李其光，徐 文，趙連勤

（水發(fā)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

隨著污水處理技術(shù)水平的提高，污水處理有多種工藝可供選擇，由于經(jīng)濟(jì)條件、自然特征、地形地質(zhì)、水環(huán)境容量等因素，我國(guó)不同地區(qū)采用的污水處理工藝有一定區(qū)別。污水處理廠工藝的選擇，直接關(guān)系到建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用、處理效果、占地面積等關(guān)鍵問(wèn)題[1]。因此，在進(jìn)行污水處理廠工藝選擇時(shí)，需要切合實(shí)際地選擇合理的處理工藝。

本次調(diào)研選取水發(fā)集團(tuán)分布在山東省的5座污水處理廠進(jìn)行研究分析，對(duì)主體工藝存在的共性問(wèn)題進(jìn)行梳理，分析污水廠工藝的選擇與污水處理廠全年進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)（COD、BOD5、SS、TN、TP、NH3-N 等）運(yùn)行數(shù)據(jù)，提出污水處理廠工藝選擇與提標(biāo)改造的工程技術(shù)建議。

1 山東省污水處理現(xiàn)狀

1.1 山東省污水廠現(xiàn)狀

截至2019 年11 月底，山東省共建設(shè)運(yùn)行城市污水處理廠318 座，形成污水處理能力1 619 萬(wàn)t/d。2019 年1～11 月，全省城市污水處理廠共處理城市污水達(dá)45.81 億t[2]，其中絕大部分采用A/A/O與氧化溝工藝。

1.2 進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)

選取位于濟(jì)南市、濰坊市、菏澤市、淄博市、濱州市的5 座污水廠，統(tǒng)計(jì)了進(jìn)水主要污染物濃度的數(shù)據(jù)范圍，研究了污水的生化性和C、N、P的比例，具備山東省內(nèi)污水處理廠運(yùn)行狀況的代表性。

1）進(jìn)水BOD5/TN 分析。5 座污水廠進(jìn)水年平均BOD5/TN 范圍為2.5～2.8，影響了反硝化效果，需要投加碳源，增加了運(yùn)行成本。

2）進(jìn)水BOD5/TP 分析。5 座污水處理廠月平均BOD5/TP 變化范圍為12.3～30.2，由于在小于20 的情況下達(dá)不到生物除磷的要求，需輔助化學(xué)除磷，增加了運(yùn)行成本。

3）進(jìn)水BOD5/COD 分析。根據(jù)工業(yè)廢水比例，一般低于25%的污水生化性較好，在小于4的情況下，需延長(zhǎng)厭氧段停留時(shí)間或增加深度處理，增加了運(yùn)行成本。

綜上分析，山東地區(qū)污水主要特征為：混雜工業(yè)廢水導(dǎo)致生化性偏低、碳氮比與碳磷比偏低不利于生化脫氮除磷、必要時(shí)的物化處理導(dǎo)致污泥產(chǎn)生量偏大[3]。

2 新建城區(qū)污水處理工藝選擇依據(jù)

2.1 工藝選擇依據(jù)

城市污水處理工藝的優(yōu)化選擇是工程界面臨的首要問(wèn)題。根據(jù)污水水質(zhì)水量特征，結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，進(jìn)行多方面比較，選出最優(yōu)的處理工藝[4]。主要依據(jù)有：

1）進(jìn)水水質(zhì)。生活污水水質(zhì)通常比較穩(wěn)定，如混有工業(yè)廢水應(yīng)根據(jù)比例進(jìn)行工藝調(diào)整，必要時(shí)增加物理或化學(xué)方法的預(yù)處理。

2）污水處理效果。原則上取決于污水水質(zhì)特征、處理后排放標(biāo)準(zhǔn)和納污水體的自?xún)裟芰Α?/p>

3）投資費(fèi)用與施工難易程度。在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)前提下，工程施工的難易程度也是選擇工藝流程的影響因素之一。如山區(qū)、丘陵等地質(zhì)條件差的地方，就不適宜選用深度大、地埋式的構(gòu)筑物。

4）當(dāng)?shù)氐淖匀缓蜕鐣?huì)條件。如高緯度寒冷地區(qū)，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)拇胧┖螅诘蜏丨h(huán)境下也能夠正常運(yùn)行。

5）污水水量的穩(wěn)定性。對(duì)于水量、水質(zhì)變化大的污水，應(yīng)考慮設(shè)立調(diào)節(jié)池等緩沖設(shè)備或者SBR 等工藝。

2.2 建設(shè)造價(jià)費(fèi)用構(gòu)成

污水處理廠的建設(shè)造價(jià)受地質(zhì)條件、工程規(guī)模、排放標(biāo)準(zhǔn)等因素影響較大，其變化規(guī)律也不易掌握，但在主體工藝類(lèi)型相近的情況下，各單項(xiàng)構(gòu)筑物造價(jià)與總造價(jià)的比例有一定的規(guī)律性。

根據(jù)近來(lái)設(shè)計(jì)建造污水處理廠工程的造價(jià)分析資料，初沉池、厭氧池或水解酸化、好氧池、二沉池、脫水機(jī)房及廠區(qū)布置的工程造價(jià)占整個(gè)污水處理廠造價(jià)的75%左右，其中好氧池由于設(shè)有曝氣系統(tǒng)，其造價(jià)約占污水處理廠造價(jià)的20%。

2.3 建設(shè)投資的估算

根據(jù)《全國(guó)市政工程投資估算指標(biāo)》與《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)·第10 冊(cè)·技術(shù)經(jīng)濟(jì)》污水處理廠綜合指標(biāo)，并結(jié)合山東省國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控污水廠建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際工程投資結(jié)算情況，歸納得出一級(jí)A 污水處理廠造價(jià)公式如下：

式中：C 為污水廠總造價(jià)，萬(wàn)元，但不包括征地拆遷費(fèi)、漲價(jià)預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期貸款利息，設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備；Q 為設(shè)計(jì)平均日處理污水量，×104m3/d。

3 污水廠運(yùn)行成本分析

選取水發(fā)集團(tuán)3 座污水處理廠進(jìn)行運(yùn)行成本分析，主要包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)及其他費(fèi)用。

3.1 人工費(fèi)

參照城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行管理考核標(biāo)準(zhǔn)，二級(jí)處理的城市污水處理企業(yè)的勞動(dòng)定員指標(biāo)一般在2.5～15 人/（萬(wàn)m3/d）計(jì)[5]。根據(jù)公布的2019年山東省城市平均工資水平在5 500 元/月/人，則可計(jì)算人工成本為 0.046～0.275 元/m3，3 座污水廠的人工成本在合理范圍內(nèi)，見(jiàn)表1。

表1 人工成本對(duì)比分析

3.2 電費(fèi)

二級(jí)污水處理企業(yè)正常電耗指標(biāo)在0.17～0.42 kW·h/m3。根據(jù)山東省 2019 年階梯電價(jià)0.85 元/kW·h，則電費(fèi)成本范圍為：0.145～0.358 元/m3。3 座污水廠的電費(fèi)成本在合理范圍內(nèi)[5]，見(jiàn)表2。

表2 電費(fèi)成本對(duì)比分析

3.3 藥劑費(fèi)

污水處理廠的藥劑大部分為投加的碳源、絮凝沉淀與污泥脫水機(jī)使用的聚丙烯酰胺、污泥板框壓濾機(jī)脫水用的三氯化鐵及氧化鈣、出水消毒藥劑。不同的污泥處理設(shè)備藥劑成本如下：

1）污水處理廠普遍存在著碳源不足的問(wèn)題，通常采用外加碳源。根據(jù)幾種常用碳源的COD 當(dāng)量值，確定碳源噸水運(yùn)行成本：甲醇0.077 5 元/t；乙酸 0.169 元/t；乙酸鈉 0.222 元/t；葡萄糖 0.199 元/t。

2）污泥脫水藥劑為陽(yáng)離子聚丙烯酰胺PAM，每噸干污泥含有PAM 為0.6%，實(shí)際價(jià)格約為3 萬(wàn)元/t，則污泥脫水劑的投加成本為0.018～0.021 6 元/m3。

3）板框壓濾機(jī)脫水使用的三氯化鐵和氧化鈣。三氯化鐵投用量按干污泥的10%，單價(jià)按800 元/t 計(jì)算（工業(yè)級(jí)有效含量為43%），則三氯化鐵的投加成本為0.008～0.009 元/m3。氧化鈣單價(jià)為 450 元/t，則投加成本為 0.014～0.016 元/m3。因此板框壓濾機(jī)脫水劑成本為0.022～0.025 元/m3（濾布清洗與更換暫時(shí)不計(jì)）。

4）城市污水消毒的方法有：紫外線、二氧化氯、液氯。紫外線消毒運(yùn)行成本約為0.008 元/m3，加氯消毒運(yùn)行成本約為0.065 元/m3，見(jiàn)表3。

表3 三家污水廠藥劑費(fèi)成本 元/t

目前污水廠大部分以投加乙酸鈉為主，參照A 污水廠工業(yè)進(jìn)水占比為80%，根據(jù)實(shí)際情況加以修正，計(jì)算污水處理廠的藥劑費(fèi)用為0.124 5～0.397 8 元/m3。

3.4 管理費(fèi)用

污水處理管理費(fèi)用可按人員工資成本的10%計(jì)算，可計(jì)算管理費(fèi)成本為0.004 6～0.055 元/m3污水。

3.5 設(shè)施與設(shè)備的維護(hù)、維修成本

主要用于設(shè)備、設(shè)施的維護(hù)、修理、更換，成本約為 0.08 元/m3污水。

3.6 其他費(fèi)用

包括用于清潔構(gòu)筑物、路面、用水消耗、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)費(fèi)等，成本約為0.015 元/m3污水。

3.7 運(yùn)行成本計(jì)算

選取二級(jí)污水廠常規(guī)A/A/O 工藝為代表，結(jié)合運(yùn)行正常的污水廠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，二級(jí)污水處理廠年運(yùn)行費(fèi)用（經(jīng)營(yíng)成本）利用如下公式計(jì)算：

式中：C 為污水廠總運(yùn)行成本，萬(wàn)元；Q 為設(shè)計(jì)平均日處理污水量，×104m3/d。

4 污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)分析

通過(guò)對(duì)5 座污水處理廠近一年的各項(xiàng)進(jìn)出水指標(biāo)進(jìn)行匯總，具體如下：

1）各項(xiàng)出水指標(biāo)均符合一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)，pH值在7 左右。符合運(yùn)行與出水標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表4。

表4 進(jìn)出水水質(zhì)平均值與去除率

2）通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的月度分析，說(shuō)明進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動(dòng)越小，總體去除率越高。對(duì)不同的處理單元進(jìn)行分析，粗細(xì)格柵的去除效果基本不受進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)影響；在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下氨氮的出水水質(zhì)也存在較大的波動(dòng)[6]；根據(jù)COD 結(jié)果分析，A/A/O 工藝的脫氮除磷效果明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的出水水質(zhì)。因此，合理地根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)設(shè)置最優(yōu)的運(yùn)行參數(shù)，盡可能減小水質(zhì)波動(dòng)是污水處理廠出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的重要因素[6]。

3）污水處理廠的運(yùn)行和出水與眾多因素都息息相關(guān)，對(duì)處理工藝的選擇應(yīng)遵循合理和實(shí)際的原則，不僅要對(duì)處理規(guī)模和排放要求進(jìn)行考慮，更要符合適應(yīng)周邊的景觀用水和中水回用的要求，根據(jù)受納水體的實(shí)際情況選擇合理的深度處理工藝。

5 提標(biāo)改造的工藝選擇

山東省污水處理廠已基本完成一級(jí)B 到一級(jí)A 的提標(biāo)，目前部分地區(qū)要求執(zhí)行類(lèi)地表IV類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。本次通過(guò)對(duì)提標(biāo)改造的污水廠方案選取與效果分析，提出了常見(jiàn)的問(wèn)題及解決方法。通過(guò)對(duì)污水廠出水水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)COD、BOD5、NH3-N、SS 去除率較高，但 TP、TN 無(wú)法達(dá)到類(lèi)地表IV 類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，若需對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行工藝進(jìn)行改造。其中TN 的去除是制約污水處理廠提標(biāo)改造的難點(diǎn)[7]。另外，早期排放標(biāo)準(zhǔn)較低以及原工藝效率降低，使得脫氮除磷無(wú)法滿足當(dāng)前的要求，若要提高出水水質(zhì)，需要對(duì)原有工藝進(jìn)行提標(biāo)改造。

5.1 提標(biāo)改造技術(shù)原則

改造工藝與新建工藝不同，要在挖掘現(xiàn)有污水處理廠潛能的前提下，新舊結(jié)合采取不同措施。要以“先功能定位，后單元改造；先優(yōu)化運(yùn)行，后工程措施；先內(nèi)部碳源，后外加碳源；先生物除磷，后化學(xué)除磷”的技術(shù)原則[7]。

5.2 提標(biāo)改造中存在的問(wèn)題及解決方案

5.2.1 污水處理廠進(jìn)水碳源不足

進(jìn)水C/N 比較低是污水處理廠的普遍現(xiàn)象，因此提高進(jìn)水碳源的利用率對(duì)提高TN 的出水指標(biāo)及降低污水廠運(yùn)行成本有重要影響。

解決措施：采用分段曝氣，即在工藝前增加了污泥選擇區(qū)，好氧—缺氧效果交替產(chǎn)生，提高好氧段同步硝化—反硝化的效果。內(nèi)回流液的溶解氧過(guò)高也會(huì)影響缺氧池的反硝化效果，可適當(dāng)減小好氧池出水口附近的曝氣。

5.2.2 強(qiáng)化脫氮工藝

1）增加反硝化濾池。通過(guò)對(duì)二沉池出水檢測(cè)，硝態(tài)氮濃度高，氨氮濃度低，因此通過(guò)增加反硝化濾池并投加碳源，可繼續(xù)提高反硝化去除率。

2）優(yōu)化AAO 工藝。現(xiàn)有曝氣池中出現(xiàn)DO濃度較高或者曝氣不均勻，直接影響缺氧池的反硝化效果，因此通過(guò)設(shè)置獨(dú)立的缺氧區(qū)，增加水力停留時(shí)間，提高內(nèi)回流比。并根據(jù)進(jìn)水氨氮濃度，合理控制曝氣，避免回流硝化液中DO 濃度過(guò)高而引起的碳源利用率下降[7]。也可采用投加MBBR 工藝，增加硝化—反硝化菌的含量，提高脫氮效率。

5.2.3 強(qiáng)化生物除磷工藝

大多數(shù)污水廠生物除磷效果一般，因此通過(guò)強(qiáng)化生物除磷，減少化學(xué)除磷藥劑的投加，對(duì)減低運(yùn)行費(fèi)用至關(guān)重要。主要改造方案如下：

1）設(shè)置化學(xué)除磷池。根據(jù)厭氧池出水的磷濃度，控制除磷劑的投加量，TP 濃度較低的污水在進(jìn)入好氧池進(jìn)行生物富集從而達(dá)到對(duì)磷的進(jìn)一步去除。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析得出，化學(xué)除磷池在COD/P=37.5、pH=9 的工況下，效果最好。

2）設(shè)置絮凝池和高效（斜管）沉淀池，可有效避免化學(xué)除磷藥劑的投加對(duì)生物除磷的抑制。

6 建 議

通過(guò)對(duì)山東省5 座污水處理廠運(yùn)行分析，提出以下建議：

1）污水處理廠應(yīng)充分結(jié)合來(lái)水水質(zhì)特征、納污河道及其環(huán)境特性，選擇合理的工藝路線，最大限度地實(shí)現(xiàn)出水的達(dá)標(biāo)穩(wěn)定性、高效性、經(jīng)濟(jì)性的要求。

2）在進(jìn)行前期論證時(shí)，應(yīng)考慮到污水廠產(chǎn)生量、管道和負(fù)荷量的變化，使實(shí)際處理規(guī)模與設(shè)計(jì)規(guī)模的產(chǎn)能利用率達(dá)到合理水平。

3）在提標(biāo)改造過(guò)程中，不要盲目選擇改造工藝，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況并結(jié)合原有工藝進(jìn)行充分論證，使新增加的提標(biāo)工藝與原有工藝實(shí)現(xiàn)承上啟下及工藝流程的統(tǒng)一性和合理性。

4）基于降低TN 的技術(shù)難點(diǎn)，日后工作應(yīng)該深入研究污水處理廠碳源不足的條件下，既能降低污水處理廠的碳源投加成本，又能提高TN 的去除效果。

5）繼續(xù)開(kāi)展提高生物除磷的研究（目前生物除磷只能控制到1 mg/L 左右），降低化學(xué)除磷工藝的使用比例，在保證TP 出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的前提下減少污水處理廠運(yùn)行成本。