初論長江武漢開發區江段污水處理廠污染物的排放標準

鄭 潭，付 樂，尹 煒

(1．中國市政工程華北設計研究總院有限公司，湖北武漢 430000；2．長江水資源保護科學研究所，湖北武漢 430000)

隨著長江經濟帶沿線城市快速的發展，相應的生產和生活活動產生污水量越來越大，給長江的水環境保護帶來巨大的壓力。為更好的保護長江水環境，在現行水污染物排放標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)[1]一級A標準和地方污水排放標準的基礎上，結合《長江流域片重要江河湖泊水功能區納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案報告》[2]現有和規劃長江武漢開發區段水環境容量，論述污水處理廠中CODCr、NH3-N、TP和TN需采用何種排放標準，以此來確定污水處理廠采取何種技術路線，為武漢開發區污水處理廠出水標準提供科學依據和參考。

1 國內污水處理廠污染物排放標準

國家水體總量控制指標為化學需氧量(CODCr)和氨氮(NH3-N)、區域性水體控制指標為總磷(TP)和總氮(TN)。

目前，城鎮污水處理廠污染物國家排放標準有一級標準(A標準和B標準)、二級標準、三級標準。其中，一級A標準為城鎮污水處理廠污染物排放的最高標準，CODCr、NH3-N、TP和TN相應執行標準如表1所示。

表1 基本控制項目最高允許排放濃度(日均值)Tab.1 Maximum Acceptable Discharge Concentration of Basic Control Items (Daily Average)

注：括號外數值為水溫>12 ℃時的控制指標，括號內數值為水溫≤12 ℃時的控制指標

制定污水排放地方標準有《廣東省水污染物排放限值》(DB 4426—2001)[3]、《北京市水污染物綜合排放標準》(DB 11/307—2013)[4]、《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》(DB 51/2311—2016)[5]、《巢湖流域城鎮污水處理廠和工業行業主要水污染物排放限值》(DB 34/2710—2016)[6]、《湖北省漢江中下游流域污水綜合排放標準》(DB 42/1318—2017)[7]、《天津市污水綜合排放標準》(DB 12/356—2018)[8]、《太湖地區城鎮污水處理廠及重點工業行業主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)[9]、《浙江省城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》(DB 33/2169—2018)[10]等地方標準。由于排放水體的不同，相應的水環境容量不一致，但對于CODCr、NH3-N、TP和TN控制指標的要求均嚴于國家標準一級A標準如表2所示。

表2 地方標準允許排放濃度(日均值)Tab.2 Discharge Limit for Local Standard (Daily Average)

注：括號外數值為水溫>12 ℃時的控制指標，括號內數值為水溫≤12 ℃時的控制指標

《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[11]不同水體分類對地表水中CODCr、NH3-N、TP和TN的規定如表3所示。

表3 地表水環境質量標準基本項目標準限值Tab.3 Discharge Limit of Surface Water Environment Quality Standard

注：括號外數值為江、河等流動水體控制指標，括號內數值為湖、庫等封閉水體控制指標

根據以上國家和地方污染物排放標準以及地表水環境質量標準，目前很多省、市制定地方標準均嚴于國家標準，基本上執行標準介于地表水III類～V類(TN除外)。

2 結果與分析

2.1 出水標準

長江武漢開發區段水環境區劃分為長江嘉魚、武漢保留區和長江武漢漢陽飲用水源、工業用水區(圖1)。水環境現狀和管理要求如表4所示。

根據長江武漢開發區段排污口審批情況，以及該區段現狀污水處理廠排放標準，具體分析如表5所示。

圖1 長江武漢開發區段水功能區段圖Fig.1 Diagram of Wuhan EDZ Section of Yangtze River Water Function Area

表4 長江武漢開發區段水環境現狀和管理要求Tab.4 Current Situation and Management Requirements of Water Environment in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

由表4、表5可知，長江嘉魚、武漢保留區和長江武漢開發利用——長江武漢漢陽飲用水源、工業用水區現狀入河污染物總量已經大于該區段的納污能力，該區段已沒有水環境容量，因此新設排污口排放標準擬定的原則為自身區域內減量置換。由于長江嘉魚、武漢保留區自身水環境容量遠大于長江武漢開發利用-長江武漢漢陽飲用水源、工業用水區段，選取長江嘉魚、武漢保留區段進行減量置換。該區段武漢開發區現狀污水處理廠有紗帽污水廠、軍山污水廠和黃陵污水廠，擬新建有沌口第二污水廠和漢南第二污水廠。

具體解決方案：對現有的污水處理廠進行提標，騰出水環境容量；另一方面，新建污水處理廠執行更嚴格的排放標準，保證區域內總的水環境容量不增加。

(1)新建污水廠

沌口第二污水廠新建規模為6萬m3/d，漢南第二污水廠新建規模為5萬m3/d，如出水CODCr、NH3-N、TP執行IV類，TN≤10 mg/L，即CODCr為30 mg/L、NH3-N為1.5 mg/L(3 mg/L)、TP為1.5 mg/L。根據《武漢經濟技術開發區污水收集與處理專項規劃》(2018年—2030年)[12]污水來源生活∶工業=6∶4，生活污水的部分可參照附近南太子湖污水廠的出水要求，作為區域減排項目請求審批部門不參與納污能力管理限制。只考慮工業廢水部分排放，經核算工業廢水入江需要的環境容量：CODCr為482 t/a、NH3-N為24 t/a、TP為4.8 t/a。

(2)現狀污水廠

軍山污水處理廠現狀規模為2萬m3/d，執行一級A排放標準。由于軍山污水廠廠外管網尚處于啟動建設階段，且污水廠規模不大，近期暫不對該廠進行提標。

表5 長江武漢開發區段現狀污水處理廠排放標準Tab.5 Discharge Standard of Existing WWTPs in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

黃陵污水處理廠現狀規模為3.5萬m3/d，執行一級A排放標準。二期擴建規模為6萬m3/d，執行一級A排放標準。二期正在建設過程中，且用地受限，近期暫不對該廠進行提標，維持一級A排放標準。

紗帽污水處理廠現狀規模為8萬m3/d，執行一級A排放標準。擬對該廠進行提標，要滿足新建污水廠環境容量需求。經核算需要將排放標準提高至CODCr、NH3-N、TP執行地表水IV類標準，TN≤10 mg/L，才能滿足要求。

2.2 技術路線

在擬新建污水廠和提標污水廠確定技術路線前，應開展源頭管控調查，水質水量特征分析，主要達標影響因素識別，關鍵指標達標難點分析，工藝運行效能測試等。技術措施：優先考慮加強源頭控制、調整運行模式、優化運行管理、投加化學藥劑等非工程措施；實施上述措施仍不能穩定達標時，應采取針對性的工程技術措施。

CODCr去除：城鎮污水中的CODCr可以劃分為溶解性快速生物降解有機物、溶解性難生物降解有機物、懸浮性慢速可生物降解有機物、懸浮性難生物降解有機物等，其中影響出水穩定達標的主要是溶解性難生物降解有機物。技術措施為強化生物處理和深度處理去除，強化生物處理系統的去除效果采用控制排泥，提高污泥濃度、增大泥齡；投加生物填料，利用生物膜法提高生物泥齡。強化深度處理系統去除效果采用混凝沉淀過濾等工藝、活性炭/活性焦等物理截留吸附工藝、(催化)臭氧氧化工藝、高級氧化+物理吸附等工藝組合。

NH3-N與TN去除：城鎮污水中的TN 包括有機氮、NH3-N(銨離子+游離氨)和硝態氮，生活污水中的有機氮和NH3-N濃度較高，硝態氮濃度很低。技術措施為采用深度處理系統的吸附、混凝沉淀或高級氧化實現一定程度的去除；在好氧區中投加懸浮填料，提高系統硝化能力及穩定性；在深度處理系統設置反硝化濾池等具有反硝化脫氮功能的設施。

TP去除：城鎮污水中的TP主要為磷酸鹽。技術措施為根據出水磷酸鹽和TP濃度，調控除磷藥劑投加量，避免長期過量投加影響生物除磷能力；采用后置化學除磷，可選用氣浮或混凝沉淀過濾等工藝；可選用磁混凝等具有強化混凝沉淀效果的工藝，減少占地。

污水廠提標存在的主要問題為工藝設計問題、進水水質問題和運行管理問題。(1)工藝設計問題：預處理系統功能不足、設備故障、過度消耗碳源、復氧嚴重，即跌水導致水體的復氧，消耗了為營造反硝化脫氮時缺氧的環境，故使系統中碳源消耗增加而增加了碳源的添加；生物系統優化不足、工藝提標潛力低，需工程措施；深度處理負荷不足、能力衰減嚴重、功能缺失等。(2)進水水質問題：前端管網/納管、難生物降解CODCr、TN(氨氮)、TP波動等。工業廢水過多，管網滲漏、河水倒灌等；含有溶解性難生物降解CODCr，工業廢水影響；碳源不足最為突出，同時還有冬季低水溫，溶解態有機磷組分。(3)運行管理問題：技術人員缺乏、評估手段欠缺、設備維護不足等。日常檢測與運行優化關聯性需加強、評估手段應細化；小型污水處理廠和建成較早的大型污水處理廠更應加強。

武漢開發區新建污水廠和提標污水廠出水CODCr、NH3-N、TP執行地表水IV類，TN≤10 mg/L、對于提標污水廠采取的技術路線，充分利用現有設施，調整設備、分區、工藝等：現有設施降低規模+擴建補充規模=總規模達標；現有設施+深度處理。具體改造方式：一級處理的強化與改造，格柵和沉砂池改造、增加初沉池、現有初沉池改造；二級生化系統強化，調整功能分區、多點進水、碳源多點投加，推流、攪拌、曝氣系統改造，改造為MBBR、MBR等；新增三級處理工藝，沉淀(高效沉淀池、加砂沉淀池、磁混凝沉淀池)、過濾(砂濾、精密過濾、深床濾池、BAF、活性砂濾池、臭氧氧化等)[13]。對于新建污水處理廠采用技術路線為預處理、生物工藝單元組合模式、深度處理單元組合模式。其中，CODCr和色度去除可選吸附、截留(活性炭、活性焦)和高級氧化(臭氧氧化、次氯酸鈉)，TN去除可選生物濾池(反硝化濾池、曝氣生物濾池、活性砂濾池)，TP和SS去除可選混凝沉淀(高效沉淀池、磁混凝沉淀池、加砂沉淀池)和過濾(濾布濾池、活性砂濾池、深床濾池)[14-15]。

通過以上分析可知，目前國內保證出水達到CODCr、NH3-N、TP地表水IV類，TN≤10 mg/L排放標準，深度處理單元常見的處理工藝為高效沉淀池+反硝化深床濾池+臭氧氧化。

3 結論

(1)長江嘉魚、武漢保留區段無富余的水環境容量，該區段新設排污口排放標準擬定為在自身區域內減量置換。

(2)通過對比地方出臺排放標準并結合該區域水環境容量，新建沌口第二污水處理廠、漢南第二污水處理廠和提標改造的紗帽污水處理廠，出水排放執行標準CODCr、NH3-N、TP為地表水IV類，TN≤10 mg/L。

(3)武漢開發區新建污水廠和提標污水廠出水標準CODCr、NH3-N、TP執行地表水IV類，TN≤10 mg/L，采取的技術路線為預處理—生物工藝單元組合模式—深度處理單元組合模式，達到該標準的保證為深度處理單元，采用的深度處理工藝為高效沉淀池+深床濾池+臭氧氧化。