太湖流域污水處理廠氮磷去除現狀及效能的研究

高洋　程潔紅

摘要：調研了沿江蘇省太湖流域周邊的具備脫氮除磷工藝的城鎮污水處理廠，選取其中具有代表性的12家污水處理廠，對其進水水質特性、氮磷的去除效果、提標改造的措施及處理成本進行了分析。發現污水廠進水B/N值范圍為1.75～4.78，B/N值在4以下的概率為67.7%，表明太湖流域超過半數污水處理廠B/N比較低，脫氮碳源不足。出水達標的污水處理廠出水TP、NH₃-N和TN濃度分別控制在0.31 mg/L、3.84 mg/L和13.1 mg/L以下，表明大部分污水廠脫氮除磷完全能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918-2002）》一級A標準。各廠全年平均出水TP、NH₃-N和TN濃度分別能低于一級A標準限值的38%、23.2%和12.7%，TP、NH₃-N和TN去除效果最佳時分別能低于一級A標準限值的88%、94%和63.3%，表明在工藝穩定運行的條件下，通過提標改造，污水廠具有生物脫氮除磷的潛力。污水廠保證滿負荷運行能降低污水處理成本；良好的運行管理也能降低成本。

關鍵詞：城鎮污水處理廠；進水水質；氮磷去除；太湖流域

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-7394（2016）02-0055-06

2007年太湖藍藻事件后，要求江蘇省太湖流域污水廠排放必須達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB 18918-2002）》一級A標準。至2010年底，太湖流域城鎮污水處理廠提標改造工程已全面完成，大部分污水廠基本能達到一級A標準。但是，隨著經濟發展以及人們對流域環境要求不斷提高，太湖流域環境治理要求也愈發嚴格。2013年江蘇省出臺了《江蘇省“十二五”城鎮污水處理建設規劃》，確定了江蘇全省城市（縣城）污水處理率要達90%以上，其中集中處理率達75%以上的目標。同時在加強城鎮污水處理設施建設方面，規劃明確：充分發揮現有處理設備、工藝和運行管理潛力，進一步提高處理效率。為盡早達到太湖水質達到Ⅳ類水標準的目標，再提高污水處理廠尾水排放標準是未來趨勢。而多數污水廠在征地面積難以擴大、新建處理工藝可能性極小的情況下，提高現有處理設備、工藝和運行管理潛力尤為必要。在此前提下，調研了太湖流域的城鎮污水廠進行分析、總結。

本文從調研的太湖流域城鎮污水廠中選取了不同工藝、不同處理規模的、具有代表性的12家城鎮污水處理廠，分布于常州、無錫、蘇州等地區，這些污水廠的出水是排入太湖的上游地區。對這些污水處理廠的進水水質特性、氮磷的去除效果、提標改造的措施及處理成本進行了分析，分析其脫氮除磷的潛力，為進一步提高城鎮污水處理廠的生物脫氮除磷效能和運行管理提供工程應用數據。

1 污水廠進水水質特性

1.1 碳氮比

太湖流域12家污水處理廠2013年進水B/N年平均值如圖1所示。一般認為，BODJTN值（簡稱B/N值）>4即可認為污水中有足夠的碳源供反硝化菌利用，無需外加碳源。由圖可知B/N值為1.75～4.78，進水B/N值在4以下的的概率為67.7%，表明太湖流域超過半數污水處理廠B/N值較低，生物脫氮的碳源不足。

1.2 碳磷比

太湖流域12家污水處理廠2013年進水B/P年平均值如圖2所示。生物除磷主要取決于污水中的易降解COD含量，BOD₅/TP值（簡稱B/P值）可用于判斷是否適宜采用生物除磷，一般最低不宜低于20。由圖可知B/P值為16.7～53.2，進水B/P值達20以上的概率為83.3%。表明太湖流域污水處理廠普遍B/P值較高，生物除磷的碳源較為充足。

1.3 B/C比

太湖流域12家污水處理廠進水BOD₅/COD_Cr年平均值（簡稱B/C值）為0.18～0.56，進水B/C值達0.3以上的概率為83.3%。根據國內外研究結果，B/C值在0.3～0.45時可生化性較好，表明太湖流域污水處理廠普遍可生化性較好，使用生物處理的方法能達到較好的污染物去除效果，尤其是高B/C值利于生物除磷。

2 污水廠氮磷的去除效果

2.1 磷的去除效果

太湖流域12家污水處理廠2013年二沉池出水TP濃度、總出水TP濃度、月出水TP濃度范圍及出水TP濃度的月最優值（污染物去除最低值）如表1所示。

由表可知，太湖流域12家污水處理廠大部分生物除磷效能較好，二沉池出水TP濃度控制在1.00 mg/L以下的污水廠占75%，其中WJCQ和LYEW兩廠二沉池出水TP濃度甚至能達到0.16mg/L以下。而WJCQ廠沒有深度處理工藝和化學除磷，LYEW廠雖然有深度處理工藝，但沒有化學除磷，因此，上述兩家污水廠在未經深度處理或投加輔助藥劑的情況下便已經遠低于一級A標準中的濃度限值（0.5 mg/L）。磷達標排放的污水處理廠出水TP濃度均控制在0.31 mg/L以下，低于一級A標準0.5 mg/L的38%；除磷效果最好的污水廠是LYEW廠，出水TP濃度更是能降低至0.08mg/L，低于一級A標準限值的88%。由此可見，經過提標改造后，大部分污水廠能夠控制磷的達標排放，并且在成熟的工藝技術和較好的運行管理條件下，污水廠具有進一步降低TP濃度的潛力。

1.2 氮的去除效果

太湖流域12家污水處理廠2013年總出水NH₃-N濃度、總出水TN濃度、月出水NH₃-N濃度范圍、月出水TN濃度范圍、NH₃-N濃度的月最優值及TN濃度的月最優值如表2所示。

由表2可知，太湖流域12家污水廠出水NH₃-N和TN濃度除QY廠以外，出水NH₃-N和TN濃度均能達標排放。氮達標排放的污水廠全年總出水NH₃-N濃度均能控制在3.84mg/L以下，低于一級A標準5mg/L（夏季標準）的23.2%；氨氮去除效果最好的污水廠是LJ廠，出水NH₃-N濃度更是能降低至0.30mg/L，低于一級A標準限值的94%。氮達標排放的污水廠全年總出水TN濃度均能控制在13.1mg/L以下，低于一級A標準15mg/L的12.7%；TN去除效果最好的污水廠是ZH廠，出水TN濃度更是能降低至5.50 mg/L，低于一級A標準限值的63.3%。相較于NH₃-N的去除而言，TN的去除效果只是基本保證達標，表明TN的去除是污水廠普遍面臨的難點。由此可見，提標改造后大部分污水廠不僅能夠控制氮的達標排放，而且在成熟的工藝技術和較好的運行管理條件下，能夠遠低于一級A標準，表明污水廠具有進一步達到更嚴格的NH₃-N和TN濃度限制值的潛力。

3 污水廠的提標改造措施

3.1 對磷進一步去除的措施

太湖流域12家污水廠普遍采用生物除磷和化學除磷的方式，這是由于生物除磷在冬季水溫低很難保證達標排放，因此需要化學除磷進行補充。而二沉池出水中的SS一般波動較大，會導致TP去除率不穩定。深度處理工藝的新建主要是為了去除二級處理中難以去除的sS和投加混凝劑進一步去除TP。太湖流域12家污水廠大部分均已完成提標改造，增設的深度處理單元如表3所示。

由表3可知，大部分污水處理廠的深度處理工藝是通過投加混凝劑進行混凝，進一步化學除磷，產生的懸浮物再進行沉淀、過濾去除。污水廠投加的化學除磷藥劑主要有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵和聚合硫酸鋁鐵三類，過濾懸浮物主要依靠濾布濾池、D型濾池或V型濾池。其中，JB和LYEW廠沒有投加藥劑進行化學除磷，是由于上文中已提到這兩所污水廠的生物除磷效果較好，已經能穩定達到一級A標準，不需要化學除磷。另外，WJCO廠未進行提標改造，無深度處理單元，但除磷效果仍然好，主要是由于其進水碳源充足、ss濃度低，并且該廠在氧化溝主體工藝前設置有前置缺氧區，不僅反硝化除磷效果明顯，而且前置缺氧反硝化可降低硝態氮濃度，有利于厭氧區對低DO的要求。

3.2 對氮進一步去除的措施

上述太湖流域12家污水廠對氮的去除通常采用A²/O工藝和氧化溝工藝，但這些工藝運行后存在冬季脫氮效果差、反硝化效果差等問題，加上進水碳源不足，造成氮去除率低。針對上述問題，污水廠進行強化生物脫氮，主要是通過生反池的改建和工藝參數的調整達到提高脫氮的效率。太湖流域12家污水處理廠強化生物脫氮的措施如表4所示。

由表4可知，污水處理廠進一步去除氮的措施多種多樣，主要是取消初沉池、設置預缺氧池、分段多點進水、多點回流、延長泥齡等措施提高脫氮效率。太湖流域12家污水處理廠大部分脫氮碳源不足，很難實現較好的生物脫氮效能，采取取消初沉池，增加分段多點進水的措施，達到充分利用內碳源、提高碳源利用率的目的。污水廠提標改造中，增加缺氧區和好氧區容積，使得停留時間延長，能強化硝化和反硝化反應。生反池中的厭氧段和缺氧段通常分為幾個區間，將厭氧段其中一個區間改造為厭氧/缺氧過渡區，即通過設置多點回流，在生物除磷效果較好的情況下使混合液通過內回流同時進入缺氧段和厭氧段的一個區間，強化缺氧區反硝化脫氮的效果。同理，上述也有污水廠如QT廠，設置了缺氧/好氧過渡區，可合理調整運行工藝以適應不同季節的運行要求。將A²/O生反池設計成氧化溝池型，可使生反池具備混合循環、耐沖擊負荷等特點。在A²/O或氧化溝工藝生反池之前增設預缺氧池，即回流污泥在進入厭氧段之前先進人預缺氧池進行反硝化反應，一方面能實現進一步的脫氮，另一方面能降低進入厭氧段的硝酸鹽濃度。同時，設置較長的預缺氧時間可降低其對碳源的需求量。XS廠采用倒置A²/O工藝，將傳統A²/O工藝中的缺氧區調整到厭氧區之前，能改變碳源的分配方式，保證反硝化優先利用碳源進行生物脫氮。上述污水廠多數不能擴大用地面積，因此提標改造只能在原有的工藝基礎上進行。為了增加污泥濃度，LC廠采用投加填料的措施，通過投加填料，可使好氧池中填料表面附著生長生物膜，在生物池內形成活性污泥與生物膜的復合生物系。

4 處理成本分析

太湖流域12家城鎮污水處理廠進水負荷、外加碳源或化學除磷藥劑、處理費用及電耗情況如表5所示。

污水處理廠未能達到滿負荷運行時，會造成污水處理設備的閑置與浪費，過多消耗污水處理資金。由表5可知，XS和JB兩廠運行負荷遠低于設計規模，電耗明顯增加，高于其他污水廠；電耗控制在最低的為SS，這是由于其運行負荷非常接近設計規模，能正?？刂圃O備運行、減少設備電耗的浪費。此外SS沒有投加碳源、生物除磷效能良好，僅需少量投加化學除磷藥劑，故其噸水處理成本控制最低。

將不投加碳源、不投加化學除磷的幾所污水廠進行比較，如JB、WJCQ、LYEW三所污水廠，發現WJCQ噸水處理成本最低，原因是JB運行負荷不足、電耗較高導致成本增加。上述污水廠的噸水費用沒有包括污泥處理費，只有LYEW包括了其污泥處理的成本，因此噸水費用高于其他廠，表明污水廠運行中污泥處理成本也很高。

將投加外加碳源的幾所污水廠進行比較，如QT、QY、Xs和FX四所污水廠，發現除XS由于運行負荷嚴重不足導致電耗較高以外，其他三所污水廠電耗相近，同時三所污水廠均有輔助化學除磷，但噸水處理成本差異較大。這是由于QY廠超負荷運行，且氮磷濃度均未能達標排放，資金投入較低；而QT廠嚴格按照設計規模滿負荷運行，生物除磷效能遠高于FX，化學除磷藥劑成本上低于FX，故QT噸水處理成本低于FX。

將投加外加碳源的污水廠與不投加外碳源的污水廠進行比較，如FX（有外加碳源）和LC、LJ、SZXQ（三所不投加碳源），發現四所污水廠電耗相近、均有化學除磷，生物除磷脫氮效果相當，而FX噸水處理成本明顯高于其他三廠，說明FX由于外加碳源而大大增加了污水處理的成本。但三所不投加外碳源的污水廠與QT（投加外碳源）相比較時，發現四所污水廠電耗相當，而噸水處理成本最低的卻是QT。究其原因，不僅歸功于QT的滿負荷運行和良好的生物除磷效能，也歸功于QT廠的運行管理到位，如該廠該廠對水質的監控較完善，能對工藝參數進行及時調整，并非全年都投加碳源，而是根據運行情況適時、適量投加。

綜上所述，污水處理廠進水負荷對電耗的影響較大，保證滿負荷運行時能大大減少電耗。投加外碳源若能保證良好的生物除磷效能，便可節約化學除磷藥劑的成本投入。污水廠的運行管理是否到位對處理成本的影響較大。另外，上述污水處理廠中SS噸水處理成本最低可達0.300元/t，同時能滿足達標排放，說明其他污水廠仍具有較大的節約成本潛力。

5 結語

（1）太湖流域污水處理廠進水B/N值范圍為1.75～4.78，B/N值在4以下的的概率為67.7%，超過半數污水處理廠B/N值較低，脫氮碳源不足；相比之下，進水B/P值較高，除磷碳源較充足，這是由于進水可生化性較好。

（2）上述大部分污水廠生物除磷效能較好，磷出水達標的污水處理廠全年總出水TP濃度均能控制在0.31 mg/L以下，低于一級A標準限值的38%；TP去除效果最佳能低于一級A標準限值的88%。大部分污水廠NH₃-N去除效果較好，而TN的去除是污水廠普遍面臨的難點。氮出水達標的污水處理廠全年總出水NH₃-N和TN濃度分別能控制在3.84mg/L和13.1mg/L以下，分別低于一級A標準23.2%和12.7%；NH₃-N和TN去除效果最佳能低于一級A標準限值的94%和63.3%。說明在工藝穩定運行的條件下，通過提標改造，污水廠具有生物脫氮除磷的潛力。

（3）對于除磷，生物除磷結合化學除磷是一種較好的除磷工藝。對于脫氮，為保證較好的脫氮效果，可增加預缺氧區（前置預缺氧區/池），外回流混合液進入前置預缺氧區能進一步反硝化脫氮，此舉同時可降低外回流混合液中的硝態氮對厭氧區的影響。

（4）污水廠保證滿負荷運行能降低成本；良好的運行管理也降低成本。投加外碳源若能保證良好的生物除磷效能，便可節約化學除磷藥劑的成本投入。上述污水處理廠中處理成本最低可達0.30元，t，同時能滿足達標排放，污水廠仍具有較大的節約成本潛力。

責任編輯 祁秀春