贵州省已建城镇污水处理厂设计进水水质水量的分析探讨

侯　莉，唐忠德，成官文，吴琼芳( .遵义市供排水有限责任公司，贵州遵义　56000; .贵州省建筑设计研究院，贵阳　55000; .桂林理工大学a.广西矿冶与环境科学实验中心; b.广西危险废物处置产业化人才小高地，广西桂林　54004)



贵州省已建城镇污水处理厂设计进水水质水量的分析探讨

侯莉1，唐忠德2，成官文3，吴琼芳3
( 1.遵义市供排水有限责任公司，贵州遵义563000; 2.贵州省建筑设计研究院，贵阳550002; 3.桂林理工大学a.广西矿冶与环境科学实验中心; b.广西危险废物处置产业化人才小高地，广西桂林541004)

摘要:设计进水水质水量是城镇污水处理厂工艺流程选择、工程设计最为基础、最为重要的数据，其计算不当会给城镇污水处理厂的建设和运行管理带来不良影响。调查了贵州省已建98座城镇污水处理厂2012年运行情况，结果表明:基于规划面积、人口和工业发展的预测及其生活污水量、工业废水量和公建、商业设施污水量所占比例计算的设计进水污水量和污染物浓度往往偏差较大，设计进水水量和水质普遍较实际进水偏高，设计进水BOD/COD、BOD5/TN与实际情况脱节，并给已建城镇污水处理厂的运行管理带来了一些困难。关键词:已建城镇污水处理厂;进水水质水量;工程设计;运行管理;贵州

城镇污水处理工程设计是一个综合性极强的系统工程，任何一个环节的不合理都会给工程设计、建设、运行管理带来不良影响。确定适宜的设计进水水质水量是污水处理厂工程设计最为重要的环节，直接关系到污水处理厂的建设规模、工艺流程选择、构筑物及其配套设备选型、运行管理等各个环节［1］。

贵州省位于长江水系和珠江水系上游。为有效保护长江、珠江流域源头的水资源和水环境，缓解长江三峡库区水环境污染压力，“十一五”期间贵州省大规模开展了城镇污水处理厂建设，共建设了92座城镇污水处理厂，使目前贵州省污水处理规模达到173. 06万m3/d，城镇污水处理率达到82. 01%以上，全面完成了“十一五”县级及以上城市的污水处理厂建设，取得了很好的减排效果和环境效益［2］。但同时也呈现出一些不足，如设计进水水质水量问题，本文对此进行分析探讨。

1　已建城镇污水处理厂基本情况

1. 1建设规模

截至2012年底，贵州省全省已建污水处理厂共98座，建设总规模173. 06万m3/d，其中:小于0. 5万m3/d的18座; 0. 5～1. 0万m3/d的51 座; 1～2万m3/d的7座; 2～5万m3/d的17座; 5～10万m3/d的4座; 10万m3/d以上1座。建设规模在1. 0万m3/d及以下的占70%以上，而建设规模在5. 0万m3/d及以上的仅占5%。污水处理厂以小型污水处理厂为主，建设规模普遍偏小。

1. 2主体工艺

目前贵州省已建城镇污水处理厂共采用了氧化沟、A/O工艺、SBR及改良工艺、HASN厌氧好氧生物接触氧化、IBR工艺、活性污泥法、曝气生物滤池、人工湿地、微波处理、BC高负荷活性污泥法/化学絮凝工艺、AB工艺、A－TF厌氧水解—滴滤床等12种工艺，其中氧化沟工艺48座、A/O工艺22座、SBR及改良工艺9座、厌氧好氧生物接触氧化工艺6座、IBR工艺4座、活性污泥法2座、曝气生物滤池2座、人工湿地1座、BC工艺1座、AB工艺1座、A－TF工艺1座、微波处理工艺1座。氧化沟工艺、A/O工艺和SBR及改良工艺等具有脱氮除磷功能、技术成熟的工艺占比达80%，工艺类型与全国各地较为类似［3］。

2　已建城镇污水处理厂的设计及运行进水水质水量

2. 1设计进水水质

2. 1. 1设计进水COD、BOD贵州省68座已建城镇污水处理厂COD设计进水和2012年全年平均进水水质范围比较见表1，已建污水处理厂设计进水COD范围主要为200～250 mg/L，而实际进水COD主要在150～200 mg/L。从全省98座城镇污水处理厂2012年月平均数据统计看(图1)，污水处理厂的设计进水COD与实际进水的误差率在－20%～0 (低于实际进水50～0 mg/L)、－40%～－20% (低于实际进水100～50 mg/L)、－40%以上(低于实际进水100 mg/L以上)的城镇污水处理厂分别达到了23、37、18座，而设计进水与实际进水的COD误差率在20%～40% (高于实际进水50～100 mg/L)和40%以上(高于实际进水100 mg/L以上)仅有5、2座。从城镇污水处理厂设计规模看(图2)，各种设计规模城镇污水处理厂的设计进水COD普遍偏高，1～5万m3/d设计规模城镇污水处理厂实际进水COD统计偏差较大，5万m3/d及以上规模城镇污水处理厂设计进水显著高于实际进水。可见，贵州省城镇污水处理厂设计进水COD普遍偏高，设计进水COD估测值与实际进水浓度值的基本符合率较低。

贵州省城镇污水处理厂设计进水BOD范围主要为100～150 mg/L，而实际进水BOD主要在50 ～100 mg/L。设计进水BOD与实际进水BOD的统计规律与COD较为类似。

2. 1. 2设计进水氮、磷从城镇污水处理厂2012年平均统计数据看(图1)，全省98座城镇污水处理厂的设计进水与实际进水氨氮误差率在－20%～0(较实际进水低10～0 mg /L)、－40%～－20%

表1　贵州省68座已建城镇污水处理厂设计进水和实际进水COD、BOD情况比较Table 1　Comparison of COD and BOD between design influent and actual influent of 68　 plants in Guizhou

图1　城镇污水处理厂设计进水与实际进水COD、氨氮、TN、TP不同误差率的统计Fig. 61Statistics of COD，ammonia nitrogen，TN and TP’s error rates between influent and actual influent design

图2　不同处理规模污水处理厂设计COD与实际进水COD的比较Fig. 62Comparison of COD between influent and actual influent design in various scales

(较实际进水低20～10 mg/L)、－40%以上(较实际进水低20 mg/L以上)的城镇污水处理厂分别达到了20、30、21座，而设计进水与实际进水氨氮误差率在20%～40% (较实际进水高10～20 mg/L) 和40%以上(较实际进水高20 mg/L以上)分别有6座; TN与氨氮的情况类似。从城镇污水处理厂不同建设规模看(图3)，设计进水氨氮普遍偏高，小于1万m3/d和2～5万m3/d建设规模城镇污水处理厂实际进水氨氮统计偏差较大，5万m3/d及以上规模城镇污水处理厂设计进水氨氮显著高于实际进水氨氮。可见，贵州省城镇污水处理厂设计进水氨氮多数明显高于实际进水氨氮。

图3　不同规模污水处理厂设计氨氮与实际进水氨氮的比较Fig. 63Comparison of ammonia nitrogen between influent and actual influent design in various scales

贵州省已建城镇污水处理厂总磷设计进水水质主要为2～4 mg/L，而实际进水水质主要在1～3 mg/L。从城镇污水处理厂设计进水总磷和实际进水总磷情况图1中可以看出，2012年城镇污水处理厂设计进水总磷与实际进水总磷误差率在－20% ～0(低于实际进水1. 0～0 mg/L)、－40%～－20%(低于实际进水2. 0～1. 0 mg/L)、－40%以上(低于实际进水2. 0 mg/L以上)的城镇污水处理厂分别达到了10、22、37座，而设计进水氨氮误差率在20%～40% (高于实际进水1. 0～2. 0 mg/L)和40%以上(高于实际进水2. 0 mg/L以上)仅有1、4座。从城镇污水处理厂设计规模看(图4)，设计进水总磷普遍偏高，其中2～5万m3/d设计规模城镇污水处理厂实际进水总磷统计偏差较大，5万m3/d及以上规模城镇污水处理厂设计进水总磷显著高于实际进水总磷。可见，贵州省城镇污水处理厂设计进水总磷多数偏高。

图4　不同规模污水处理厂设计总磷与实际进水总磷的比较Fig. 64Comparison of TP between influent and actual influent design in various scales

表2　贵州省已建城镇污水处理厂设计进水和实际进水SS情况比较Table 2　Comparison of SS between influent and actual influent design of most plants in Guizhou

2. 1. 3设计进水SS部分城镇新建污水处理厂SS设计进水和2012年实际进水水质情况对比见表2。污水处理厂设计进水水质主要为150～200 mg/L，而实际进水水质主要在150 mg/L以下。多数城镇污水处理厂设计进水SS明显偏高。2. 2设计进水水量

贵州省已建98座城镇污水处理厂设计进水水量为:省辖市、地级市城市污水处理厂设计进水水量按城市常住人口人均250 L/d计算，县级市及县城城镇污水处理厂设计进水水量按城镇常住人口人均200 L/d计算，并基于管网收集系数90%、管网渗漏系数90%校核污水处理厂设计规模。然而，在城镇污水处理厂运行两年后，贵州省2012年全年省辖市、地级市以及县级市、县的城市、城镇居民人均用水量仅128 L/d，部分县城城镇居民人均实际用水量低于100 L/d。污水处理厂设计进水水量明显高于实际居民用水量。

3　设计进水水质水量对已建城镇污水处理厂设计、运行的影响

3. 1设计进水水质的影响

大数据有着很强的时效性，随着时间的推移，数据背后所隐藏的的知识价值也会很快地降低。因此，大数据需要以较高的速率进行分析处理。

BOD/COD、BOD5/TN和BOD5/TP是工艺流程选择的关键性指标。BOD/COD比值反映污水的可生化性，BOD5/TN、BOD5/TP决定能否采用生物脱氮除磷工艺。当城镇污水BOD5/TN≥4，可认为污水有足够的碳源供反硝化细菌利用;当BOD5/TP≥17，才能获得较好的生物除磷效果［4］。根据2012年贵州省已建98座城镇污水处理厂COD、BOD、氨氮、总磷的实际进水均值统计得出:全省污水处理厂平均进水BOD/COD = 0. 41，仅有7座污水处理厂的BOD/COD≤0. 3，绝大多数污水的可生化性好，污水处理基本不需要水解，进行生物除磷时厌氧池(或水解酸化池)水力停留时间不宜过长，以1～1. 5 h为宜。但实际厌氧池(或水解酸化池)设计水力停留时间一般都在2 h以上，如麻江县污水处理厂厌氧池设计水力停留时间达5. 8 h，基于设计进水水质的设计难以满足实际进水水质的运行管理要求。全省已建城镇污水处理厂平均进水BOD/TN = 3. 07，BOD/TN≥4的污水处理厂仅有15座，说明全省大多数污水处理厂采用生物硝化反硝化脱氮工艺时，反硝化所需碳源普遍不足，不利于生物反硝化。鉴于进水碳源不足，贵州省多数城镇污水处理厂采用了旋流沉砂工艺，但也有少数污水处理厂采用了曝气沉砂工艺，如凯里龙头河污水处理厂等，且水力停留时间过长( 15 min以上)，导致缺氧段生物脱氮受到影响。全省已建城镇污水处理厂平均BOD/TP =29. 93，明显大于17，仅有5座污水处理厂BOD/TP小于17，说明贵州大多数污水处理厂的进水水质能满足生物除磷的基本要求，只需在生物处理前段设置厌氧环节，并控制水力停留时间在1～1. 5 h，就有可能获得较好的生物除磷效果。

从总体看，全省污水处理厂多采用生物脱氮除磷工艺，设计工艺与进水水质较为匹配，但由于进水普遍碳源不足，部分污水处理厂曝气沉砂又消耗部分小分子有机物，工艺运行过程中反硝化往往不够彻底，出水TN往往难以达标，且回流活性污泥中存在较多的硝酸氮和亚硝酸氮又对厌氧池生物释磷产生了影响;部分城镇污水处理厂采用一体化氧化沟、SBR、IBR等工艺，因其池内水动力学条件不好，一体化构筑物泥水分离效果不如独立二沉池，沉淀池底污泥没有形成拥挤、压缩沉淀，污泥浓度不高，回流接种等量活性污泥时必须加大回流量，导致池内混合液中大量硝酸氮、亚硝酸氮甚至溶解氧进入厌氧池(段)，致使厌氧池(段)难以厌氧，缺氧池(段)很难形成缺氧环境;一体化氧化沟、SBR工艺、IBR工艺池底往往排泥不畅，容易形成较大面积“死角”，出现反硝化浮泥，进而影响出水水质。现场调研发现，一些城镇污水处理厂出水TN不达标，部分污水处理厂存在明显的反硝化浮泥情况，说明选择一体化氧化沟、SBR工艺、IBR工艺等工艺及其构筑物，存在工程设计与实际进水水质不够协调的情况。以上表明，基于进水水质设计的污水处理工艺给已建城镇污水处理厂的实际运营带来了不良影响。

3. 2设计水量的影响

2012年贵州省已建城镇污水处理厂运行数据统计显示，全省城镇污水处理厂全年平均运行负荷率为71. 28%，运行负荷率在99%及以上的污水处理厂有11座，40%以上城镇污水处理厂运行负荷率在90%以上，近24%的城镇污水处理厂运行负荷率在70%～90%，18%城镇污水处理厂的负荷率低于50% (图5)，其中红果( 25. 08%)、德坞( 16. 05%)、遵义北部( 26. 76%)、兴义顶效( 28. 33%)、晴隆( 21. 33%)、黄果树共6座污水处理厂的负荷率低于30%。少数城镇污水处理厂没有满足投运1年达到60%运行负荷率，投运3年达到75%的运行负荷率的基本要求［5］;从建设规模看(图6)，2万m3/d及以上城市污水处理厂、0. 5～1万m3/d小型城镇污水处理厂的平均运行负荷率在80%以上，0. 5万m3/d以下小型城镇污水处理厂的平均运行负荷率在75%左右，而处于1～2万m3/d规模的城镇污水处理厂的平均运行负荷率不足55%。

图5　各负荷率阶段污水处理厂数量Fig. 65Numbers of plants in different stages of loading rate

图6　不同处理规模的负荷率Fig. 66Loading rate in different scales

目前，我国城镇污水处理厂设计规模往往基于规划面积、人口和工业发展的预测及其生活污水量、工业废水量和公建、商业设施污水量所占的比例计算确定污水量［1］，但这种计算方法具有较大不确定性，得出的设计进水水量往往偏差较大。贵州为我国西部欠发达地区，多数城镇污水管网未形成系统，缺乏长期积累的生活污水、工业废水的水质水量资料。从贵州省2012年全年省辖市、地级市以及县级市、县的城市、城镇居民人均用水128 L/d看，贵州省城镇污水处理厂设计规模按城市常住人口250 L/d、县级市及县城城镇常住人口200 L/d计算应该较为超前。但近年来贵州省城市化和城镇化的发展水平明显加快，城市、城镇的常住人口、流动人口明显增加，城市(镇)工业企业数及其规模增加较快，城市(镇)实际生产生活排污加大，能够部分弥补较为超前设计的水量缺口。小规模城镇因城镇化发展迅速，快速增加的居民明显提高了生活排污，弥补了按城镇常住人口200 L/d计算的过量计算排污量;较大规模城市因社会经济以及第三产业相对发达、流动人口多、人均生活用水相对较大等影响，也能补充按城市常住人口250 L/d计算的过量计算排污量，使上述地域污水处理厂的平均运行负荷率处于较高水平。而处于中间规模的城镇，城镇化、工业化发展速度、发展水平介于大中城市、小型城镇之间，城镇化增加的居民比例较为有限，其第三产业带来的流动人口占比也较为有限，难以弥补按城镇常住人口200或250 L/d计算的过量排污量，致使其城镇污水处理厂的平均负荷率较低。

从现场调查看，长期低负荷运行的城镇污水处理厂会出现曝气池曝气量大于实际需气量，造成污水处理厂运行成本偏高，缺氧段(池)反硝化脱氮困难(如红果污水处理厂)，有的甚至影响曝气池膜法生物挂膜(如开阳、麻江等城镇污水处理厂) ;低负荷运行还会导致二沉池实际水力停留时间或者SBR工艺泥水分离时间明显延长，致使二沉池或SBR池池面出现明显的反硝化浮泥现象(如小河一期、二期污水处理厂等)，影响城镇污水处理厂出水水质。

4　结论与建议

( 2)进水水质水量是城镇污水处理厂工艺流程选择、工程设计和工程运行管理的最为基础也最为关键的数据。城镇污水处理厂工程设计前，必须做好设计进水水质水量调查研究，如果该地有已建城镇污水处理厂，可以参考该地已建污水处理厂的进水水质水量资料以及新建区域城镇建设规划、工业发展情况确定设计进水水质水量;如果该地未有已建城镇污水处理厂，建议基于城镇周边社会经济条件相似地区已建污水处理厂的实际运行水质水量资料、当地城镇实际生活用水、工业废水排放等情况科学合理确定设计进水水质水量。

参考文献:

［1］成官文．水污染控制工程设计指南［M］．北京:化学工业出版社，2011．

［2］当代贵州编辑部．推进城镇污水处理改革向纵深发展——贵州省“十一五”污水处理设施建设巡礼［J］．当代贵州，2010 ( 6) : 18－23．

［3］杨勇，王玉明，王琪，等．我国城镇污水处理厂建设及运行现状分析［J］．给水排水，2011，37 ( 8) : 35－38．

［4］成官文．水污染控制工程［M］．北京:化学工业出版社，2009．

［5］仇保兴．全面推进城镇污水处理工作——在“全国城镇污水处理建设与运行工作现场会议”上的讲话［J］．建设科技，2012 ( 11) : 12－17．

Analysis of water quality and quantity design among municipal sewage treatment plants built in Guizhou

HOU Li1，TANG Zhong-de2，CHENG Guan-wen3，WU Qiong-fang3
( 1. Zunyi Water Supply and Drainage Co．Ltd，Zunyi 563000，China; 2. Architectural Design Research Institute of Guizhou，Guiyang 550002，China; 3. a. Guangxi Scientific Experiment Center of Mining，Metallurgy and Environment; b. Talents Highland of Guangxi Hazardous Waste Disposal Industrialization，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China)

Abstract:The data of water quality and quantity of municipal sewage treatment plants play an important role in engineering design．It will do harm to the operation and management of plants if the calculation is improper．Survey in 2012 shows that based on planning area，population，industrial development，and the proportion of domestic sewage，industrial wastewater and sewage flow of public buildings and commercial facilities，the calculation of water quantity design and pollutant concentration often has large deviation．The design quantity and influent quality are higher than the actual ones．Design of influent BOD/COD and BOD5/TN is divorced from the actual situation．They are the difficulties to the plants which have been built．

Key words:municipal sewage treatment plants; water quality and quantity of influent; engineering design; operation and management; Guizhou

通讯作者:成官文，博士，教授，1986017@ glut. edu. cn。

作者简介:侯莉( 1988—)，女，工程师，研究方向:给水排水。

基金项目:贵州省住房与建设厅项目( 20121027)

收稿日期:2014－01－21

doi:10. 3969/j．issn. 1674－9057. 2015. 01. 026

文章编号:1674－9057( 2015) 01－0160－06

文献标志码:A

中图分类号:X84

引文格式:侯莉，唐忠德，成官文，等．贵州省已建城镇污水处理厂设计进水水质水量的分析探讨［J］．桂林理工大学学报，2015，35 ( 1) : 160－165．