种方案的核心区别在于二级处理系统和深度处理系统。方案一的二级处理系统采用多级 A/O（A2/O+A/O）工艺，深度处理系统采用混凝沉淀+过滤工艺；方案二的二级处理系统采用厌氧/缺氧/好氧活性污泥（A2/O）法，深度处理系统采用曝气生物滤池+反硝化生物滤池工艺；方案三二级处理系统采用A2/O 工艺，深度处理系统采用 MBR 工艺。
（2）为确定最优方案，本文通过污水厂提标改造工艺设计方案的特点与评价体系具体研究方法，构建了城镇污水处理厂提标改造工艺设计方案综合评价体系。该体系是一个二层次的递进式结构，其中一级指标 4 个，二级指标 16 个，并通过熵权法与专家咨询法相结合，综合给出评价体系指标的权重。
（3）通过综合评价指标体系对鲁岗污水厂提标改造的三种方案进行评分，得到方案一总得分为 8.1358，方案二总得分为 7.8856，方案三总得分为 7.6315，得出方案一为最优方案。并对最优方案进行投资估算和成本分析，工程总投资为18506.04万元，鲁岗污水处理厂提标改造工程运行总成本预计每年为9209.31万元，其中经营成本为 7682.91 万元每年，单位经营成本为 2.631 元/m3。
（4）鲁岗污水厂通过方案一完成提标改造工程，对于保护白洋淀水体生态环境具有重要意义，另外污水治理从本质上讲控制了城市污水对地下水源的污染，对城市供水水源及下游水源地起到了一定的保护作用。为今后相同类型污水厂提标改造方案优化提供理论参考。
参考文献（略）