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    浙江标准下的城镇污水处理厂提质增效管理对策研究*

    时间：2023-06-28 17:15:09来源：百花范文网本文已影响人

    许明珠 姚 轶 吴丽娜# 徐志荣 王浙明 翟瑞雪

    (1.浙江省环境科技有限公司,浙江 杭州 311100;2.浙江省生态环境科学设计研究院,浙江 杭州 310007)

    2018年浙江印发了《浙江省“五水共治”(河长制)碧水行动实施方案》,明确要从污染减排和扩容两方面着力打好碧水保卫战。城镇污水处理厂是大部分污水进入环境前的最后一道闸门,提升城镇污水处理厂处理效能,对于污染减排具有重要意义。随着2019—2021年浙江全省城镇污水处理厂提标改造工作结束,浙江地标《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB33/ 2169—2018)开始全面执行。相比《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准,DB33/ 2169—2018对化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)4项污染物排放指标均有所加严,对城镇污水处理厂而言能否稳定达标运行值得关注。

    目前,针对浙江标准下城镇污水处理厂如何达标的研究主要侧重于提标改造工艺上[1-3],从进水角度分析达标对策的较少。浙江部分城镇污水处理厂工业废水进水比例较高[4]21,调查显示28.0%的污水处理厂接纳的工业废水比例超过50%,而工业废水中的有毒有害物质会给城镇污水处理厂生物池内的微生物带来不利影响,导致污水处理系统的运行效能下降[5-6],[7]69,对城镇污水处理厂的稳定运行造成一定挑战。鉴于此,本研究重点分析了浙江城镇污水处理厂进水情况,从进水管理的角度为城镇污水处理厂提质增效提出管理对策建议。

    采用问卷调查的方式,对浙江城镇污水处理厂基本情况、进水水质和来源等进行全面调查,并结合公开的监督性监测数据、在线监测数据开展大数据分析。本研究共回收得到有效问卷231份,被统计的231家城镇污水处理厂设计规模合计963万t/d,约占浙江全省城镇污水处理厂总设计规模的80%,说明本次调查问卷获取数据总体可以代表浙江城镇污水处理现状。调查问卷样本实际污水总处理规模832万t/d,平均运行负荷为86.85%。不同设计规模的城镇污水处理厂分布情况见图1。

    图1 不同规模城镇污水处理厂数量及污水处理量占比Fig.1 Quantity and sewage treatment ratio of municipal wastewater treatment plants with different design scales

    由图1可见,就数量而言,浙江城镇污水处理厂大多设计规模在5万t/d以下,设计规模<1万t/d的城镇污水处理厂占28.6%,设计规模1万～<5万t/d的城镇污水处理厂占44.6%,设计规模5万～<10万t/d的城镇污水处理厂占17.3%,设计规模≥10万t/d的城镇污水处理厂仅占9.5%。就污水处理量而言,数量众多的小型城镇污水处理厂处理水量总体较少,其中设计规模<1万t/d的城镇污水处理厂污水处理量仅占2.4%,设计规模1万～<5万t/d的城镇污水处理厂污水处理量占23.0%,设计规模5万～<10万t/d的城镇污水处理厂污水处理量占25.6%,设计规模≥10万t/d的城镇污水处理厂污水处理量高达49.0%。可见,浙江大部分污水主要由设计规模5万t/d以上的中大型规模城镇污水处理厂集中处理。

    2.1 设计工艺

    浙江城镇污水处理厂应用工艺较多,总体以厌氧好氧类活性污泥法(An/O)、序批式活性污泥法(SBR)、氧化沟等常规生物处理工艺为主(见图2)。其中,使用A2/O、A3/O和A/O工艺的城镇污水处理厂分别有102、4、34家,数量占比分别为44.2%、1.7%、14.7%;其次为SBR工艺,包括循环式活性污泥法(CAST)和改良式序列间歇反应器(MSBR)等,使用此类工艺的城镇污水处理厂有37家,数量占比为16.0%;使用氧化沟类工艺的城镇污水处理厂有22家,数量占比为9.5%;此外,部分城镇污水处理厂采用上述各类工艺的组合工艺或生物膜法,出现较多的为An/O+SBR的组合工艺(数量占比为3.5%)。从现行处理工艺来看,目前浙江省内城镇污水处理厂主要适用于对常规污染物进行处理。

    图2 城镇污水处理厂处理工艺Fig.2 Treatment processes of municipal wastewater treatment plants

    2.2 进水工业废水占比

    根据统计数据,浙江大部分城镇污水处理厂在处理生活污水的同时接纳工业废水,只处理生活污水的城镇污水处理厂较少,数量上仅占13.0%。针对接纳工业废水的城镇污水处理厂,根据工业废水在进水中的占比进行简要划分,其中工业废水占比>0～25%、>25%～50%、>50%～90%的城镇污水处理厂分别在数量上占城镇污水处理厂总数的32.1%、26.9%、28.0%。

    2.3 污染物浓度和种类

    2.3.1 主要污染物进水浓度

    为减小大数据分析过程中出现的偏差,以数据量最丰富的COD为主要污染物代表,分析浙江城镇污水处理厂主要污染物的季节变化,结果见图3。春季、夏季、秋季、冬季4个季节城镇污水处理厂的COD平均进水质量浓度分别为245.5、215.1、223.0、236.2 mg/L,夏季COD进水浓度整体较低,推测与部分污水处理厂污水收集系统不完善,雨污分流不彻底有关[8]27。

    2.3.2 不同类型污水处理厂出水COD

    分析不同工业废水占比的城镇污水处理厂出水COD年均质量浓度,结果见图4。不接纳工业废水的纯生活污水处理厂出水COD年均质量浓度为23.9 mg/L,波动范围总体较小。当城镇污水处理厂接纳工业废水后,出水COD波动范围有所增大,工业废水占比为>0～25%、>25%～50%、>50%～90%时,出水COD年均质量浓度分别为20.6、24.5、30.8 mg/L,可见出水COD随工业废水占比的提高增加趋势明显,说明工业废水占比是影响出水COD稳定达标的重要因素之一[7]70。对于纯生活污水处理厂出水COD浓度反而较高的现象,推测可能由于纯生活污水处理厂规模普遍较小且稳定性较差,或运维能力不足等所致。

    图3 城镇污水处理厂COD进水质量浓度季节变化Fig.3 Seasonal variation of influent COD mass concentration of municipal wastewater treatment plants

    图4 不同类型城镇污水处理厂出水COD年均质量浓度Fig.4 Annual average mass concentration of effluent COD of different types of municipal wastewater treatment plants

    2.3.3 特征污染物

    根据调查获取数据,对浙江城镇污水处理厂接纳工业废水行业来源进行统计,结果如图5所示。其中,接纳纺织染整废水和化工废水的城镇污水处理厂数量占比分别达到70%、25%。纺织染整和化工两个行业是浙江城镇污水处理厂主要工业废水来源,其余纳管比例较高的工业废水主要来源于制药、食品、电镀、造纸、制革、机械、金属制品等行业,可见城镇污水处理厂接纳的工业废水来源十分复杂。

    图5 浙江城镇污水处理厂接纳的主要工业废水类别Fig.5 Categories of industrial wastewater treated by municipal wastewater treatment plant in Zhejiang

    依据接纳工业废水来源,对浙江城镇污水处理厂可能涉及的特征污染物进行统计。金属制品行业主要特征污染物为总铅、总镍、总铬、总镉等重金属[9-10],化工行业和制药行业主要特征污染物为苯系物、可吸附有机卤化物(AOX)、胺类物质等[11-13],纺织染整行业主要特征污染物为六价铬、锑、苯胺类[14]。这些特征污染物可能影响生化系统稳定性,此外电镀、金属制品等行业产生的镍、铬、镉、锑等重金属物质和一些难降解有机污染物可能穿透处理系统产生环境风险[7]70。可见,加强城镇污水处理厂上游工业废水纳管管控十分必要。

    2.4 受纳废水可生化性

    从五日生化需氧量(BOD5)和COD质量浓度比(以下简称B/C)和盐度两方面对城镇污水处理厂进水的可生化性进行分析。由于调查问卷和在线监测数据中缺少对BOD5的监测,故采用监督性监测数据对主要纳管工业行业的废水B/C进行统计,结果见图6。由于工业企业在废水预处理过程中首先将易降解的有机物去除,因此排入城镇污水处理厂的废水生化性普遍较差[4]21,[7]71,平均B/C仅在0.16左右。其中纺织染整行业废水的B/C最低,平均仅为0.11;造纸和食品行业废水的平均B/C较高,分别为0.22和0.26。一般而言,B/C大于0.3的废水可生化性较强。而纳管工业废水中B/C超过0.3的行业极少,普遍属于难降解废水,实际操作中常需要额外补充碳源以提高可生化性。

    图6 主要工业行业废水的B/CFig.6 B/C of wastewater in major industry

    3.1 进水水质成分复杂且可生化性较差

    现有城镇污水处理厂接纳了纺织染整、化工、制药、造纸等行业大量工业废水,这些经过预处理后再排入城镇污水处理厂的工业废水B/C普遍很低,废水可生化性较差。部分工业行业废水中含有难降解有机物、有毒有害物质、有机磷、不可氨化的有机氮等,这些物质对现行以An/O为主的生化处理工艺影响较大,对小规模城镇污水处理厂工业废水的间歇式排放影响更甚,这将成为制约城镇污水处理厂稳定达标的不可忽视因素。

    3.2 污水收集系统效能有待提升

    城镇污水处理厂进水COD浓度偏低,污水收集系统效能不足是重要原因[8]30。由于雨污分流系统不健全,排水系统老化等原因,使得雨水进入污水管道的同时本应纳管的生活污水无法悉数纳入,导致进水可生化性进一步降低。这些低浓度废水在实际处理过程中往往需要额外增加碳源来保证生化系统的稳定性,增加运行成本的同时增加了碳排放[21]。进水中的工业废水腐蚀性相对较高,容易导致设备故障致使运行不稳定。

    3.3 日常运行管理有待完善

    不同工业废水的污染物成分相差很大、浓度较高,当排入城镇污水管网的时间不确定时,易引起城镇污水处理厂生化系统中碳氮磷比例失衡,从而显著降低处理效率[4]23。当前,城镇污水处理厂运行管理过程中对纳管企业废水排放情况掌握不够及时,对纳管企业何时排放污水、排放污水的水量、水质等掌握不全面,日常管理仅靠平均数据来分析,很难反映出水量和水质的波动情况,无法及时判断工艺运行状态并作出快速调整。

    4.1 建立难降解工业废水管控清单

    由于多数城镇污水处理厂均接纳了工业废水,建议对难降解纳管工业废水实施严格管控。紧密围绕高盐废水、有机磷废水、存在稀释排放风险的含重金属废水开展分级管控。将难降解工业废水分为Ⅰ类废水和Ⅱ类废水：Ⅰ类废水包括有机磷化工行业废水和电镀废水;Ⅱ类废水包括高盐废水,纺织染整、化工、制药行业产生的B/C小于0.2的废水。建议Ⅰ类废水应优先由专业工业污水处理厂处理或企业自行处理达到直接排放标准后再排放。Ⅱ类废水应对其进行评估后再确定是否可以纳入城镇污水处理厂集中处理。

    4.2 加强工业行业废水的间接排放管理

    对Ⅰ类、Ⅱ类废水之外的工业行业纳管废水,原则上应当严格执行相关行业标准间接排放标准要求,达到间接排放标准后可排入城镇污水处理厂。鉴于现行接纳有工业废水的城镇污水处理厂普遍面临碳源不足的问题,对于酿酒、食品制造等环境风险相对较小的行业,且其废水中碳源含量较高,应允许其与下游污水处理厂协商确定较宽松的水污染物排放浓度限值,为下游污水处理厂提供碳源,这有利于降低双方运行成本,提高污水处理厂氮磷脱除效率,促进减污降碳双赢。此外,废水排放企业应与城镇污水处理厂建立协同运行机制,合理规划并严格执行不同工业废水的排放时间段,使城镇污水处理厂可以最大限度利用和平衡营养源,促进城镇污水处理厂提质增效。

    4.3 推进污水收集系统的提升改造

    提升已有管网管道质量,减少污水在运输过程中的漏损,应纳尽纳保证进水浓度。进一步做好雨污分流改造,解决排水管网雨污混接,避免雨水混入污水收集系统,提升有效进水浓度。强化工业端进水管控,工业污水可以实施“一厂一管”“多厂专管”输送,便于污染溯源和精准治理,有条件的可以实行“分类收集、分质处理”。开展污水收集系统智能化改造,通过安装传感器及时了解系统内水量变化。

    4.4 提升城镇污水处理厂运维水平

    加强对纳管工业企业的要求,纳管企业水质发生变化或需要临时排放高浓度废水时应提前告知城镇污水处理厂,以便于及时应对冲击。鉴于部分工业废水中含有腐蚀性物质、高浓度和高色度物质,接纳工业废水比例较高的城镇污水处理厂需提升硬件设备质量,及时掌握接纳废水中存在的难降解和有毒有害污染物的情况,有条件的可定期对可能存在的特征污染物开展监测,逐步建立完善新污染物监测防控机制。新标准实施过程中,城镇污水处理厂要同步做好运维人员培训。

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