李其光，徐 文，趙連勤

（水發(fā)集團有限公司，山東 濟南 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)濟條件、自然特征、地形地質(zhì)、水環(huán)境容量等因素，我國不同地區(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)費用和運行費用、處理效果、占地面積等關(guān)鍵問題[1]。因此，在進行污水處理廠工藝選擇時，需要切合實際地選擇合理的處理工藝。

本次調(diào)研選取水發(fā)集團分布在山東省的5座污水處理廠進行研究分析，對主體工藝存在的共性問題進行梳理，分析污水廠工藝的選擇與污水處理廠全年進出水水質(zhì)指標（COD、BOD5、SS、TN、TP、NH3-N 等）運行數(shù)據(jù)，提出污水處理廠工藝選擇與提標改造的工程技術(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)運行城市污水處理廠318 座，形成污水處理能力1 619 萬t/d。2019 年1～11 月，全省城市污水處理廠共處理城市污水達45.81 億t[2]，其中絕大部分采用A/A/O與氧化溝工藝。

1.2 進水水質(zhì)特點

選取位于濟南市、濰坊市、菏澤市、淄博市、濱州市的5 座污水廠，統(tǒng)計了進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)污水處理廠運行狀況的代表性。

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

2）進水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 的情況下達不到生物除磷的要求，需輔助化學除磷，增加了運行成本。

3）進水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，需延長厭氧段停留時間或增加深度處理，增加了運行成本。

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、必要時的物化處理導致污泥產(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題。根據(jù)污水水質(zhì)水量特征，結(jié)合當?shù)貤l件，進行多方面比較，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)廢水應根據(jù)比例進行工藝調(diào)整，必要時增加物理或化學方法的預處理。

2）污水處理效果。原則上取決于污水水質(zhì)特征、處理后排放標準和納污水體的自凈能力。

3）投資費用與施工難易程度。在保證水質(zhì)達標前提下，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?shù)氐淖匀缓蜕鐣l件。如高緯度寒冷地區(qū)，應采用適當?shù)拇胧┖?，在低溫環(huán)境下也能夠正常運行。

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

2.2 建設(shè)造價費用構(gòu)成

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

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

2.3 建設(shè)投資的估算

根據(jù)《全國市政工程投資估算指標》與《給水排水設(shè)計手冊·第10 冊·技術(shù)經(jīng)濟》污水處理廠綜合指標，并結(jié)合山東省國家重點監(jiān)控污水廠建設(shè)項目的實際工程投資結(jié)算情況，歸納得出一級A 污水處理廠造價公式如下：

式中：C 為污水廠總造價，萬元，但不包括征地拆遷費、漲價預備費和建設(shè)期貸款利息，設(shè)備采用國產(chǎn)設(shè)備；Q 為設(shè)計平均日處理污水量，×104m3/d。

3 污水廠運行成本分析

選取水發(fā)集團3 座污水處理廠進行運行成本分析，主要包括人工費、電費、藥劑費及其他費用。

3.1 人工費

參照城鎮(zhèn)污水處理廠運行管理考核標準，二級處理的城市污水處理企業(yè)的勞動定員指標一般在2.5～15 人/（萬m3/d）計[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)，見表1。

表1 人工成本對比分析

3.2 電費

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

表2 電費成本對比分析

3.3 藥劑費

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使用的聚丙烯酰胺、污泥板框壓濾機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題，通常采用外加碳源。根據(jù)幾種常用碳源的COD 當量值，確定碳源噸水運行成本：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）污泥脫水藥劑為陽離子聚丙烯酰胺PAM，每噸干污泥含有PAM 為0.6%，實際價格約為3 萬元/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%，單價按800 元/t 計算（工業(yè)級有效含量為43%），則三氯化鐵的投加成本為0.008～0.009 元/m3。氧化鈣單價為 450 元/t，則投加成本為 0.014～0.016 元/m3。因此板框壓濾機脫水劑成本為0.022～0.025 元/m3（濾布清洗與更換暫時不計）。

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

表3 三家污水廠藥劑費成本 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)進水占比為80%，根據(jù)實際情況加以修正，計算污水處理廠的藥劑費用為0.124 5～0.397 8 元/m3。

3.4 管理費用

污水處理管理費用可按人員工資成本的10%計算，可計算管理費成本為0.004 6～0.055 元/m3污水。

3.5 設(shè)施與設(shè)備的維護、維修成本

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

3.6 其他費用

包括用于清潔構(gòu)筑物、路面、用水消耗、實驗室檢測費等，成本約為0.015 元/m3污水。

3.7 運行成本計算

選取二級污水廠常規(guī)A/A/O 工藝為代表，結(jié)合運行正常的污水廠進行統(tǒng)計分析，二級污水處理廠年運行費用（經(jīng)營成本）利用如下公式計算：

式中：C 為污水廠總運行成本，萬元；Q 為設(shè)計平均日處理污水量，×104m3/d。

4 污水處理廠進出水水質(zhì)分析

通過對5 座污水處理廠近一年的各項進出水指標進行匯總，具體如下：

1）各項出水指標均符合一級A 排放標準，pH值在7 左右。符合運行與出水標準要求，見表4。

表4 進出水水質(zhì)平均值與去除率

2）通過對運行數(shù)據(jù)的月度分析，說明進水水量和水質(zhì)的波動越小，總體去除率越高。對不同的處理單元進行分析，粗細格柵的去除效果基本不受進水水質(zhì)的波動影響；在進水水質(zhì)波動較大的情況下氨氮的出水水質(zhì)也存在較大的波動[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)進水水質(zhì)設(shè)置最優(yōu)的運行參數(shù)，盡可能減小水質(zhì)波動是污水處理廠出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的重要因素[6]。

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

5 提標改造的工藝選擇

山東省污水處理廠已基本完成一級B 到一級A 的提標，目前部分地區(qū)要求執(zhí)行類地表IV類水質(zhì)標準。本次通過對提標改造的污水廠方案選取與效果分析，提出了常見的問題及解決方法。通過對污水廠出水水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)COD、BOD5、NH3-N、SS 去除率較高，但 TP、TN 無法達到類地表IV 類水質(zhì)標準，若需對現(xiàn)有運行工藝進行改造。其中TN 的去除是制約污水處理廠提標改造的難點[7]。另外，早期排放標準較低以及原工藝效率降低，使得脫氮除磷無法滿足當前的要求，若要提高出水水質(zhì)，需要對原有工藝進行提標改造。

5.1 提標改造技術(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，后化學除磷”的技術(shù)原則[7]。

5.2 提標改造中存在的問題及解決方案

5.2.1 污水處理廠進水碳源不足

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

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)回流液的溶解氧過高也會影響缺氧池的反硝化效果，可適當減小好氧池出水口附近的曝氣。

5.2.2 強化脫氮工藝

1）增加反硝化濾池。通過對二沉池出水檢測，硝態(tài)氮濃度高，氨氮濃度低，因此通過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?，F(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，因此通過設(shè)置獨立的缺氧區(qū)，增加水力停留時間，提高內(nèi)回流比。并根據(jù)進水氨氮濃度，合理控制曝氣，避免回流硝化液中DO 濃度過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，因此通過強化生物除磷，減少化學除磷藥劑的投加，對減低運行費用至關(guān)重要。主要改造方案如下：

1）設(shè)置化學除磷池。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入好氧池進行生物富集從而達到對磷的進一步去除。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得出，化學除磷池在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，可有效避免化學除磷藥劑的投加對生物除磷的抑制。

6 建 議

通過對山東省5 座污水處理廠運行分析，提出以下建議：

1）污水處理廠應充分結(jié)合來水水質(zhì)特征、納污河道及其環(huán)境特性，選擇合理的工藝路線，最大限度地實現(xiàn)出水的達標穩(wěn)定性、高效性、經(jīng)濟性的要求。

2）在進行前期論證時，應考慮到污水廠產(chǎn)生量、管道和負荷量的變化，使實際處理規(guī)模與設(shè)計規(guī)模的產(chǎn)能利用率達到合理水平。

3）在提標改造過程中，不要盲目選擇改造工藝，應根據(jù)實際情況并結(jié)合原有工藝進行充分論證，使新增加的提標工藝與原有工藝實現(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，日后工作應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），降低化學除磷工藝的使用比例，在保證TP 出水穩(wěn)定達標的前提下減少污水處理廠運行成本。