浙江省某污水處理廠進(jìn)、出水水量及水質(zhì)分析

鄒建勇

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

千島湖是浙江省最大的淡水湖，其獨(dú)特的水生態(tài)系統(tǒng)在該省的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直處于重要地位。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市化進(jìn)程的加快、集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大、居住環(huán)境的不斷改善以及旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，使千島湖面臨的環(huán)境壓力越來(lái)越大。因此，為了保護(hù)千島湖的水生態(tài)系統(tǒng)，保障流域生態(tài)資源與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，可通過(guò)建立污水處理廠來(lái)提升城市的污水處理效率。

1 現(xiàn)狀介紹

目前，該污水處理廠現(xiàn)狀為兩期建成：一期建成3.0萬(wàn)m3/d，二期建成1.9萬(wàn)m3/d。兩期工藝均采用預(yù)處理+氧化溝+深度處理工藝，出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中，COD、NH3、TN和TP執(zhí)行浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 33/2169—2018）。現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠的主要水污染物排放限值指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

2 進(jìn)水水量分析

根據(jù)該污水處理廠自2016年1月1日至2020年12月27日的處理水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳細(xì)情況如圖1所示。

圖1 2016～2020年日處理水量

這5年期間每月的日平均處理水量較為穩(wěn)定，且逐年緩步增加，其汛期處理水量相對(duì)較高。該污水處理廠平均的日處理能力為41 696 m3/d，最大日處理量為55 547 m3/d，所以，該污水處理廠處于滿負(fù)荷和超負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。

3 進(jìn)水水質(zhì)分析

統(tǒng)計(jì)一期、二期工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，時(shí)間為自2016年1月1日至2020年12月27日，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

具體情況分析如下：

（1）進(jìn)水CODCr基本都在300 mg/L以下，實(shí)際進(jìn)水最高值為298 mg/L，平均值為174.26 mg/L，最低值為78 mg/L；出水CODCr基本都在30 mg/L以下，只有少數(shù)幾天超出，實(shí)際出水最高值為31 mg/L，平均值為13.87 mg/L，最低值為3 mg/L。

（2）進(jìn)水BOD5基本都在80 mg/L以下，實(shí)際進(jìn)水最高值為96 mg/L，平均值為57.40 mg/L，最低值為19 mg/L；出水BOD5基本都在10 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為10 mg/L，平均值為3.7 mg/L，最低值為2 mg/L。

（3）進(jìn)水SS基本都在2 000 mg/L以下，實(shí)際進(jìn)水最高值為150 mg/L，平均值為90.94 mg/L，最低值為40 mg/L；出水SS基本都在10 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為10 mg/L，平均值為3.91 mg/L，最低值為2.56 mg/L；

（4）進(jìn)水NH3-N基本都在15 mg/L以下，實(shí)際進(jìn)水最高值為13.45 mg/L，平均值為8.3 mg/L，最低值為3.06 mg/L；出水NH3-N基本都在5 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為4.59 mg/L，平均值為0.21 mg/L，最低值為0.06 mg/L，其中，在2019年11月～2020年3月，由于進(jìn)水水質(zhì)超標(biāo)，出水NH3-N大于2 mg/L，但基本仍可滿足浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 33/2169—2018），而現(xiàn)有污水處理廠的每年11月1日至次年3月31日的NH3-N限值為4 mg/L。

（5）進(jìn)水TN基本都在30 mg/L以下，實(shí)際進(jìn)水最高值為27 mg/L，平均值為14.87 mg/L，最低值為6.7 mg/L；出水TN基本都在15 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為14 mg/L，平均值為8.56 mg/L，最低值為2.41 mg/L。

（6）進(jìn)水TP基本都在5 mg/L以下，只有少數(shù)幾天超出，實(shí)際進(jìn)水最高值為5.16 mg/L，平均值為2.05 mg/L，最低值為1.02 mg/L；出水TP基本都在1.5 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為1.28 mg/L，平均值為0.25 mg/L，最低值為0.05 mg/L。

4 水質(zhì)特征分析

4.1 分析B/N的比

通常，活性污泥處理系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)必須要有充分的營(yíng)養(yǎng)物，其主要營(yíng)養(yǎng)物包括碳、氮和磷。本工程設(shè)計(jì)的泥齡需大于硝化所需的最小泥齡，才能使出水NH3-N的指標(biāo)滿足要求。而在硝化反應(yīng)發(fā)生時(shí)，碳源優(yōu)先被硝化反應(yīng)氧化利用，所以BOD5的去除率較高。因此，碳化過(guò)程的完成是NH3-N的有效去除的基礎(chǔ)[1]。實(shí)踐運(yùn)行表明，只有當(dāng)BOD5與TKN之比大于4時(shí)，才可以達(dá)到理想的脫氮效果，如果小于4，其脫氮效果不好。因此，在脫氮時(shí)，只有當(dāng)污水中的BOD5/TKN不小于4的時(shí)候，才能獲得良好的脫氮效果；而當(dāng)比值太小的時(shí)候，就應(yīng)該外加碳源以提高BOD5/TKN比值，從而得到良好的脫氮效果。在實(shí)際應(yīng)用中，甲醇可作為良好的外加碳源進(jìn)行投加，甲醇的分解反應(yīng)除了C02、H20以外不會(huì)生成其他難降解的副產(chǎn)物。但甲醇的投加費(fèi)用較高，并且甲醇在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中存在不安全因素，但利用部分農(nóng)副產(chǎn)品加工廠高濃度污廢水中的有機(jī)物作為碳源進(jìn)行污水處理，取得了較好的處理效果。通過(guò)分析一、二期污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：當(dāng)BOD5/TN＞4，僅有40.89%的保證率，且進(jìn)水中的有機(jī)物不足以達(dá)到良好的脫氮效果，所以，在設(shè)計(jì)中需考慮外加碳源。

4.2 分析B/P的比

在利用微生物去除污水中磷元素的過(guò)程時(shí)，主要包括吸收磷和釋放磷兩個(gè)反應(yīng)，這是由于聚磷細(xì)菌在厭氧狀態(tài)釋放磷元素的同時(shí)，會(huì)同步在細(xì)胞內(nèi)部?jī)?chǔ)存可以快速降解的有機(jī)物。因此，只有在放磷階段儲(chǔ)存了足夠的可以快速生物利用的有機(jī)物，才能使聚磷菌在好氧的環(huán)境中利用這些有機(jī)物吸收磷元素。而有機(jī)碳是生物脫氮和生物除磷的關(guān)鍵元素，如果污水中的有機(jī)碳不足以同時(shí)滿足脫氮和除磷的要求，特別缺少可以快速生物利用的有機(jī)碳時(shí)，碳源會(huì)被反硝化細(xì)菌和聚磷細(xì)菌爭(zhēng)奪利用，從而使得放磷反應(yīng)被印制。并且，BOD5/（TP）會(huì)顯著影響污水中磷元素的去除效果；而當(dāng)BOD5/（TP）太小時(shí)，在厭氧池釋放磷的同時(shí)，其釋放的能量就不能被聚磷菌完全利用來(lái)儲(chǔ)存易于生物利用的有機(jī)物，從而會(huì)使好氧池中的聚磷菌無(wú)法很好吸收污水中的磷元素，這樣尾水的磷濃度就會(huì)升高。實(shí)際運(yùn)行表明，當(dāng)BOD/TP＞17 時(shí)，才能取得良好的除磷效果。因此，在除磷時(shí)，BOD與TP之比宜大于17。

通過(guò)分析城東污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：當(dāng)BOD5/TP＞17，可滿足98.03%的保證率；但BOD5與TKN比值小于4時(shí)，會(huì)使脫氮反應(yīng)難以在污水中完全發(fā)生，從而會(huì)在系統(tǒng)中殘留一定的硝態(tài)氮。所以，雖然污水中BOD5與TP比值大于17，但系統(tǒng)中的生物除磷效果還是難以保證。因此，在脫氮、除磷同時(shí)進(jìn)行時(shí)，也要同時(shí)滿足BOD5與TKN之比大于4，BOD5與TP之比大于17的要求。而在綜合分析城東污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水中的有機(jī)物不足以滿足同步脫氮除磷的要求，所以，需考慮在缺氧段投加碳源。

4.3 分析B/C的比

微生物在合成新細(xì)胞的時(shí)候，會(huì)吸收利用污水中的可生物降解有機(jī)物，從而使污水中的COD（BOD）進(jìn)入微生物的細(xì)胞內(nèi)，然后在污泥和水分離過(guò)程中，COD（BOD）會(huì)伴隨著剩余污泥脫離系統(tǒng)[2]。在污水生物處理中，污水的可生化性是由BOD/COD來(lái)判斷。一般情況下，當(dāng)B/C＞0.3時(shí)，認(rèn)為污水具有可生化性；當(dāng)B/C＞0.58時(shí)，完全可生物降解；當(dāng)B/C=0.45～0.58時(shí)，生物降解性良好；當(dāng)B/C=0.30～0.45時(shí)，可生物降解；B/C＜0.3時(shí)，難生物降解。由以上分析進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)可以得出，當(dāng)B/C＞0.30時(shí)，可達(dá)到94.69%的保證率，進(jìn)水可生物降解。

5 污水處理的重要指標(biāo)分析

考慮在污水處理中，各種污染物的去除效果要求以及污染物的去除率、污水可生化性、BOD5/TN、BOD5/TP，下面對(duì)本工程中各種污染物的處理難易程度進(jìn)行判斷，以為后續(xù)的工藝設(shè)計(jì)提供參考和優(yōu)化。

5.1 BOD5

（1）本污水處理廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD5指標(biāo)為150 mg/L，出水BOD5≤10 mg/L，要求的出水BOD5的去除率≥93.3%。從目前常用的一些污水處理工藝來(lái)看，該項(xiàng)指標(biāo)在采用生物脫氮除磷工藝時(shí)可以達(dá)到。如果污水需要進(jìn)行硝化和反硝化處理時(shí)，二級(jí)處理單元出水的BOD5濃度應(yīng)不大于20 mg/L，當(dāng)處理比較完全時(shí)BOD5濃度常低于10 mg/L，所以BOD5的去除率大于90%。目前，很多的生物脫氮除磷工藝還往往體現(xiàn)出碳源不足，而自養(yǎng)型亞硝酸菌的比增長(zhǎng)速率很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于去除碳源的異養(yǎng)型微生物的比增長(zhǎng)速率，所以系統(tǒng)的污泥齡需要更長(zhǎng)、污泥負(fù)荷更低，在此條件下，才能使BOD5的去除率更高。

（2）為了保障本工程TN去除率的要求，本次工藝設(shè)計(jì)采用帶硝化反硝化的污水處理工藝。本項(xiàng)目若按穩(wěn)定達(dá)標(biāo)控制設(shè)計(jì)和運(yùn)行，根據(jù)一期、二期實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的出水BOD5基本都在10 mg/L以下，且實(shí)際出水最高值為10 mg/L，平均值為3.7 mg/L，最低值為2 mg/L；一期、二期采用的二級(jí)處理+三級(jí)處理工藝可以保證BOD5的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

5.2 CODCr

（1）在本次設(shè)計(jì)中，污水處理廠的進(jìn)水CODCr為350 mg/L，出水CODCr限值設(shè)計(jì)小于等于40 mg/L，CODCr的去除率為88.6%。對(duì)于一般的城鎮(zhèn)污水處理，硝化過(guò)程需延長(zhǎng)系統(tǒng)污泥齡，同時(shí)，也會(huì)顯著提高CODCr的去除率，因此，通常情況下，CODCr的去除不存在問(wèn)題。本項(xiàng)目一期、二期出水CODCr基本都在30 mg/L以下，只有少數(shù)幾天超出，實(shí)際出水最高值為31 mg/L，平均值為13.87 mg/L，最低值為3 mg/L，所以，CODCr出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）本工程對(duì)CODCr的排放要求是達(dá)到40 mg/L，因此，在常規(guī)的生物處理中，需要強(qiáng)化常規(guī)二級(jí)處理段，以提高CODCr的去除效果。本工程設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD5/CODCr=0.3，可生化性較好。綜上所述，本次設(shè)計(jì)污水處理工藝采用二級(jí)處理+深度處理工藝，能夠保證出水CODCr低于40 mg/L[3]。

（3）本工程要求出水CODCr＜40 mg/L，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求已經(jīng)很高。在正常運(yùn)行情況下，若采用“二級(jí)強(qiáng)化處理+深度處理工藝”，出水可保證達(dá)標(biāo)，但如果污水的來(lái)水量驟然增大，或水質(zhì)變化超出太多而造成沖擊負(fù)荷，則需加強(qiáng)運(yùn)行管理，并增加深度處理工藝（如高級(jí)氧化工藝）。所以，從運(yùn)營(yíng)角度考慮，CODCr是需要重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)。同時(shí)，CODCr還是國(guó)家節(jié)能減排考核的重要指標(biāo)。因此，在綜合考慮下，CODCr是本項(xiàng)目的重要去除目標(biāo)。

5.3 SS

（1）工程要求出水SS濃度小于10 mg/L，去除率≥95.0%，去除率較高。在一般的城市生活污水處理廠（SS值在200 mg/L左右），但僅通過(guò)沉淀工藝，SS就可去除90%左右，且在條件良好時(shí)，出水SS通常能維持在15～20 mg/L左右。同時(shí)，為保證出水TP不超過(guò)0.3 mg/L，出水SS必須低于5 mg/L。根據(jù)類似污水深度處理及供水處理經(jīng)驗(yàn)，在采用強(qiáng)化過(guò)濾的前處理措施（如二次加藥、保證混凝等）后可以滿足要求。本項(xiàng)目一期、二期出水SS基本都在10 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為10 mg/L，平均值為3.91 mg/L，最低值為2.56 mg/L，可穩(wěn)定達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）污水處理廠出水中懸浮物的濃度不僅與SS相關(guān)，而且還與BOD5、CODCr、TP和色度等指標(biāo)關(guān)系甚大。活性污泥絮體是懸浮物的主要組成成分，其內(nèi)部富含有機(jī)物、磷元素等，如果不能保證較低的出水SS，則會(huì)使出水的BOD5、CODCr、TN和TP的濃度相應(yīng)增大。一般來(lái)說(shuō)，1 mg/L出水SS含有：0.8～1.4 mg/L的CODCr、0.3～0.75 mg/L的BOD5、0.08～0.1 mg/L的TN、0.03～0.06 mg/L的TP。考慮到出水SS指標(biāo)的控制牽涉到BOD5、CODCr、TN和TP，所以，SS也是本工程處理的重點(diǎn)。

5.4 NH3-N

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)水NH3-N指標(biāo)為25 mg/L，出水NH3-N為2 mg/L，去除率要求≥92%。本項(xiàng)目一期、二期出水NH3-N基本都在5 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為4.59 mg/L，平均值為0.21 mg/L，最低值為0.06 mg/L，可穩(wěn)定達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。氨氮主要是在硝化反應(yīng)中被硝化去除，氨氮的硝化過(guò)程也是氨氮去除率能否達(dá)標(biāo)的決定性因素。因此，要保證出水NH3-N≦2 mg/L出水，必須滿足氨氮能完全硝化。本項(xiàng)目污水的可生化性較好，在保證曝氣供氧的條件下，NH3-N的去除可滿足要求，所以，不是處理難點(diǎn)。但NH3-N也是國(guó)家水污染物總量控制因子之一，是環(huán)保監(jiān)測(cè)考核的指標(biāo)。因此，NH3-N也是本工程的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。

5.5 磷酸鹽（即TP）

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)出水TP濃度小于0.3 mg/L，去除率≥92.5%。在碳源充足時(shí)，脫氮除磷下TP的生物去除率可達(dá)到75%，但達(dá)不到去除要求。所以，在充分考慮生物除磷的前提下，考慮化學(xué)除磷作為保障措施。在采用化學(xué)藥劑處理工藝的條件下，TP的出水達(dá)標(biāo)不是工藝難點(diǎn)，只需重點(diǎn)考慮節(jié)省藥劑費(fèi)用。本項(xiàng)目的一期、二期出水TP基本都在1.5 mg/L以下，實(shí)際出水最高值為1.28 mg/L，平均值為0.25 mg/L，最低值為0.05 mg/L；可穩(wěn)定達(dá)到出水水質(zhì)。在一期、二期中，采用了高效沉淀池強(qiáng)化去除TP，實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果良好，在本項(xiàng)目的三期設(shè)計(jì)中，仍考慮沿用高效沉淀池的工藝。但要滿足出水磷濃度低于0.3 mg/L的要求，還要嚴(yán)格控制出水SS的濃度。因此，TP也是本工程的重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)。

5.6 TN

（1）TN的去除主要依賴于進(jìn)水的有機(jī)物濃度、可生化性和B/N的比值，一般在碳源充足情況下，TN的去除率可達(dá)到80%，但還是與總磷的去除存在一定協(xié)調(diào)性，所以，這是污水處理廠在設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的難點(diǎn)。本項(xiàng)目的一期、二期原設(shè)計(jì)出水執(zhí)行現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值，對(duì)出水要求為TN≤12；在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，一期、二期出水TN≤12 mg/L，可達(dá)97.54%。而三期出水仍執(zhí)行新建城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放限值，對(duì)TN出水要求為TN≤12；考慮到國(guó)家水污染物總量控制要求，本設(shè)計(jì)推薦采用反硝化深床濾池強(qiáng)化TN的去除效果。

（2）當(dāng)進(jìn)水中的溶解性有機(jī)氨中存在較大比例的不可氨化的溶解性有機(jī)氨時(shí)，則總氮的去除率也會(huì)受到影響。本項(xiàng)目要求出水TN≤12 mg/L，去除率要求≥65.7%。但TN在低濃度的情況下，每提高1%的去除效率，其成本與難度均會(huì)增加。而TN指標(biāo)的控制對(duì)降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度有著重大意義，所以必須要嚴(yán)格控制該污染指標(biāo)。綜合考慮政策、環(huán)境、工藝、成本等多方面因素，對(duì)TN的去除設(shè)計(jì)是本工程處理的首要重點(diǎn)。因此，必須在二級(jí)生物處理、后續(xù)深度處理中協(xié)同考慮，如果能在二級(jí)生物處理中盡可能的完成對(duì)TN的去除，就必須保證在后續(xù)深度處理中有充分的原水碳源，但要相應(yīng)減少后續(xù)碳源的投加以節(jié)約成本。

綜合以上對(duì)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行分析，本次設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)是SS和TN，以及BOD5、CODCr、NH3-N和TP的去除工藝設(shè)計(jì)。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)污水處理廠的進(jìn)水量以及進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行分析，并結(jié)合分析結(jié)果，提出了下一步污水處理應(yīng)重點(diǎn)考慮的去除因子。