江蘇省太湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠新一輪提標(biāo)對(duì)策
【上海純水設(shè)備行業(yè)新聞】
2018年6月，江蘇省環(huán)保廳印發(fā)了太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處置廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》DB32/1072-2018對(duì)太湖流域城鎮(zhèn)污水處置廠污染物排放限值提出了新的要求，TN排放規(guī)范由15mg/L提高到10mg/L本文對(duì)執(zhí)行本次“特別排放限值”共涉及江蘇省太湖流域一、二級(jí)和其他區(qū)域內(nèi)的83座城鎮(zhèn)污水處置廠的進(jìn)水特性、技術(shù)工藝、達(dá)標(biāo)難點(diǎn)等進(jìn)行了分析，提出了提標(biāo)改造的對(duì)策，偏重點(diǎn)對(duì)TN控制提出了建議。筆者認(rèn)為，污水廠達(dá)到DB32/1072-2018規(guī)范，應(yīng)優(yōu)先考慮強(qiáng)化源頭控制、調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行模式及管理、投加化學(xué)藥劑等非工程性措施，若仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí)，可考慮采取針對(duì)性的工程技術(shù)措施。
太湖流域氮磷特別排放限值的背景和意義
針對(duì)水環(huán)境治理的形勢(shì)和需求，國(guó)城鎮(zhèn)污水排放規(guī)范經(jīng)歷了從綜合排放規(guī)范到行業(yè)排放規(guī)范，上海水處理設(shè)備從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)到地方規(guī)范的快速發(fā)展過程，總體上，污染物控制指標(biāo)遞增、要求不時(shí)嚴(yán)格。2008年底，江蘇省已完成對(duì)太湖流域城鎮(zhèn)污水處置廠的除磷脫氮提標(biāo)改造，尾水水質(zhì)要求執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處置廠污染物排放規(guī)范》GB18918-2002一級(jí)A排放規(guī)范。
2017年，中國(guó)工程科學(xué)》刊登中國(guó)工程院院士郝吉明、環(huán)境維護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院王金南等作者的聯(lián)合論文《環(huán)境承載力約束下的國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局戰(zhàn)略研究》文章顯示：國(guó)主要水污染物環(huán)境容量已嚴(yán)重超載，全國(guó)的COD和NH3-N超載率分別為210%和330%如果不把污染物排放控制在環(huán)境容量范圍內(nèi)，裝不下”結(jié)果只能是環(huán)境繼續(xù)惡化。作為過去十幾年水污染物減排的主力軍，通過污水廠集中提標(biāo)改造實(shí)現(xiàn)污染減排總目標(biāo)便成為各地政府成為一個(gè)必然選擇。
江蘇“263行動(dòng)”中提出，2020年，太湖湖體總磷達(dá)到III類，總氮達(dá)到V類，流域總氮、總磷污染物排放量均比2015年削減16%以上…為了有效控制太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化，提升環(huán)境質(zhì)量，維護(hù)生態(tài)平衡，保證人體健康，促進(jìn)沿湖地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，2018年，針對(duì)太湖地區(qū)鄉(xiāng)村污水處置廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)排放的主要水污染物，江蘇省制定了太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處置廠及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》DB32/1072-2018
其中，一級(jí)、二級(jí)維護(hù)區(qū)內(nèi)主要水污染物排放限值中的各項(xiàng)指標(biāo)均高于“一級(jí)A規(guī)范”表1其中COD由50mg/L提高到40mg/LNH3-N由58mg/L提高到35mg/LTN由15mg/L提高到10mg/LTP由0.5mg/L提高到0.3mg/L太湖地區(qū)其他區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處置廠的污染物排放限值也有所提高。新的排放規(guī)范給太湖流域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處置廠的工藝運(yùn)行、日常管理、常州水處理設(shè)備出水指標(biāo)控制等方面提出了更高的要求。
太湖流域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處置廠現(xiàn)狀分析
執(zhí)行本次“特別排放限值”共涉及江蘇省太湖流域一、二級(jí)和其他區(qū)域內(nèi)83座城鎮(zhèn)污水處置廠。這些污水廠的工藝類型是什么？進(jìn)水水質(zhì)如何？執(zhí)行新的特別排放限值”可達(dá)標(biāo)性及難點(diǎn)又在哪里？筆者曾參加了污水廠調(diào)研，與讀者分享如下：
83座城鎮(zhèn)污水處置廠：A2/O工藝為主
鄉(xiāng)村分布：執(zhí)行本次“特別排放限值”共涉及江蘇省太湖流域一、二級(jí)和其他區(qū)域內(nèi)83座城鎮(zhèn)污水處置廠，分布在南京10座、無錫14座、常州10座、蘇州41座和鎮(zhèn)江8座，投運(yùn)規(guī)模總計(jì)625萬m3/d圖1
規(guī)模分布：83座污水處置廠中以5-10萬m3/d規(guī)模為主，總計(jì)25座，規(guī)模達(dá)200萬m3/d占總規(guī)模的32%10-20萬m3/d數(shù)量12座，規(guī)模188.1萬m3/d占總規(guī)模26.6%1-5萬m3/d數(shù)量37座，規(guī)模134.5萬m3/d30萬m3/d規(guī)模以上水廠數(shù)量只有3座，但處置規(guī)模達(dá)127萬m3/d圖2
工藝類型：83座污水處置廠的工藝以A2/O及其變形、氧化溝、SBR及其變形為主，局部為曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、氧化塘、流化床等工藝。采用A2/O及其變形工藝的污水廠54座，占總數(shù)的65.9%規(guī)模470.4萬m3/d占總規(guī)模的67.7%圖3
污水處置廠進(jìn)水特性：碳源缺乏普遍存在
通過調(diào)研太湖流域內(nèi)6座不同城鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水水質(zhì)，對(duì)流域內(nèi)典型城鎮(zhèn)污水廠水質(zhì)變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在進(jìn)水碳源不足、BOD5/TN偏低等主要問題。
BOD5/COD調(diào)研的6座污水廠進(jìn)水COD指標(biāo)僅有一座平均濃度超250mg/L其他均介于200-250mg/L進(jìn)水碳源不足的現(xiàn)象在太湖流域普遍存在6座污水廠BOD5/COD0.3-0.4之間，說明太湖流域城鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水可生化性尚可，整體進(jìn)水的水質(zhì)基本可滿足系統(tǒng)的脫氮除磷要求。圖4
BOD5/TN當(dāng)原污水中碳、氮比值過低，如BOD5/TN＜3時(shí)，認(rèn)為進(jìn)水中所含碳源不足，需要另投加有機(jī)碳源滿足系統(tǒng)脫氮需求。本次統(tǒng)計(jì)中有2座污水廠的BOD5/TN低于3
BOD5/TP一般污水中BOD5/TP>20或溶解性BOD5/溶解性TP>12時(shí)，生化系統(tǒng)會(huì)有較好的除磷效果。由6座污水廠的進(jìn)水BOD5/TP均值可以看出，太湖流域6座城鎮(zhèn)污水處置廠的進(jìn)水碳磷比均大于20其比值最高為82最低為22因此碳源可滿足污水廠日常運(yùn)行除磷需求。圖6
污水廠執(zhí)行DB32/1072-2018提標(biāo)難點(diǎn)分析
基于江蘇省DB32/1072-2018太湖流域一二級(jí)維護(hù)區(qū)“氮磷特別排放限值”中新排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)太湖流域重點(diǎn)鄉(xiāng)村中65份污水廠日?qǐng)?bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，通過對(duì)30座太湖周邊城鎮(zhèn)污水廠出水“保證率”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)TNTP最難達(dá)標(biāo)。其中，TN達(dá)標(biāo)難度等級(jí)為“困難”19座，一般”有3座，占全部水廠的73%TP達(dá)標(biāo)難度等級(jí)為“困難”8座，一般”有6座，杭州水處理設(shè)備占全部水廠的47%NH3-N達(dá)標(biāo)難度等級(jí)為“困難”2座，一般”有3座，占全部水廠的16%COD達(dá)標(biāo)等級(jí)“困難”1座，一般”有4座，占全部水廠的16%
TN和TP仍是太湖流域城鎮(zhèn)污水廠在執(zhí)行“氮磷排放限值”規(guī)范的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，存在問題主要有3個(gè)，分別為工藝設(shè)計(jì)問題、進(jìn)水水質(zhì)問題和運(yùn)營(yíng)管理問題。
工藝設(shè)計(jì)問題
工藝設(shè)計(jì)的問題主要包括預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)置和設(shè)計(jì)不合理、生物系統(tǒng)處置工藝設(shè)計(jì)存在問題以及深度處置單元效果不佳等。其中典型問題如：預(yù)處置系統(tǒng)消耗碳源過多、生化單元停留時(shí)間太短、CA ST/氧化溝等工藝提標(biāo)潛力低以及深度處置單元堵塞等問題。工藝設(shè)計(jì)問題不同水平的影響系統(tǒng)對(duì)污染物的去除，其中在蘇錫常的污水處置廠中均有不同程度的呈現(xiàn)。
進(jìn)水水質(zhì)問題
太湖流域市政污水廠收水范圍中均存在不同水平的工業(yè)企業(yè)，市政管網(wǎng)可能由于工業(yè)廢水以及管網(wǎng)自身滲漏、河水倒灌等問題，對(duì)污水廠實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)濃度造成一定水平的影響。
太湖流域開發(fā)區(qū)工企業(yè)園區(qū)較多，蘇錫常三市中，污水廠實(shí)際進(jìn)水中均含有一定比例的工業(yè)企業(yè)廢水，由于含有難降解COD氮磷比例高等特點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)中進(jìn)水脫氮碳源存在缺乏，TP指標(biāo)受進(jìn)水影響動(dòng)搖明顯。
運(yùn)行管理問題
污水廠運(yùn)營(yíng)問題主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面為運(yùn)維人員管理水平問題，另一方面為儀器儀表、設(shè)備的選型安裝問題。污水廠日常運(yùn)維工作中，運(yùn)營(yíng)管理人員數(shù)量和技術(shù)水平對(duì)污水廠實(shí)際運(yùn)行效果至關(guān)重要。局部污水廠由于人員管理混亂及技術(shù)水平低下造成實(shí)際運(yùn)行受限，難以進(jìn)一步提高污水處置效率。其次，局部建造較早的大型污水處置廠由于設(shè)備/構(gòu)筑物等老化問題，造成系統(tǒng)難以繼續(xù)高效穩(wěn)定運(yùn)行。
提標(biāo)改造對(duì)策與建議
提標(biāo)改造對(duì)策
針對(duì)上述問題，需通過對(duì)擬執(zhí)行“特別排放限值”城鎮(zhèn)污水處置廠進(jìn)出水水質(zhì)水量、工藝運(yùn)行管理、污染物去除潛力等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出水質(zhì)水量的變化規(guī)律、各廠設(shè)計(jì)運(yùn)行過程中存在問題和不同工藝段的優(yōu)化運(yùn)行空間，總結(jié)出適用于“特別排放限值”工藝運(yùn)行模式，以及優(yōu)化運(yùn)行戰(zhàn)略。對(duì)目前存在共性問題，從工藝設(shè)計(jì)、生物系統(tǒng)、進(jìn)出水水質(zhì)、運(yùn)維管理等方面提出以下建議與對(duì)策：
工藝設(shè)計(jì)方面，碳源作為脫氮除磷的主要能量來源，激進(jìn)設(shè)計(jì)中通常在預(yù)處置單元被大量消耗造成浪費(fèi)，造成生化單元脫氮能力不足。因此，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)情況，碳源偏低的情況下對(duì)預(yù)處置單元進(jìn)行逾越或停用，或通過適當(dāng)降低預(yù)處理單元的停留時(shí)間，使其作為調(diào)節(jié)池使用，或考慮將預(yù)處置單元改造為采用高負(fù)荷初沉池使用等。
生物系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方面，通過對(duì)生物系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，可有效提高系統(tǒng)整體的降解能力。如在進(jìn)水濃度穩(wěn)定情況下，可通過在生物池投加填料、或增加污泥負(fù)荷的方式提高生化單元的處置效率；生物系統(tǒng)處置能力缺乏時(shí)，可適當(dāng)考慮降低運(yùn)行水量從而提高系統(tǒng)的HRT保證系統(tǒng)對(duì)污染物降解效果；一些常規(guī)的CA SS/氧化溝工藝可通過強(qiáng)化功能區(qū)的劃分對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行改建，提高生物系統(tǒng)的降解能力。
強(qiáng)化脫氮通常是污水廠提標(biāo)改造的一個(gè)重點(diǎn)，針對(duì)污水廠碳源能力缺乏問題，可先通過降低系統(tǒng)自身的碳源損耗，如跌水復(fù)氧點(diǎn)的改造、預(yù)處置系統(tǒng)改造、分點(diǎn)進(jìn)水等。進(jìn)水碳源不足的情況下考慮外加碳源的同時(shí)應(yīng)對(duì)碳源的種類、效果、投加點(diǎn)和投加時(shí)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)比選、利息核算等，從而指導(dǎo)污水廠的實(shí)際運(yùn)行。冬季低溫運(yùn)行條件下，可通過提高系統(tǒng)中MLSS濃度，延長(zhǎng)好氧單元HRT如有兼氧池）或通過添加硝化填料方式進(jìn)行強(qiáng)化處置。
污水廠除磷主要通過生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的方法。碳源充沛但系統(tǒng)除磷能力缺乏情況下，可通過強(qiáng)化生物除磷，如普通生物除磷或反硝化除磷等強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)總磷的去除。碳源不充足的情況下，可在系統(tǒng)末端采用協(xié)同化學(xué)除磷方式，但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前應(yīng)對(duì)不同類型除磷藥劑進(jìn)行小試比選。若處置系統(tǒng)中有高效沉淀池工藝，可對(duì)混凝劑和助凝劑種類和投加量進(jìn)行小試比選，優(yōu)化投加。
進(jìn)水水質(zhì)保證方面，城鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水水質(zhì)質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的降解能力影響較大，運(yùn)行過程中一方面加強(qiáng)與前端管網(wǎng)分管部門溝通，降低管網(wǎng)污水外滲及外水入滲情況，進(jìn)一步提高進(jìn)水水質(zhì)濃度，另一方面盡可能加強(qiáng)企業(yè)、管網(wǎng)在建設(shè)過程中的溝通，積極介入，保證進(jìn)水質(zhì)量，為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供保證。
針對(duì)進(jìn)水中含有大量難降解COD有機(jī)物等問題，可考慮對(duì)收水范圍中的工業(yè)廢水類型進(jìn)行梳理，確定難降解COD組分。同時(shí)結(jié)合小試或中試等不同方法，如混凝沉淀、磁分離、次氯酸鈉氧化、臭氧氧化、活性炭/活性焦吸附、類芬頓工藝等，對(duì)難降解COD需進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)研究，通過對(duì)比不同試驗(yàn)效果結(jié)合現(xiàn)狀工藝提出強(qiáng)化處置思路。
實(shí)際運(yùn)維管理方面，定期對(duì)設(shè)備檢修是保證污水廠高效運(yùn)行的關(guān)鍵。日常運(yùn)營(yíng)過程中應(yīng)加強(qiáng)各類儀器儀表和設(shè)備的巡檢和維護(hù)，對(duì)存在問題和運(yùn)行工況較差的及時(shí)報(bào)備處理，對(duì)存在誤差的儀器儀表定期進(jìn)行校核；定期組織一線技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，強(qiáng)化專業(yè)技能和應(yīng)急處置能力。對(duì)于老化的設(shè)備和構(gòu)筑物在有條件的時(shí)候盡量維護(hù)或更換。
提標(biāo)改造對(duì)策
有機(jī)氮的去除一般可以通過源頭強(qiáng)化控制，針對(duì)懸浮性有機(jī)氮，可通過預(yù)處理系統(tǒng)的沉砂池、初沉池或采用混凝沉淀過濾等工藝局部去除，局部可氨化有機(jī)氮可在活性系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為氨氮；針對(duì)溶解性可氨化有機(jī)氮，進(jìn)入生物段前基本可轉(zhuǎn)化為氨氮，對(duì)局部工業(yè)廢水有機(jī)氮，可通過預(yù)處理的初沉池，生化段的厭氧區(qū)等厭氧水解，轉(zhuǎn)化為氨氮。對(duì)于溶解性不可氨化有機(jī)氮，可以通過深度處置系統(tǒng)的吸附，混凝沉淀或高級(jí)氧化可實(shí)現(xiàn)一定水平的去除。
城鎮(zhèn)污水處置廠NH3-N和NO3-NTN去除的關(guān)鍵。針對(duì)NH3-N去除，日常運(yùn)行過程中，可通過增大好氧區(qū)活性污泥濃度，提高生物系統(tǒng)的好氧泥齡，有效增加硝化菌總量，同時(shí)可適當(dāng)提高DO濃度，提升系統(tǒng)硝化能力；工藝段有過渡區(qū)時(shí)，按好氧區(qū)運(yùn)行，提高好氧區(qū)水力停留時(shí)間。提標(biāo)改造時(shí)，用地條件允許時(shí)，可擴(kuò)增好氧池池容或在好氧池投加懸浮填料，提高系統(tǒng)硝化能力及穩(wěn)定性提高硝化效果。NH3-N超標(biāo)情況下，可考慮在好氧區(qū)投加硝化菌種（含污泥接種）或出水投加次氯酸鈉進(jìn)行應(yīng)急處置，但應(yīng)注意防范生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
NO3-N去除是污水廠TN去除的重要途徑，主要依靠生化單元的反硝化作用進(jìn)行去除。提標(biāo)改造中可通過提高缺氧區(qū)容積占比，如缺氧區(qū)水力停留時(shí)間不宜低于4h碳源缺乏時(shí)可投加外部碳源，如乙酸、乙酸鈉等；運(yùn)行過程中控制內(nèi)回流混合液DO濃度，可在好氧區(qū)內(nèi)回流點(diǎn)設(shè)置消氧區(qū)，以降低內(nèi)回流DO對(duì)缺氧區(qū)反硝化脫氮的影響；運(yùn)行過程中根據(jù)BOD5/TN外部碳源投加及碳源分配等情況調(diào)節(jié)內(nèi)回流比；進(jìn)水碳源充沛或投加外碳源時(shí)，可通過提高內(nèi)回流比提升脫氮效能；有條件的情況可設(shè)置后缺氧區(qū)，可通過投加外碳源提高脫氮能力，但不建議在后置缺氧設(shè)置進(jìn)水點(diǎn)。
激進(jìn)生化系統(tǒng)脫氮能力有限時(shí)，可考慮在深度處置系統(tǒng)設(shè)置如反硝化濾池等具有反硝化脫氮功能的設(shè)施。運(yùn)行過程中結(jié)合生物系統(tǒng)脫氮效果和二沉池出水硝態(tài)氮濃度，動(dòng)態(tài)調(diào)整反硝化濾池的碳源投加量，防止過量投加導(dǎo)致出水CODBOD5濃度上升或超標(biāo)。
整體而言，污水廠提標(biāo)改造中，應(yīng)優(yōu)先考慮強(qiáng)化源頭控制、調(diào)整和優(yōu)化運(yùn)行模式及管理、投加化學(xué)藥劑等非工程性措施，若仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時(shí)，可考慮采取針對(duì)性的工程技術(shù)措施。
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