傅信黨，龔向紅

(義烏市水處理有限責任公司，浙江義烏 322000)

隨著《水污染防治行動計劃》(水十條)的深入開展，全面剿滅劣Ⅴ類水體已是當前的重點目標之一。由于污水處理廠出水直接影響水環(huán)境質量，而城鎮(zhèn)污水處理廠實行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準接近于地表劣Ⅴ類水，城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質迫切需要進一步提高。本文以義烏市佛堂污水處理廠為例，深入剖析城鎮(zhèn)污水廠通過工藝控制、提標改造和活性焦動態(tài)連續(xù)吸附(active coke continuous adsorption，ACCA)、活性焦多級吸附等深度處理措施，經過2017年8月的調試和探索，將城鎮(zhèn)污水處理廠出水由一級A標準提升至《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002 )準Ⅲ類標準，即將《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準的污染物指標(TN除外)執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002 )Ⅲ類標準，實現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠出水由原來的河道水環(huán)境“負擔”到激活水環(huán)境的源泉的轉變。

1 佛堂污水廠概況

佛堂污水廠位于義烏市佛堂鎮(zhèn)湖濱村，設計日處理規(guī)模為4萬t，進水主要為鎮(zhèn)區(qū)生活污水和鎮(zhèn)區(qū)內工業(yè)園區(qū)的印染、電鍍等工業(yè)廢水，以及部分的垃圾填埋場滲濾液，其中工業(yè)廢水約占總處理量的40%。佛堂污水廠一期工程(2萬t)于2009年10月投入運行，二期工程(2萬t)于2013年1月投入運行， 2015年完成提標改造工程，增加高效沉淀池、反硝化深床濾池等設施，提標改造后出水執(zhí)行國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。主要工藝流程如圖1所示。

2016年10月開始建設ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目，該項目于2017年7月通水調試，8月運行基本穩(wěn)定，該項目主要通過活性焦多級吸附法對污水處理廠出水進行深度處理，進一步提升污水處理廠出水水質。

2 佛堂污水廠工藝及提升至地表準Ⅲ類水標準存在的難點

佛堂污水廠原采用工藝：水解酸化池—AAO脫氮除磷處理工藝+高效沉淀池+反硝化深床濾池工藝，處理后污水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

圖1 佛堂污水廠工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Fotang WWTP

為進一步提升出水水質至準Ⅲ類標準，佛堂污水廠在原有處理工藝后端增加ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目，通過ACCA多級流動床吸附塔+除磷一體機的工藝技術組合，對CODCr、色度、TP等污染物進行有效的去除，如圖2所示。

活性焦是一種由焦炭粒、籃炭粒為原料生產的多孔含碳物質，結構和特性類似于煤質顆粒活性炭。與活性炭相比，它保留了活性炭的優(yōu)點：吸附性能良好，化學性能穩(wěn)定，能夠再生，可重復使用；同時，它又克服了活性炭生產成本高、易粉碎等缺點。活性焦具有比表面積相對較小、中孔發(fā)達的特點，對大分子有機物具有良好的吸附性能，活性焦在污水處理時，相較于活性炭具有更優(yōu)的吸附性能[1]。

圖2 ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目工藝流程圖Fig.2 Flow Diagram of ACCA Activated Coke Pilot Project with Multistage Adsorption & Regeneration Technology

活性焦再生工藝：吸附飽和的活性焦，通過高溫裂解(800 ℃)，再生系統(tǒng)將吸附在活性焦孔道內的有機污染物進行分解，此時的有機污染物轉化為甲烷、乙烷、碳氫化合物等成分，組成可燃氣體作為熱能利用，且活性焦的孔道重新打開，性能恢復接近100%，活性焦可循環(huán)使用，再生率約70%。

污水處理廠主要污染物排放標準如表1所示。出水從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準提升至《地表水質量標準》(GB 3838—2002 )中Ⅲ類水標準，主要難點在于CODCr、NH3-N、TP、SS等污染物排放指標的提升難度較大，同時，由于佛堂污水廠進水中含有較多的印染廢水，出水呈淡黃色，感官較差，這也是水質提升的一個難點。

3 佛堂污水廠工藝調整及深度處理措施

佛堂污水廠進水為生活污水、工業(yè)廢水和部分垃圾滲濾液的混合污水，其中工業(yè)廢水主要為印染、電鍍等行業(yè)廢水，占比約40%，進水可生化性較差。污水廠近3年進水濃度如表2所示。

表1 污水處理廠主要污染物排放標準

表2 佛堂污水廠近3年進水濃度統(tǒng)計表

根據(jù)水質提升至《地表水質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標準的要求，佛堂污水廠針對性地對各指標采取不同措施予以提升。

3.1 NH3-N

出水NH3-N需從一級A標準的5 mg/L提升至1 mg/L，根據(jù)佛堂污水廠工藝調整經驗，只需通過AAO池運行參數(shù)調整，即可達到NH3-N在1 mg/L以下(圖3)。

AAO工藝的運行，對溶解氧有較高的要求，缺氧和厭氧區(qū)需保持低溶解氧狀態(tài)，缺氧區(qū)溶解氧一般在0.5 mg/L以下，厭氧區(qū)一般在0.2 mg/L以下，好氧區(qū)溶解氧一般控制在2～3 mg/L。缺氧、厭氧池溶解氧過高，將抑制聚磷菌的釋磷和反硝化過程，影響生物脫氮除磷效果，而好氧段溶解氧過低，則會抑制聚磷菌吸磷和硝化過程，同時易引起二沉池厭氧釋磷，影響脫氮除磷效果[2]。佛堂污水廠通過調整曝氣量，調控好氧區(qū)4組廊道的溶解氧，將好氧區(qū)溶解氧控制在2～4 mg/L，通過降低好氧區(qū)末端廊道曝氣量，將好氧區(qū)末端溶解氧控制在2 mg/L左右(圖4)。通過合理的好氧區(qū)溶解氧濃度控制，可保障硝化反應的充分進行，確保出水NH3-N在1 mg/L以下。

3.2 BOD5

佛堂污水廠進水中工業(yè)水比例較高，進水BOD5濃度低，碳源不足，需額外投加碳源。經處理后出水BOD5在4 mg/L以下，符合《地表水質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標準要求(圖5)。

3.3 TP

為強化生物脫氮效果，往往會將部分污泥及混合液回流，但回流液中攜帶的硝酸鹽氮易造成厭氧環(huán)境破壞，使得生物除磷往往無法達到滿意效果，因此以化學除磷為輔，來實現(xiàn)TP的去除[3]。佛堂污水廠TP的去除，主要分為AAO池生物脫氮除磷和高效沉淀池、ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)的除磷一體機的化學除磷。

AAO池內生物除磷主要通過聚磷菌在厭氧條件下釋放磷酸鹽于環(huán)境中，在好氧條件下，從外部過量攝取磷酸鹽以聚合態(tài)儲藏在體內，形成高磷污泥，再通過剩余污泥排放達到除磷的效果。

圖3 佛堂污水廠8月NH3-N情況Fig.3 NH3-N List of Fotang WWTP in August

圖4 溶解氧在曝氣池中的對比圖Fig.4 Contrast Diagram of Dissolved Oxygen in Aeration Tank

圖5 佛堂污水廠8月BOD5情況Fig.5 BOD5 List of Fotang WWTP in August

影響生物除磷的工藝參數(shù)主要有溶解氧、外回流比和污泥齡等，根據(jù)佛堂污水廠運行調整經驗，厭氧區(qū)溶解氧控制在0.2 mg/L以下，好氧區(qū)在2～4 mg/L，外回流比約70%，考慮脫氮除磷的整體效果，污泥齡一般控制在15 d左右，生化池污泥濃度控制在3 000～3 500 mg/L，即可達到較為理想的脫氮除磷效果。

化學除磷主要包括四個步驟：凝聚作用、絮凝作用、沉淀反應和固液分離。將金屬無機鹽藥劑加入污水中使其與磷酸鹽反應，形成非溶解性的微顆粒物質。同時，非溶解性的細小固態(tài)物質會相互黏結、壓縮，微顆粒表面雙電層發(fā)生一系列電化學反應，進行交聯(lián)、網捕、吸附等的物理化學過程，與污水中的可絮凝物質聚集成更大的絮體，使沉淀物顆粒體積有所增大，導致穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn)，再通過固液分離達到化學除磷的目的[4]。

高效沉淀池主要是通過投加助凝劑(PAC)和絮凝劑(PAM陰離子)，經過快混池、絮凝沉淀反應池、高效沉淀濃縮池、撇渣管、污泥回流及污泥排放系統(tǒng)等，使處理藥劑與水中的污染物充分混合、反應，并經斜板沉淀后去除水體中的污染物。通過調整PAC和PAM的投加比例和污泥回流量等參數(shù)，能很好地控制高效沉淀池的運行效果[5]。

ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)除磷一體機的助凝和混凝部分與高效沉淀池類似，主要區(qū)別在于懸浮物的去除方式。該項目所采用的是氣浮法，形成水-氣-顆粒三相混合體系，顆粒黏附氣泡后，形成密度小于水的絮體，從而上浮到水面，形成浮渣層被刮除，實現(xiàn)固液或者液液分離的過程。氣浮除磷主要目的在于加強磷的去除，對有機物、細菌及微污染物也有較好的去除效果[6]。

佛堂污水廠總磷經過AAO池生化除磷+高效沉淀池+ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)處理后，出水總磷在0.2 mg/L以下，符合《地表水質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標準(圖6)。

為進一步研究ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)對TP的去除效果，對ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)除磷一體機進行深入調整，佛堂污水廠進入ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)的進水TP濃度雖然有所波動，但系統(tǒng)出水TP可穩(wěn)定在0.1 mg/L以下，達到《地表水質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標準(圖7)。

3.4 CODCr

佛堂污水廠進水條件較為復雜，工業(yè)廢水中含有較多溶解性難降解的CODCr，佛堂污水廠采用活性焦吸附作為去除CODCr的深度處理工藝。佛堂污水廠進水經過水解酸化池+AAO池生化處理后，二沉池出水CODCr在40～60 mg/L，經高效沉淀池+反硝化深床濾池處理后，出水CODCr一般在30～50 mg/L，再通過ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)進行吸附處理，出水CODCr能穩(wěn)定在20 mg/L以下，其中ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)對CODCr的去除效果十分明顯(圖8)。

圖6 佛堂污水廠8月TP情況Fig.6 TP List of Fotang WWTP in August

圖7 佛堂污水廠ACCA活性焦系統(tǒng)TP調試情況Fig.7 Test of TP for ACCA Activated Coke System in Fotang WWTP

圖8 佛堂污水廠8月CODCr情況Fig.8 CODCr List of Fotang WWTP in August

3.5 色度

佛堂污水廠進水中印染、電鍍廢水較多，出水顏色呈淡黃色，感官較差，其中的色度多為不可生物降解或難于降解的物質。佛堂污水廠出水經ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)處理后，色度有明顯的去除，出水基本呈無色透明狀(圖9)。

圖9 ACCA活性焦系統(tǒng)前后色度對比圖Fig.9 Chroma Contrast before and after ACCA Activated Coke System

3.6 TN

佛堂污水廠進水成分復雜，工業(yè)廢水比重高，并含有部分垃圾滲濾液，進水碳源不足，TN的去除一直是佛堂污水廠運行的一個難點。佛堂污水廠TN去除主要通過AAO池脫氮除磷系統(tǒng)和反硝化深床濾池進行。在AAO池的工藝運行中，因去除NH3-N的需要，AAO池整體溶解氧偏高，同時，進水碳源不足，導致TN去除率偏低。佛堂污水廠通過在AAO池缺氧池和反硝化深床濾池分別投加50%乙酸作為補充碳源，達到去除TN的目的。目前出水TN尚無法達到《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水(TN≤1.0 mg/L)標準，但根據(jù)不同的進水濃度、溫度、工藝運行參數(shù)和碳源投加量等因素，出水TN可控制在10 mg/L以下(圖10～圖11)。

圖10 佛堂污水廠16年11月～17年8月進出水TN情況Fig.10 TN List of Fotang WWTP from November 2016 to August 2017

圖11 佛堂污水廠8月TN情況Fig.11 TN List of Fotang WWTP in August

3.7 重金屬

佛堂污水處理廠經AAO池生化處理以及高效沉淀池、反硝化深床濾池和ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)處理后，出水重金屬指標符合《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水標準，如表3所示。

3.8 佛堂污水廠8月進、出水水質情況

佛堂污水廠8月進、出水(出水為ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目出水)情況如表4所示。

表3 佛堂污水廠出水部分重金屬情況

注：以上數(shù)據(jù)引用義烏市環(huán)境保護監(jiān)測站義環(huán)監(jiān)(2017)水字第173號監(jiān)測報告

表4 佛堂污水廠8月進、出水水質情況

4 技術經濟可行性分析

ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目作為佛堂污水廠水質提升的重要組成部分，對CODCr、色度、總磷和重金屬等污染物的去除效果十分顯著，該項目噸水處理費用約0.52元/t。

表5 ACCA活性焦多級吸附再生技術試驗項目運行費用

污水處理廠執(zhí)行一級A標準的排放水質仍低于功能區(qū)水質，是導致水環(huán)境質量得不到改善和水質惡化的原因之一。執(zhí)行功能區(qū)相應的地表水準Ⅲ標準，可以為受納水體提供優(yōu)質的補充水源，對恢復和改善水環(huán)境具有重要意義。佛堂污水廠執(zhí)行地表水準Ⅲ標準的出水可作為高品質再生水應用于多個領域，無需另建中水處理設施，目前噸水處理成本(不含人工和折舊費)為1.36元，與同一地區(qū)自來水相比，佛堂污水廠的出水作為再生水具有經濟優(yōu)勢。綜上所述，佛堂污水廠執(zhí)行地表水準Ⅲ標準，可進一步改善當?shù)睾拥郎鷳B(tài)水體，提高水資源利用率，在技術和經濟層面上可行，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

5 結論

(1)佛堂污水廠通過AAO池工藝參數(shù)的調整，NH3-N可控制在1 mg/L以下，達到《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水標準。

(2)佛堂污水廠通過AAO池生化工藝參數(shù)調整，再配套高效沉淀池、反硝化深床濾池和ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)等物化處理設施，出水TP控制在0.2 mg/L以下，CODCr控制在20 mg/L以下，達到《地表水環(huán)境質量標準》Ⅲ類水標準，其中ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)對CODCr的去除效果十分明顯。

(3)通過ACCA活性焦多級吸附系統(tǒng)，可明顯降低出水色度，出水基本呈無色透明狀。

(4)根據(jù)佛堂污水廠現(xiàn)有的工藝調控手段，出水TN尚無法達到地表Ⅲ類水標準，但根據(jù)不同的進水條件、水溫、碳源投加量和工藝參數(shù)調整等，出水TN可控制在10 mg/L以下。

(5)佛堂污水廠通過工藝調控、高效沉淀池和反硝化深床濾池等提標改造工程、ACCA活性焦多級吸附再生試驗項目等深入探索，出水主要指標達到《地表水環(huán)境質量標準》準Ⅲ類水標準，為城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質提升至《地表水環(huán)境質量標準》準Ⅲ類水提供了現(xiàn)實可行的案例。

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