浙江省某污水处理厂进、出水水量及水质分析

邹建勇

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230051）

千岛湖是浙江省最大的淡水湖，其独特的水生态系统在该省的生态、经济发展中一直处于重要地位。近年来，随着经济的快速增长，城市化进程的加快、集约化农业生产的扩大、居住环境的不断改善以及旅游业的蓬勃发展，使千岛湖面临的环境压力越来越大。因此，为了保护千岛湖的水生态系统，保障流域生态资源与区域经济的可持续发展，可通过建立污水处理厂来提升城市的污水处理效率。

1 现状介绍

目前，该污水处理厂现状为两期建成：一期建成3.0万m3/d，二期建成1.9万m3/d。两期工艺均采用预处理+氧化沟+深度处理工艺，出水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级A标准，其中，COD、NH3、TN和TP执行浙江省地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018）。现有城镇污水处理厂的主要水污染物排放限值指标详见表1。

表1 设计出水水质标准 单位：mg/L

2 进水水量分析

根据该污水处理厂自2016年1月1日至2020年12月27日的处理水量进行统计分析，详细情况如图1所示。

图1 2016～2020年日处理水量

这5年期间每月的日平均处理水量较为稳定，且逐年缓步增加，其汛期处理水量相对较高。该污水处理厂平均的日处理能力为41 696 m3/d，最大日处理量为55 547 m3/d，所以，该污水处理厂处于满负荷和超负荷的运行状态。

3 进水水质分析

统计一期、二期工程的运行数据，时间为自2016年1月1日至2020年12月27日，统计分析数据详见表2。

表2 设计出水水质标准 单位：mg/L

具体情况分析如下：

（1）进水CODCr基本都在300 mg/L以下，实际进水最高值为298 mg/L，平均值为174.26 mg/L，最低值为78 mg/L；出水CODCr基本都在30 mg/L以下，只有少数几天超出，实际出水最高值为31 mg/L，平均值为13.87 mg/L，最低值为3 mg/L。

（2）进水BOD5基本都在80 mg/L以下，实际进水最高值为96 mg/L，平均值为57.40 mg/L，最低值为19 mg/L；出水BOD5基本都在10 mg/L以下，实际出水最高值为10 mg/L，平均值为3.7 mg/L，最低值为2 mg/L。

（3）进水SS基本都在2 000 mg/L以下，实际进水最高值为150 mg/L，平均值为90.94 mg/L，最低值为40 mg/L；出水SS基本都在10 mg/L以下，实际出水最高值为10 mg/L，平均值为3.91 mg/L，最低值为2.56 mg/L；

（4）进水NH3-N基本都在15 mg/L以下，实际进水最高值为13.45 mg/L，平均值为8.3 mg/L，最低值为3.06 mg/L；出水NH3-N基本都在5 mg/L以下，实际出水最高值为4.59 mg/L，平均值为0.21 mg/L，最低值为0.06 mg/L，其中，在2019年11月～2020年3月，由于进水水质超标，出水NH3-N大于2 mg/L，但基本仍可满足浙江省地方标准《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018），而现有污水处理厂的每年11月1日至次年3月31日的NH3-N限值为4 mg/L。

（5）进水TN基本都在30 mg/L以下，实际进水最高值为27 mg/L，平均值为14.87 mg/L，最低值为6.7 mg/L；出水TN基本都在15 mg/L以下，实际出水最高值为14 mg/L，平均值为8.56 mg/L，最低值为2.41 mg/L。

（6）进水TP基本都在5 mg/L以下，只有少数几天超出，实际进水最高值为5.16 mg/L，平均值为2.05 mg/L，最低值为1.02 mg/L；出水TP基本都在1.5 mg/L以下，实际出水最高值为1.28 mg/L，平均值为0.25 mg/L，最低值为0.05 mg/L。

4 水质特征分析

4.1 分析B/N的比

通常，活性污泥处理系统在正常运行时必须要有充分的营养物，其主要营养物包括碳、氮和磷。本工程设计的泥龄需大于硝化所需的最小泥龄，才能使出水NH3-N的指标满足要求。而在硝化反应发生时，碳源优先被硝化反应氧化利用，所以BOD5的去除率较高。因此，碳化过程的完成是NH3-N的有效去除的基础[1]。实践运行表明，只有当BOD5与TKN之比大于4时，才可以达到理想的脱氮效果，如果小于4，其脱氮效果不好。因此，在脱氮时，只有当污水中的BOD5/TKN不小于4的时候，才能获得良好的脱氮效果；而当比值太小的时候，就应该外加碳源以提高BOD5/TKN比值，从而得到良好的脱氮效果。在实际应用中，甲醇可作为良好的外加碳源进行投加，甲醇的分解反应除了C02、H20以外不会生成其他难降解的副产物。但甲醇的投加费用较高，并且甲醇在储存和使用过程中存在不安全因素，但利用部分农副产品加工厂高浓度污废水中的有机物作为碳源进行污水处理，取得了较好的处理效果。通过分析一、二期污水处理厂的进水水质数据得出结论：当BOD5/TN＞4，仅有40.89%的保证率，且进水中的有机物不足以达到良好的脱氮效果，所以，在设计中需考虑外加碳源。

4.2 分析B/P的比

在利用微生物去除污水中磷元素的过程时，主要包括吸收磷和释放磷两个反应，这是由于聚磷细菌在厌氧状态释放磷元素的同时，会同步在细胞内部储存可以快速降解的有机物。因此，只有在放磷阶段储存了足够的可以快速生物利用的有机物，才能使聚磷菌在好氧的环境中利用这些有机物吸收磷元素。而有机碳是生物脱氮和生物除磷的关键元素，如果污水中的有机碳不足以同时满足脱氮和除磷的要求，特别缺少可以快速生物利用的有机碳时，碳源会被反硝化细菌和聚磷细菌争夺利用，从而使得放磷反应被印制。并且，BOD5/（TP）会显著影响污水中磷元素的去除效果；而当BOD5/（TP）太小时，在厌氧池释放磷的同时，其释放的能量就不能被聚磷菌完全利用来储存易于生物利用的有机物，从而会使好氧池中的聚磷菌无法很好吸收污水中的磷元素，这样尾水的磷浓度就会升高。实际运行表明，当BOD/TP＞17 时，才能取得良好的除磷效果。因此，在除磷时，BOD与TP之比宜大于17。

通过分析城东污水处理厂的进水水质数据得出结论：当BOD5/TP＞17，可满足98.03%的保证率；但BOD5与TKN比值小于4时，会使脱氮反应难以在污水中完全发生，从而会在系统中残留一定的硝态氮。所以，虽然污水中BOD5与TP比值大于17，但系统中的生物除磷效果还是难以保证。因此，在脱氮、除磷同时进行时，也要同时满足BOD5与TKN之比大于4，BOD5与TP之比大于17的要求。而在综合分析城东污水处理厂的进水水质数据时，发现进水中的有机物不足以满足同步脱氮除磷的要求，所以，需考虑在缺氧段投加碳源。

4.3 分析B/C的比

微生物在合成新细胞的时候，会吸收利用污水中的可生物降解有机物，从而使污水中的COD（BOD）进入微生物的细胞内，然后在污泥和水分离过程中，COD（BOD）会伴随着剩余污泥脱离系统[2]。在污水生物处理中，污水的可生化性是由BOD/COD来判断。一般情况下，当B/C＞0.3时，认为污水具有可生化性；当B/C＞0.58时，完全可生物降解；当B/C=0.45～0.58时，生物降解性良好；当B/C=0.30～0.45时，可生物降解；B/C＜0.3时，难生物降解。由以上分析进水数据可以得出，当B/C＞0.30时，可达到94.69%的保证率，进水可生物降解。

5 污水处理的重要指标分析

考虑在污水处理中，各种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，下面对本工程中各种污染物的处理难易程度进行判断，以为后续的工艺设计提供参考和优化。

5.1 BOD5

（1）本污水处理厂的设计进水BOD5指标为150 mg/L，出水BOD5≤10 mg/L，要求的出水BOD5的去除率≥93.3%。从目前常用的一些污水处理工艺来看，该项指标在采用生物脱氮除磷工艺时可以达到。如果污水需要进行硝化和反硝化处理时，二级处理单元出水的BOD5浓度应不大于20 mg/L，当处理比较完全时BOD5浓度常低于10 mg/L，所以BOD5的去除率大于90%。目前，很多的生物脱氮除磷工艺还往往体现出碳源不足，而自养型亚硝酸菌的比增长速率很小，远远小于去除碳源的异养型微生物的比增长速率，所以系统的污泥龄需要更长、污泥负荷更低，在此条件下，才能使BOD5的去除率更高。

（2）为了保障本工程TN去除率的要求，本次工艺设计采用带硝化反硝化的污水处理工艺。本项目若按稳定达标控制设计和运行，根据一期、二期实际运营中的出水BOD5基本都在10 mg/L以下，且实际出水最高值为10 mg/L，平均值为3.7 mg/L，最低值为2 mg/L；一期、二期采用的二级处理+三级处理工艺可以保证BOD5的稳定达标。

5.2 CODCr

（1）在本次设计中，污水处理厂的进水CODCr为350 mg/L，出水CODCr限值设计小于等于40 mg/L，CODCr的去除率为88.6%。对于一般的城镇污水处理，硝化过程需延长系统污泥龄，同时，也会显著提高CODCr的去除率，因此，通常情况下，CODCr的去除不存在问题。本项目一期、二期出水CODCr基本都在30 mg/L以下，只有少数几天超出，实际出水最高值为31 mg/L，平均值为13.87 mg/L，最低值为3 mg/L，所以，CODCr出水水质可稳定达到出水标准。

（2）本工程对CODCr的排放要求是达到40 mg/L，因此，在常规的生物处理中，需要强化常规二级处理段，以提高CODCr的去除效果。本工程设计进水BOD5/CODCr=0.3，可生化性较好。综上所述，本次设计污水处理工艺采用二级处理+深度处理工艺，能够保证出水CODCr低于40 mg/L[3]。

（3）本工程要求出水CODCr＜40 mg/L，水质标准要求已经很高。在正常运行情况下，若采用“二级强化处理+深度处理工艺”，出水可保证达标，但如果污水的来水量骤然增大，或水质变化超出太多而造成冲击负荷，则需加强运行管理，并增加深度处理工艺（如高级氧化工艺）。所以，从运营角度考虑，CODCr是需要重点关注的目标。同时，CODCr还是国家节能减排考核的重要指标。因此，在综合考虑下，CODCr是本项目的重要去除目标。

5.3 SS

（1）工程要求出水SS浓度小于10 mg/L，去除率≥95.0%，去除率较高。在一般的城市生活污水处理厂（SS值在200 mg/L左右），但仅通过沉淀工艺，SS就可去除90%左右，且在条件良好时，出水SS通常能维持在15～20 mg/L左右。同时，为保证出水TP不超过0.3 mg/L，出水SS必须低于5 mg/L。根据类似污水深度处理及供水处理经验，在采用强化过滤的前处理措施（如二次加药、保证混凝等）后可以满足要求。本项目一期、二期出水SS基本都在10 mg/L以下，实际出水最高值为10 mg/L，平均值为3.91 mg/L，最低值为2.56 mg/L，可稳定达到出水标准。

（2）污水处理厂出水中悬浮物的浓度不仅与SS相关，而且还与BOD5、CODCr、TP和色度等指标关系甚大。活性污泥絮体是悬浮物的主要组成成分，其内部富含有机物、磷元素等，如果不能保证较低的出水SS，则会使出水的BOD5、CODCr、TN和TP的浓度相应增大。一般来说，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。考虑到出水SS指标的控制牵涉到BOD5、CODCr、TN和TP，所以，SS也是本工程处理的重点。

5.4 NH3-N

本项目的设计进水NH3-N指标为25 mg/L，出水NH3-N为2 mg/L，去除率要求≥92%。本项目一期、二期出水NH3-N基本都在5 mg/L以下，实际出水最高值为4.59 mg/L，平均值为0.21 mg/L，最低值为0.06 mg/L，可稳定达到出水标准。氨氮主要是在硝化反应中被硝化去除，氨氮的硝化过程也是氨氮去除率能否达标的决定性因素。因此，要保证出水NH3-N≦2 mg/L出水，必须满足氨氮能完全硝化。本项目污水的可生化性较好，在保证曝气供氧的条件下，NH3-N的去除可满足要求，所以，不是处理难点。但NH3-N也是国家水污染物总量控制因子之一，是环保监测考核的指标。因此，NH3-N也是本工程的重点关注指标。

5.5 磷酸盐（即TP）

本项目的设计出水TP浓度小于0.3 mg/L，去除率≥92.5%。在碳源充足时，脱氮除磷下TP的生物去除率可达到75%，但达不到去除要求。所以，在充分考虑生物除磷的前提下，考虑化学除磷作为保障措施。在采用化学药剂处理工艺的条件下，TP的出水达标不是工艺难点，只需重点考虑节省药剂费用。本项目的一期、二期出水TP基本都在1.5 mg/L以下，实际出水最高值为1.28 mg/L，平均值为0.25 mg/L，最低值为0.05 mg/L；可稳定达到出水水质。在一期、二期中，采用了高效沉淀池强化去除TP，实际运营效果良好，在本项目的三期设计中，仍考虑沿用高效沉淀池的工艺。但要满足出水磷浓度低于0.3 mg/L的要求，还要严格控制出水SS的浓度。因此，TP也是本工程的重点关注指标。

5.6 TN

（1）TN的去除主要依赖于进水的有机物浓度、可生化性和B/N的比值，一般在碳源充足情况下，TN的去除率可达到80%，但还是与总磷的去除存在一定协调性，所以，这是污水处理厂在设计与运行中的难点。本项目的一期、二期原设计出水执行现有城镇污水处理厂主要水污染物排放限值，对出水要求为TN≤12；在实际运营中，一期、二期出水TN≤12 mg/L，可达97.54%。而三期出水仍执行新建城镇污水处理厂主要水污染物排放限值，对TN出水要求为TN≤12；考虑到国家水污染物总量控制要求，本设计推荐采用反硝化深床滤池强化TN的去除效果。

（2）当进水中的溶解性有机氨中存在较大比例的不可氨化的溶解性有机氨时，则总氮的去除率也会受到影响。本项目要求出水TN≤12 mg/L，去除率要求≥65.7%。但TN在低浓度的情况下，每提高1%的去除效率，其成本与难度均会增加。而TN指标的控制对降低水体富营养化程度有着重大意义，所以必须要严格控制该污染指标。综合考虑政策、环境、工艺、成本等多方面因素，对TN的去除设计是本工程处理的首要重点。因此，必须在二级生物处理、后续深度处理中协同考虑，如果能在二级生物处理中尽可能的完成对TN的去除，就必须保证在后续深度处理中有充分的原水碳源，但要相应减少后续碳源的投加以节约成本。

综合以上对进出水水质进行分析，本次设计需重点关注的指标是SS和TN，以及BOD5、CODCr、NH3-N和TP的去除工艺设计。

6 结论

通过对污水处理厂的进水量以及进水水质进行分析，并结合分析结果，提出了下一步污水处理应重点考虑的去除因子。