李 激1,2,3* 王 燕1,4,5 羅國(guó)兵6 李冰冰1
（1.江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院；2.江蘇省厭氧生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.江蘇高校水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心；4.江蘇杰爾科技股份有限公司；5.無(wú)錫普匯環(huán)保科技有限公司；6.江蘇省無(wú)錫市城市供排水監(jiān)測(cè)站）
研究背景
2007年太湖藍(lán)藻暴發(fā)事件揭開(kāi)了全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱“一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)”)提標(biāo)改造的序幕。根據(jù)國(guó)家和江蘇省對(duì)太湖流域水污染防治工作的總體部署，明確太湖流域新建城鎮(zhèn)污水處理廠全面執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，且2007年6月底前已建、在建的169座城鎮(zhèn)污水處理廠限期內(nèi)全部提標(biāo)至一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，此項(xiàng)工作涉及污水總處理規(guī)模398萬(wàn)t/d。截至2012年底，所有169座城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造項(xiàng)目全部完成。據(jù)《全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2019年底，全國(guó)共有2913座城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，占全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠總數(shù)的53.2%，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)已成為目前國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行最廣泛的排放標(biāo)準(zhǔn)。但迄今為止，對(duì)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的提標(biāo)改造成效和運(yùn)行情況的系統(tǒng)總結(jié)鮮有報(bào)道。
2012年北京市率先發(fā)布了北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 11/890—2012《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求北京市城鎮(zhèn)污水處理廠在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上再次提標(biāo)。隨后，河南、天津、安徽、昆明、江蘇和浙江等省市均發(fā)布了新的地方標(biāo)準(zhǔn)，要求提標(biāo)至類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類或類Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)(TN除外)。在此基礎(chǔ)上，各地污水處理廠均需開(kāi)展新一輪提標(biāo)改造工作，但如何選擇科學(xué)可行的提標(biāo)技術(shù)路線困擾著相關(guān)設(shè)計(jì)和決策人員。
本文研究團(tuán)隊(duì)從2013年開(kāi)始對(duì)太湖流域204座執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行深度調(diào)研，并在全國(guó)100多座城鎮(zhèn)污水處理廠開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)全流程分析工作，全面了解和掌握一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行情況�；谝陨瞎ぷ鳎疚南到y(tǒng)評(píng)估城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的成效，提出了城鎮(zhèn)污水處理廠在運(yùn)行管理中存在的問(wèn)題，優(yōu)化了運(yùn)行措施，并重點(diǎn)探討新一輪提標(biāo)改造工作中重難點(diǎn)問(wèn)題，給出相應(yīng)對(duì)策，為全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行管理提供技術(shù)指導(dǎo)。
摘 要
截至2019年底，全國(guó)共有2913座城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，占全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠總數(shù)的53.2%，一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)已成為目前國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行最廣泛的排放標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)近6年太湖流域204座執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)污水處理廠的深入調(diào)研，結(jié)合全國(guó)100多座污水處理廠的全流程分析工作成果，首先系統(tǒng)評(píng)估了執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠的運(yùn)行成效，其中太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠在一級(jí)A提標(biāo)改造后由于進(jìn)水量的不斷增加和出水濃度的不斷降低，污染物削減總量顯著提高，對(duì)太湖流域有機(jī)物、氮、磷減排及太湖富營(yíng)養(yǎng)化控制做出了積極貢獻(xiàn)。然后總結(jié)了城鎮(zhèn)污水處理廠在運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，在進(jìn)水水質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)施選擇和維護(hù)以及活性污泥功能菌群性能調(diào)控等方面仍有進(jìn)一步完善和優(yōu)化空間，并提出了針對(duì)性的優(yōu)化運(yùn)行措施。最后重點(diǎn)探討新一輪提標(biāo)改造工作的重難點(diǎn)和對(duì)策，提出在新一輪提標(biāo)改造中，應(yīng)當(dāng)重視污水收集系統(tǒng)的提質(zhì)增效，提高管網(wǎng)質(zhì)量和輸送效率，并建議提標(biāo)改造前先開(kāi)展現(xiàn)有工藝的全流程分析，再在此基礎(chǔ)上確定采取工藝優(yōu)化或工程措施。
01
一級(jí)A提標(biāo)改造成效與存在問(wèn)題
1.一級(jí)A提標(biāo)改造宏觀成效
1.1 顯著提升了污染物削減總量
以太湖流域?yàn)槔�，�?jīng)過(guò)一級(jí)A提標(biāo)改造后，各污染物去除效率顯著提高，出水各污染物指標(biāo)均有較大幅度下降。與2007年相比，2017年COD、BOD5、SS、TP、TN和NH3-N指標(biāo)的平均下降幅度分別達(dá)到44%、44%、58%、65%、38%和88%。同時(shí)，太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠近11年來(lái)實(shí)際處理水量呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，年處理水量從2007年的7.6×108m3增長(zhǎng)到2017年的2.1×19m3，增長(zhǎng)了近1.8倍。由于進(jìn)水量的逐年上升和出水污染物濃度的不斷下降，污染物總量削減效果顯著(圖1)。
圖1 2008—2017年太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠污染物
削減總量增長(zhǎng)率(與2007年相比)
1.2 有效促進(jìn)了流域水環(huán)境的改善
以太湖流域?yàn)槔�，通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的提標(biāo)改造，有效削減了排入太湖的污水處理廠尾水中各類污染物總量。如圖2所示，太湖湖體總體水質(zhì)從2007年的劣Ⅴ類水體提升到2014年的Ⅳ類(不計(jì)TN，參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，下同)，高錳酸鹽指數(shù)年均濃度由Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)提升到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，TN年均濃度由劣Ⅴ類提升到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，TP年均濃度也符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)有了大幅改善。
圖2 2007—2017太湖湖體水質(zhì)變化
圖3為2010年以來(lái)太湖流域15條主要入湖河流水質(zhì)變化情況�？芍�2010年僅有4條河流平均水質(zhì)符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，1條河流水質(zhì)為劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，其余處于Ⅳ類和Ⅴ類；2017年，已有11條年均水質(zhì)符合Ⅲ類，占73.3%；其余4條河流水質(zhì)為Ⅳ類。太湖流域的15條主要入湖河流的水質(zhì)也得到了明顯改善。
圖3 2010—2017年太湖主要入湖河流水質(zhì)變化
1.3 大幅提升了城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施運(yùn)行管理水平
近年來(lái)，我國(guó)住建行業(yè)主管部門在推進(jìn)一級(jí)A提標(biāo)改造工作的同時(shí)，也帶動(dòng)了全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行管理水平的不斷提高。國(guó)家、省市相繼出臺(tái)了城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行管理和考核辦法，采取了技術(shù)指導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)考核等多種措施，并將污水處理達(dá)標(biāo)率、考核結(jié)果等與污水處理運(yùn)行經(jīng)費(fèi)掛鉤，有效地促進(jìn)了污水處理行業(yè)的健康發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步，大幅提升了城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施運(yùn)行管理水平。河南省鄭州市馬頭崗污水處理廠、江蘇省常州市江邊污水處理廠等獲得“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠十佳運(yùn)營(yíng)單位”稱號(hào)，江蘇省無(wú)錫市太湖新城污水處理廠、常州市城北污水處理廠、昆山市污水處理公司、蘇州市吳江污水處理廠、木瀆污水處理廠等也獲得了“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠優(yōu)秀運(yùn)營(yíng)單位”稱號(hào)。
1.4 穩(wěn)步提高了城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)技術(shù)水平
為科學(xué)實(shí)施太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)A提標(biāo)改造，江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2008年組織開(kāi)展了太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠除磷脫氮提標(biāo)改造技術(shù)攻關(guān)研究，并根據(jù)研究成果匯編了《江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)，其對(duì)太湖流域乃至全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的一級(jí)A提標(biāo)改造均起到了較好的技術(shù)指導(dǎo)作用。
2018年6月1日，DB 32/1072—2018《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)明確要求江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠在一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上再提標(biāo)。為科學(xué)指導(dǎo)太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠在一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上再提標(biāo)，2019年，江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳再次組織編制了《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB32/1072提標(biāo)技術(shù)指引(2018版)》(以下簡(jiǎn)稱《指引》)，用以科學(xué)指導(dǎo)太湖地區(qū)及全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)建設(shè)工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理等工作。
2.一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中存在問(wèn)題和對(duì)策
2.1 進(jìn)水水質(zhì)特征
調(diào)研中發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)濃度低、碳氮比低、無(wú)機(jī)懸浮物濃度高是當(dāng)前全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在的問(wèn)題。圖4為全國(guó)、北京市、太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水COD平均值年變化圖�？芍喝珖�(guó)和太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠2007—2017年進(jìn)水COD濃度逐年降低，至2017年進(jìn)水ρ(COD)僅250～300 mg/L，遠(yuǎn)低于生活污水理論COD濃度，主要原因可能是進(jìn)水中接納了企業(yè)預(yù)處理后的低濃度工業(yè)廢水，且地下管網(wǎng)存在滲漏現(xiàn)象，地下水位低，導(dǎo)致河水和地下水等倒灌污水管網(wǎng)。北方代表城市北京地區(qū)進(jìn)水COD濃度較高，且較為穩(wěn)定，主要因?yàn)楸本┑貐^(qū)地下水位低，管網(wǎng)質(zhì)量較好，工業(yè)廢水含量少。
圖4 全國(guó)、北京市、太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠COD進(jìn)水平均值年變化
如圖5所示：全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD5/TN近11年的波動(dòng)范圍為3～4，雖然污水處理中進(jìn)水理論BOD5/TN達(dá)到2.86可滿足生物脫氮，但在實(shí)際運(yùn)行中需達(dá)到4～5才能滿足脫氮需求，因此我國(guó)的水質(zhì)C/N相對(duì)偏低，生物脫氮存在碳源不足的問(wèn)題。
圖5 全國(guó)、北京市、太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠BOD5/TN進(jìn)水平均值年變化
如圖6所示：全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水SS/BOD5近11年的年平均值波動(dòng)范圍為1.4～1.6，且存在逐年上升趨勢(shì)。發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理廠進(jìn)水SS/BOD5約為1.1，而我國(guó)近65%的城鎮(zhèn)污水處理廠中的進(jìn)水ρ(SS)/ρ(BOD5)>1.1，有43%的進(jìn)水超過(guò)了1.5，部分城市甚至高于2.0，說(shuō)明我國(guó)進(jìn)水無(wú)機(jī)砂含量偏高。
圖6 全國(guó)、北京市、太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠SS/BOD5進(jìn)水平均值年變化
針對(duì)上述進(jìn)水水質(zhì)特征，在執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中，建議：
1)有必要在污水處理廠設(shè)計(jì)階段開(kāi)展基礎(chǔ)調(diào)研分析，詳細(xì)調(diào)研進(jìn)水水質(zhì)水量情況；
2)合理設(shè)置預(yù)處理單元，盡可能多地去除無(wú)機(jī)SS，保留進(jìn)水中的BOD5，優(yōu)化進(jìn)水水質(zhì)；
3)在工藝運(yùn)行中，生物段設(shè)置多點(diǎn)進(jìn)水，靈活調(diào)配，同時(shí)好氧段合理控制DO，保證碳源有效利用；
4)針對(duì)含工業(yè)廢水較多的城鎮(zhèn)污水處理廠，對(duì)上游來(lái)水進(jìn)行科學(xué)監(jiān)管，及時(shí)掌握變化情況，在受沖擊時(shí)及時(shí)調(diào)控相關(guān)工藝參數(shù)，降低沖擊影響。
2.2 工藝設(shè)計(jì)
工藝設(shè)計(jì)是污水處理廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，調(diào)研發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的常見(jiàn)問(wèn)題有：
1)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)、水量和設(shè)計(jì)值相差較大。表1為太湖流域10座城鎮(zhèn)污水處理廠2017—2019年進(jìn)水COD均值及負(fù)荷率情況。可知：這10座污水處理廠COD濃度負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)值的30%～72%，和設(shè)計(jì)值相差較大。污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量過(guò)低造成了活性污泥難以正常生長(zhǎng)繁殖，處理效率降低；也帶來(lái)了運(yùn)行管理難度加大，設(shè)備閑置或者低效運(yùn)轉(zhuǎn)，如實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行風(fēng)量超出風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期不在設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行，能耗增加；此外，還存在碳源投加費(fèi)用增加等問(wèn)題。
表1 10座城鎮(zhèn)污水處理廠2017—2019年進(jìn)水COD均值及負(fù)荷率
2)設(shè)計(jì)功能單元實(shí)際運(yùn)行中并未發(fā)揮對(duì)應(yīng)效果。調(diào)研中對(duì)近100座污水處理廠開(kāi)展工藝沿程指標(biāo)特征分析，結(jié)果表明：約30%的污水處理廠設(shè)計(jì)的具有反硝化作用的缺氧段并沒(méi)有發(fā)生反硝化作用，設(shè)計(jì)有厭氧釋磷功能的厭氧段也沒(méi)有發(fā)揮釋磷作用。
3)設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備的選型問(wèn)題。污水處理從預(yù)處理到生物處理再到深度處理，過(guò)程中使用攔截、過(guò)濾等功能設(shè)備較多，設(shè)備選型是否合理對(duì)工藝運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。
綜合以上3個(gè)方面的問(wèn)題，建議在設(shè)計(jì)過(guò)程中：
1)設(shè)計(jì)前詳細(xì)調(diào)研基礎(chǔ)水量水質(zhì)，科學(xué)預(yù)估污水處理廠的水質(zhì)水量。
2)設(shè)計(jì)時(shí)采用靈活的設(shè)備和設(shè)施組合，合理選擇格柵、鼓風(fēng)機(jī)、推流器等設(shè)備類型，保證工藝系統(tǒng)的高效穩(wěn)定對(duì)污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)尤為重要。
2.3 設(shè)備設(shè)施選擇與維護(hù)
對(duì)于執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠，從預(yù)處理到生物處理到深度處理，不僅流程長(zhǎng)，而且設(shè)備多。污水處理廠絕大部分設(shè)備設(shè)施需要24 h 連續(xù)運(yùn)行，故設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。通過(guò)對(duì)100多座一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，設(shè)備設(shè)施選擇和運(yùn)行過(guò)程尚存在一些問(wèn)題。具體調(diào)研問(wèn)題和優(yōu)化對(duì)策見(jiàn)表2。
表2 執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施常見(jiàn)問(wèn)題和優(yōu)化對(duì)策
2.4 活性污泥菌群性能調(diào)控
活性污泥是微生物群體及它們所依附的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)的總稱，活性污泥中含有各種能降解污染物的微生物。這些微生物中，具備降解功能的菌群主要包括硝化菌、反硝化菌和聚磷菌等，可對(duì)污水中的污染物進(jìn)行利用和生物降解，因此可通過(guò)測(cè)試污水處理廠活性污泥菌群性能分析污水處理廠的運(yùn)行情況。
全國(guó)58座污水處理廠實(shí)測(cè)活性污泥菌群性能參數(shù)，硝化速率為0.46～7.86 mg/(g·h)，平均為2.90 mg/(g·h)；反硝化速率為0～5.18 mg/(g·h)，平均為1.33 mg/(g·h)；反硝化潛力為1.05～20.80 mg/(g·h)，平為6.68 mg/(g·h)；釋磷潛力為0.01～23.98 mg/(g·h)，平均為2.48 mg/(g·h)，可見(jiàn)不同的污水處理廠活性污泥的菌群活性相差較大。
活性污泥菌群性能指標(biāo)(硝化速率、反硝化速率和釋磷速率)是污水處理廠工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)常根據(jù)這些參數(shù)的理論值核算停留時(shí)間等參數(shù)，根據(jù)GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》換算，MLVSS/MLSS按0.45計(jì)，理論硝化速率應(yīng)>4 mg/(g·h)，反硝化速率應(yīng)為3～5 mg/(g·h)。但由表4中58座污水處理廠不同活性污泥菌群性能速率范圍的數(shù)量占比可知：大部分污水處理廠功能菌群性能較設(shè)計(jì)值低，且不同廠活性污泥菌群活性差別較大。
表4 58座污水處理廠不同活性污泥菌群性能速率范圍的數(shù)量占比
上述現(xiàn)象主要和功能菌群的生長(zhǎng)環(huán)境因素有關(guān)，建議污水處理廠重點(diǎn)從活性污泥功能菌群的生長(zhǎng)條件角度出發(fā)進(jìn)行工藝調(diào)控，為功能菌群提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高污染物的去除能力。
02
新一輪提標(biāo)改造重難點(diǎn)分析
近年來(lái)，因全國(guó)各大流域水污染物環(huán)境容量已嚴(yán)重超載，污染物減排壓力巨大，污水處理廠提標(biāo)排放是實(shí)現(xiàn)污染減排途徑之一。2012年以來(lái)，北京、河南、天津、安徽、江蘇和浙江等省市均相繼發(fā)布了新的地方標(biāo)準(zhǔn)(表5)。還有某些地方城市因?yàn)榈胤綀@區(qū)污染物總量控制需求，也再次提升了城鎮(zhèn)污水處理廠出水要求，如江蘇無(wú)錫新區(qū)，城鎮(zhèn)污水處理廠出水要求提升至ρ(COD)≤20 mg/L，ρ(TN)≤5 mg/L，ρ(NH3-N)≤2 mg/L，ρ(TP)≤0.2 mg/L。在此基礎(chǔ)上，各地污水處理廠均需開(kāi)展新一輪提標(biāo)改造工作，但是采用工藝優(yōu)化即可達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，還是需要采用工程措施，如何選擇科學(xué)合理的提標(biāo)技術(shù)路線，這些問(wèn)題困擾著相關(guān)設(shè)計(jì)和決策人員。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)污水收集系統(tǒng)、各地污水處理廠已提標(biāo)技術(shù)路線和工藝優(yōu)化提標(biāo)主要存在問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研分析，并提出了針對(duì)性措施。
表5 全國(guó)代表性省市新一輪城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放地方標(biāo)準(zhǔn)
1.污水收集系統(tǒng)存在問(wèn)題與對(duì)策
對(duì)太湖流域204座污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)調(diào)研分析，由于處理水量的增長(zhǎng)和污染物去除率的提高，一級(jí)A提標(biāo)改造后各污染物指標(biāo)的削減總量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。但由于進(jìn)水濃度的降低，每噸水COD、BOD5、SS、TP削減量卻呈整體下降趨勢(shì)，分別下降24.8%、8.5%、22.0%、47.0%。進(jìn)水水質(zhì)濃度的降低原因主要有：太湖流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，大部分重污染企業(yè)退出；對(duì)排污企業(yè)監(jiān)管日益嚴(yán)格，導(dǎo)致偷排現(xiàn)象大幅減少；地下管網(wǎng)存在滲漏現(xiàn)象，地下水位低，導(dǎo)致河水和地下水等倒灌排水管網(wǎng)，使水量增加，水質(zhì)變“淡”。
在新一輪城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將管網(wǎng)的提質(zhì)增效作為重點(diǎn)前提條件，根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案》(2019—2021年)要求，編制科學(xué)可行的實(shí)施方案指導(dǎo)實(shí)踐，同時(shí)確保資金投入，提高管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量和維護(hù)水平，提升和穩(wěn)定管網(wǎng)水質(zhì)，從而提升城鎮(zhèn)污水處理廠高標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行的穩(wěn)定性和處理效率。
2.新一輪提標(biāo)改造技術(shù)選擇誤區(qū)分析
在從一級(jí)B到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的提標(biāo)過(guò)程中，大部分城鎮(zhèn)污水處理廠均需要通過(guò)升級(jí)改造以提升常規(guī)的5項(xiàng)指標(biāo)(COD、NH3-N、TN、TP和SS)的去除效果。而目前針對(duì)從一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升到更高等級(jí)的類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類或Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不同的城鎮(zhèn)污水處理廠因進(jìn)水水質(zhì)或現(xiàn)有處理工藝不同，需要提標(biāo)的指標(biāo)類別或提升幅度差別更大。因此，在新一輪的提標(biāo)改造中，需根據(jù)各個(gè)污水處理廠的具體問(wèn)題指標(biāo)和提升幅度來(lái)制定具體技術(shù)路線。這其中，主要的問(wèn)題指標(biāo)為COD、TN、NH3-N和TP等。
2.1 當(dāng)前再提標(biāo)城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造技術(shù)選擇中存在的誤區(qū)
表6為根據(jù)調(diào)研匯總的已再提標(biāo)城鎮(zhèn)污水處理廠針對(duì)不同的強(qiáng)化去除污染物對(duì)象所采用的不同深度處理技術(shù)路線，但該表中的技術(shù)組合也存在一些不盡合理之處。建議需強(qiáng)化硝化能力的城鎮(zhèn)污水處理廠優(yōu)先考慮采用懸浮填料，其次考慮使用曝氣生物濾池。因此，在考慮技術(shù)路線的可行性上需重點(diǎn)考慮設(shè)備設(shè)施組合的相互影響和制約。
表6 部分再提標(biāo)城鎮(zhèn)污水處理廠采用的深度處理技術(shù)路線及其存在問(wèn)題匯總
2.2 提標(biāo)改造工藝路線選擇建議
為克服當(dāng)前已再提標(biāo)城鎮(zhèn)污水處理廠各類提標(biāo)改造技術(shù)線路存在的不足，進(jìn)一步優(yōu)化新一輪再提標(biāo)(提標(biāo)至類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類或類Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)(TN除外))的升級(jí)改造方案，根據(jù)本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全國(guó)100座污水處理廠所開(kāi)展的全流程分析和對(duì)太湖流域204座一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行深度調(diào)研，筆者推薦的整體提標(biāo)改造工藝路線方案和生物處理單元AAAOAO流程分別如圖7和圖8所示。
圖7 推薦的提標(biāo)改造工藝路線
圖8 生物處理單元AAAOAO流程[9]
3.污水處理工藝優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題與對(duì)策
2019年2月，江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布了《關(guān)于做好太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠新一輪提標(biāo)工作的通知》，其中提出“抓緊做好城鎮(zhèn)污水處理廠本地調(diào)查，按照《江蘇省太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠DB32/1072提標(biāo)技術(shù)指引(2018版)》確定的工作流程，自行組織或委托專業(yè)機(jī)構(gòu)盡快開(kāi)展全流程技術(shù)評(píng)估，結(jié)合水質(zhì)、水量特征和設(shè)施本底情況，科學(xué)制定‘一廠一策’技術(shù)方案”。本研究團(tuán)隊(duì)先后對(duì)全國(guó)不同區(qū)域58座城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行技術(shù)評(píng)估并提出了相應(yīng)改造意見(jiàn)。結(jié)果表明，其中約60%執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠無(wú)須通過(guò)工程改造，僅通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行即可達(dá)類地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)(ρ(TN)≤10 mg/L)。這些城鎮(zhèn)污水處理廠日常管理運(yùn)行規(guī)范，能嚴(yán)格執(zhí)行排放標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)這些城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行全流程評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其主要的問(wèn)題指標(biāo)為氨氮、TN和TP，只需在優(yōu)化過(guò)程中重點(diǎn)強(qiáng)化硝化、反硝化和除磷效果即可達(dá)到提標(biāo)目的。
3.1 硝化效果優(yōu)化
氨氮去除是通過(guò)活性污泥硝化菌硝化作用將NH3-N轉(zhuǎn)化為硝化菌為自養(yǎng)菌，化能自養(yǎng)菌，世代周期長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境和毒性物質(zhì)比較敏感，故硝化菌活性易受環(huán)境條件影響，導(dǎo)致硝化效果降低，出水氨氮超標(biāo)。通過(guò)對(duì)58座城鎮(zhèn)污水處理廠硝化影響因素進(jìn)行分析，得出的主要影響因素為DO控制、攪拌環(huán)境、水溫、進(jìn)水沖擊和停留時(shí)間等，影響硝化效果的因素在58座城鎮(zhèn)污水處理廠的占比如表7所示。
表7 影響硝化效果的因素在58座污水處理廠的占比
建議通過(guò)以下對(duì)策優(yōu)化硝化效果。
1)針對(duì)DO調(diào)控：可完善在線監(jiān)測(cè)儀表設(shè)備，根據(jù)池內(nèi)污染物變化情況合理控制DO濃度變化；設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮曝氣器的梯度分布；確保風(fēng)機(jī)風(fēng)量充足，選擇調(diào)節(jié)范圍寬廣的風(fēng)機(jī)類型，條件允許時(shí)考慮精確曝氣控制系統(tǒng)；
2)針對(duì)攪拌環(huán)境調(diào)控：注重?cái)嚢柰屏髟O(shè)備的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，必要時(shí)進(jìn)行清淤；
3)針對(duì)低溫應(yīng)對(duì)：提前做好硝化能力提升措施，污泥濃度、DO提升。必要時(shí)可考慮外加懸浮填料提高硝化效果；
4)針對(duì)進(jìn)水沖擊：建議先開(kāi)展曝氣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證沖擊程度；如硝化抑制，則進(jìn)行源頭控制，提高DO，悶曝，必要時(shí)外加堿度；如系統(tǒng)崩潰，硝化速率接近0，則需源頭控制的同時(shí)進(jìn)行換泥培菌，同時(shí)采取其他應(yīng)急措施。
3.2 反硝化效果優(yōu)化
反硝化是指在反硝化細(xì)菌的作用下，以硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行的無(wú)氧呼吸過(guò)程，將硝酸鹽還原為N2，實(shí)現(xiàn)脫氮反應(yīng)的最終步驟。反硝化效果的優(yōu)劣直接影響出水TN達(dá)標(biāo)。通過(guò)對(duì)58座城鎮(zhèn)污水處理廠反硝化影響因素進(jìn)行分析，得出的主要影響因素為碳源、內(nèi)回流比、回流DO、攪拌等，具體各影響因素在58座污水處理廠的占比如表8所示。
表8 影響反硝化效果的因素在58座污水處理廠的占比
針對(duì)上述影響因素，建議通過(guò)以下對(duì)策優(yōu)化反硝化效果。
1)針對(duì)碳源投加：優(yōu)選碳源種類，注重投加位點(diǎn)的選擇，有條件的增設(shè)智能加藥控制系統(tǒng)；
2)針對(duì)內(nèi)回流控制：確保內(nèi)回流泵可調(diào)有余量，運(yùn)行中加強(qiáng)過(guò)程硝態(tài)氮檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整內(nèi)回流比；
3)針對(duì)DO控制：建議曝氣器梯度分布，有條件的在好氧區(qū)末端設(shè)置消氧區(qū)；
4)針對(duì)攪拌效果：缺氧區(qū)的攪拌混合效果對(duì)脫氮效果影響較大，建議攪拌推流器合理選型，保障正常運(yùn)行。
3.3 除磷效果優(yōu)化
污水處理廠的除磷主要通過(guò)生物除磷和化學(xué)除磷，大部分污水處理廠是2種除磷方式的組合。生物除磷主要通過(guò)聚磷菌在厭氧條件下釋磷和好氧條件下過(guò)量吸磷，然后通過(guò)排出剩余污泥使得污水中的磷得到有效去除�；瘜W(xué)除磷是通過(guò)投加鋁鹽和鐵鹽等無(wú)機(jī)金屬鹽類絮凝劑，使其與水中的磷酸鹽反應(yīng)，生成惰性磷酸鹽化學(xué)沉淀，從而達(dá)到從水相中去除磷酸鹽的目的。通過(guò)對(duì)58座城鎮(zhèn)污水處理廠除磷影響因素進(jìn)行分析，得出的主要影響因素為除磷藥劑的投加、藥劑混合反應(yīng)效果、厭氧區(qū)硝態(tài)氮、厭氧區(qū)攪拌效果、化學(xué)除磷對(duì)生物除磷的抑制以及進(jìn)水沖擊等。具體各影響因素在58座污水處理廠的占比如表9所示。
表9 影響釋磷效果的因素在58座污水處理廠的占比
建議通過(guò)以下對(duì)策優(yōu)化除磷效果。
1)針對(duì)除磷藥劑的投加：可依據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況，通過(guò)燒杯實(shí)驗(yàn)確定最佳除磷藥劑種類及合適的投加量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行與節(jié)能降耗目的；
2)針對(duì)厭氧區(qū)高硝態(tài)氮對(duì)厭氧釋磷的抑制：在厭氧區(qū)前設(shè)置預(yù)缺氧區(qū)，降低進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝態(tài)氮濃度；當(dāng)進(jìn)水C/N低導(dǎo)致厭氧或預(yù)缺氧區(qū)硝態(tài)氮過(guò)高時(shí)，可外加商業(yè)碳源，降低高濃度硝態(tài)氮對(duì)生物除磷的影響，逐步恢復(fù)和強(qiáng)化生物除磷作用；
3)針對(duì)化學(xué)除磷對(duì)生物除磷的抑制：建議合理控制化學(xué)除磷藥劑投加量，減少過(guò)量值，有條件的優(yōu)先采用后置化學(xué)除磷方式；
4)針對(duì)存在外源性有機(jī)磷沖擊：建議加強(qiáng)源頭管控，必要時(shí)增設(shè)強(qiáng)氧化劑或臭氧等高級(jí)氧化單元，實(shí)現(xiàn)有機(jī)磷的降解。
03
結(jié) 論
1)太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠在一級(jí)A提標(biāo)改造后，由于進(jìn)水量的不斷增加和出水濃度的不斷降低，污染物削減總量顯著提高，對(duì)太湖流域有機(jī)物、氮、磷減排及太湖富營(yíng)養(yǎng)化控制做出了積極的貢獻(xiàn)。同時(shí)，也帶來(lái)了城鎮(zhèn)污水處理廠的污水處理設(shè)施運(yùn)行管理和建設(shè)技術(shù)水平的大幅度提升。
2)在執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行過(guò)程中，受各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污水處理區(qū)域發(fā)展水平及運(yùn)行管理水平等因素制約，進(jìn)水水質(zhì)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)施選擇和維護(hù)以及活性污泥功能菌群性能調(diào)控等方面仍有進(jìn)一步完善和優(yōu)化空間。
3)在新一輪提標(biāo)改造中，應(yīng)當(dāng)重視污水收集系統(tǒng)的提質(zhì)增效，提高管網(wǎng)質(zhì)量和輸送效率；同時(shí)，建議提標(biāo)改造前先開(kāi)展現(xiàn)有工藝的全流程分析，掌握各功能單元運(yùn)行現(xiàn)狀，確定關(guān)鍵重難點(diǎn)指標(biāo)，然后在此基礎(chǔ)上確定采取工藝優(yōu)化或工程措施。提標(biāo)改造工作建議優(yōu)先考慮工藝優(yōu)化，其次工程措施。在選擇工程措施時(shí)需重點(diǎn)考慮設(shè)備設(shè)施組合之間的相互影響和制約，盡可能達(dá)到彼此間的平衡。
