北方污水廠尾水處理工程案例及冬季運行分析

楊 崢

河南永澤環境科技有限公司

1 前言

華北地區水資源匱乏，其中最為困難的天津地區人均水資源量僅為51.9m3[1]，約為全國平均2077.7m3[1]的2.5%；河南地區的人均水資源量為175.2m3[1]，也為極度匱乏地區。污水處理廠出水作為一種資源，其回用價值越來越受到全社會的重視。采取有效的、低成本的尾水處理措施，使之達到回用要求，對國民經濟及社會發展有著及其重要的意義。

2 項目概況

新鄭市第三污水處理廠尾水生態濕地項目工程范圍南至雙湖大道，北至祥和路西至規劃經三路，東至十七里河。項目設計規模2.5×104m3/d，將新鄭市第三污水處理廠達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準尾水主要水質指標通過“曝氣生物濾池（BAF）+垂直流人工濕地+表面流人工濕地+生態塘（十七里河）”組合工藝提升至《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ類水，生態濕地出水作為十七里河生態補給水源，從而實現水資源的回用。

1.1 設計進、出水水質

項目設計進水水質指標達到《城鎮污水處理廠主要污染物排放標準》（GB 1818—2002）一級A標準，出水主要水質指標達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）Ⅳ水標準，具體見表1。

表1 項目進水水質指標

1.2 工藝介紹及主要設計參數

項目采用：曝氣生物濾池（BAF）+垂直流人工濕地+生態塘（十七里河）組合的工藝依次對污水廠尾水進行處理。項目總占地面積34.19畝，其中曝氣生物濾池及配水池占地0.77畝，垂直流人工濕地占地16.53畝，表面流人工濕地占地9畝，步道及其他占地7.89畝。生態塘利用現狀河道約33.75畝。配水池分為十個系統，分別向十個垂直流濕地單元配水。

曝氣生物濾池（BAF）是一種污水生物膜處理技術，具有極好的脫氮和有機物降解效果，其最大特點是采用球形輕質多孔生物濾料，在其表面及孔隙內生長微生物膜，污水由下向上或由上向下流經濾料層，濾料層下部提供曝氣。污水流經表面長滿生物膜的濾料時，其中的有機物及氮得到降解，同時生物濾料層截留污水中的SS和老化脫落生物膜并進行固液分離。定期利用處理后的出水對濾池進行反沖洗，排除被截留的SS和老化脫落生物膜，促進濾料表面老化生物膜的脫落，使高活性的新鮮生物膜與污水直接接觸，提高了降解速率和效率，使出水穩定達標。

垂直流人工濕地自下而上采用礫石、沸石和火山巖作為濕地填料，微生物附著在填料上，對COD、氨氮等污染物進行降解，含磷污染物被吸附在濾層中。垂直流人工濕地共兩組，第一組四個單元，第二組六個單元，由人行步道分開。單組池體長30m，深1.55m～1.8m，底部采用HDPE防滲膜。濕地上層20cm為布水區，下層20cm為集水區，集水區上層15cm為過渡層，布水層和過渡層之間75cm為主體濾料層，填料層總高度1.3m。垂直流人工濕地植物選型既要考慮經濟性和觀賞性，還要考慮生態適應性和去污能力，以充分發揮人工濕地的生態效益、經濟效益和社會效益。選用蘆葦（Phragmites Australis）、菖蒲（Acorus Cal?amus）、香蒲（Typha Orientalis）、水蔥（Scirpus）交叉栽種。

表面流人工濕地設置在垂直流人工濕地外側，水深較淺，以景觀功能為主，兼具進一步去除污染物的功能。表面流人工濕地選用沉水植物、浮水植物和挺水植物，構建出不同層次景觀效果。植物選取包括睡蓮（Nymphaea Tetragona）、菖蒲（Acorus Cal?amus）、常綠矮型苦草（Vallisneria Natans）交叉栽種。

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

主要設計參數[2]見表2。

表2 設計參數

2 運行穩定性分析

2.1 污水處理系統運行狀況

尾水水處理系統于2020年11月下旬通水，調試后于12月正常運行。選取整個12月低溫環境下的運行數據作為分析對象，出水取樣點位于表面流人工濕地末端，考察系統對于COD、氨氮、TP的日均進出水及去除率情況，見圖2～圖4。

圖2 進出水COD濃度

圖4 進出水TP濃度

系統進水COD均值37.60mg/L，出水COD均值22.37mg/L，系統對于COD的去除率39.55%。達到地表IV類水標準。

圖3 進出水氨氮濃度

系統進水氨氮均值2.50mg/L，出水氨氮均值0.37mg/L，系統對于氨氮的去除率85.09%。達到地表III類水標準。

系統進水TP均值0.27mg/L，出水TP均值0.11mg/L，系統對于TP的去除率58.06%。達到地表III類水標準。

相關案例[3]及上述數據表明在冬季偏低氣溫環境下，BAF+垂直流人工濕地+表面流人工濕地工藝對COD、氨氮、TP有較好的去除效果；待夏季氣溫較高時，該系統應具有更好的處理效果及景觀效果。

3 運行成本分析

整個處理系統的直接運行成本構成包括：電耗、人工等。系統總裝機功率145kW，主要包括風機、反沖洗泵、排污泵、電動閥門等，噸水電耗0.139kW，綜合電價0.8元/kWh，噸水電費0.111元；系統維護人員4人，噸水人工成本0.027元；其他費用如BAF濾料補充、冬季植物收割等非日常費用暫不計入。合計直接運行成本0.166元/m3。

該系統每年產生高品質再生水912.5萬噸，具有較大的社會和環境效益。

4 結論及建議

（1）采用BAF+垂直流人工濕地+表面流人工濕地+生態塘處理工藝將城鎮污水處理產尾水水質提升至準地表IV類水，技術上可行，運行效果穩定，且具有很好的景觀效果。

（2）在冬季低溫情況下，系統出水的COD達到地表IV類水標準，氨氮達到地表III類水標準，TP達到地表III類水標準，整體達到類IV類水要求。

（3）系統處理成本低，噸水直接運行成本約0.166元，具有很好的運行經濟性。同時，出水作為高品質再生水，具有很高的使用價值。

（4）該案例在冬季的穩定運行經驗表明系統設計可靠，對于華北地區城鎮污水處理廠尾水提標工程的建設和運營有著非常典型的借鑒意義。