污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行地表水準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的探索

傅信黨，龔向紅

(義烏市水處理有限責(zé)任公司，浙江義烏 322000)

隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(水十條)的深入開展，全面剿滅劣Ⅴ類水體已是當(dāng)前的重點(diǎn)目標(biāo)之一。由于污水處理廠出水直接影響水環(huán)境質(zhì)量，而城鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)行的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)接近于地表劣Ⅴ類水，城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)迫切需要進(jìn)一步提高。本文以義烏市佛堂污水處理廠為例，深入剖析城鎮(zhèn)污水廠通過(guò)工藝控制、提標(biāo)改造和活性焦動(dòng)態(tài)連續(xù)吸附(active coke continuous adsorption，ACCA)、活性焦多級(jí)吸附等深度處理措施，經(jīng)過(guò)2017年8月的調(diào)試和探索，將城鎮(zhèn)污水處理廠出水由一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升至《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002 )準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，即將《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的污染物指標(biāo)(TN除外)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002 )Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠出水由原來(lái)的河道水環(huán)境“負(fù)擔(dān)”到激活水環(huán)境的源泉的轉(zhuǎn)變。

1 佛堂污水廠概況

佛堂污水廠位于義烏市佛堂鎮(zhèn)湖濱村，設(shè)計(jì)日處理規(guī)模為4萬(wàn)t，進(jìn)水主要為鎮(zhèn)區(qū)生活污水和鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)工業(yè)園區(qū)的印染、電鍍等工業(yè)廢水，以及部分的垃圾填埋場(chǎng)滲濾液，其中工業(yè)廢水約占總處理量的40%。佛堂污水廠一期工程(2萬(wàn)t)于2009年10月投入運(yùn)行，二期工程(2萬(wàn)t)于2013年1月投入運(yùn)行， 2015年完成提標(biāo)改造工程，增加高效沉淀池、反硝化深床濾池等設(shè)施，提標(biāo)改造后出水執(zhí)行國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。主要工藝流程如圖1所示。

2016年10月開始建設(shè)ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2017年7月通水調(diào)試，8月運(yùn)行基本穩(wěn)定，該項(xiàng)目主要通過(guò)活性焦多級(jí)吸附法對(duì)污水處理廠出水進(jìn)行深度處理，進(jìn)一步提升污水處理廠出水水質(zhì)。

2 佛堂污水廠工藝及提升至地表準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)存在的難點(diǎn)

佛堂污水廠原采用工藝：水解酸化池—AAO脫氮除磷處理工藝+高效沉淀池+反硝化深床濾池工藝，處理后污水排放執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 佛堂污水廠工藝流程圖Fig.1 Process Flow Chart of Fotang WWTP

為進(jìn)一步提升出水水質(zhì)至準(zhǔn)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，佛堂污水廠在原有處理工藝后端增加ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)ACCA多級(jí)流動(dòng)床吸附塔+除磷一體機(jī)的工藝技術(shù)組合，對(duì)CODCr、色度、TP等污染物進(jìn)行有效的去除，如圖2所示。

活性焦是一種由焦炭粒、籃炭粒為原料生產(chǎn)的多孔含碳物質(zhì)，結(jié)構(gòu)和特性類似于煤質(zhì)顆粒活性炭。與活性炭相比，它保留了活性炭的優(yōu)點(diǎn)：吸附性能良好，化學(xué)性能穩(wěn)定，能夠再生，可重復(fù)使用；同時(shí)，它又克服了活性炭生產(chǎn)成本高、易粉碎等缺點(diǎn)?；钚越咕哂斜缺砻娣e相對(duì)較小、中孔發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，對(duì)大分子有機(jī)物具有良好的吸附性能，活性焦在污水處理時(shí)，相較于活性炭具有更優(yōu)的吸附性能[1]。

圖2 ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目工藝流程圖Fig.2 Flow Diagram of ACCA Activated Coke Pilot Project with Multistage Adsorption & Regeneration Technology

活性焦再生工藝：吸附飽和的活性焦，通過(guò)高溫裂解(800 ℃)，再生系統(tǒng)將吸附在活性焦孔道內(nèi)的有機(jī)污染物進(jìn)行分解，此時(shí)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為甲烷、乙烷、碳?xì)浠衔锏瘸煞郑M成可燃?xì)怏w作為熱能利用，且活性焦的孔道重新打開，性能恢復(fù)接近100%，活性焦可循環(huán)使用，再生率約70%。

污水處理廠主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。出水從《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)提升至《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002 )中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，主要難點(diǎn)在于CODCr、NH3-N、TP、SS等污染物排放指標(biāo)的提升難度較大，同時(shí)，由于佛堂污水廠進(jìn)水中含有較多的印染廢水，出水呈淡黃色，感官較差，這也是水質(zhì)提升的一個(gè)難點(diǎn)。

3 佛堂污水廠工藝調(diào)整及深度處理措施

佛堂污水廠進(jìn)水為生活污水、工業(yè)廢水和部分垃圾滲濾液的混合污水，其中工業(yè)廢水主要為印染、電鍍等行業(yè)廢水，占比約40%，進(jìn)水可生化性較差。污水廠近3年進(jìn)水濃度如表2所示。

表1 污水處理廠主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

表2 佛堂污水廠近3年進(jìn)水濃度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)水質(zhì)提升至《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的要求，佛堂污水廠針對(duì)性地對(duì)各指標(biāo)采取不同措施予以提升。

3.1 NH3-N

出水NH3-N需從一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的5 mg/L提升至1 mg/L，根據(jù)佛堂污水廠工藝調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，只需通過(guò)AAO池運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，即可達(dá)到NH3-N在1 mg/L以下(圖3)。

AAO工藝的運(yùn)行，對(duì)溶解氧有較高的要求，缺氧和厭氧區(qū)需保持低溶解氧狀態(tài)，缺氧區(qū)溶解氧一般在0.5 mg/L以下，厭氧區(qū)一般在0.2 mg/L以下，好氧區(qū)溶解氧一般控制在2～3 mg/L。缺氧、厭氧池溶解氧過(guò)高，將抑制聚磷菌的釋磷和反硝化過(guò)程，影響生物脫氮除磷效果，而好氧段溶解氧過(guò)低，則會(huì)抑制聚磷菌吸磷和硝化過(guò)程，同時(shí)易引起二沉池厭氧釋磷，影響脫氮除磷效果[2]。佛堂污水廠通過(guò)調(diào)整曝氣量，調(diào)控好氧區(qū)4組廊道的溶解氧，將好氧區(qū)溶解氧控制在2～4 mg/L，通過(guò)降低好氧區(qū)末端廊道曝氣量，將好氧區(qū)末端溶解氧控制在2 mg/L左右(圖4)。通過(guò)合理的好氧區(qū)溶解氧濃度控制，可保障硝化反應(yīng)的充分進(jìn)行，確保出水NH3-N在1 mg/L以下。

3.2 BOD5

佛堂污水廠進(jìn)水中工業(yè)水比例較高，進(jìn)水BOD5濃度低，碳源不足，需額外投加碳源。經(jīng)處理后出水BOD5在4 mg/L以下，符合《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)要求(圖5)。

3.3 TP

為強(qiáng)化生物脫氮效果，往往會(huì)將部分污泥及混合液回流，但回流液中攜帶的硝酸鹽氮易造成厭氧環(huán)境破壞，使得生物除磷往往無(wú)法達(dá)到滿意效果，因此以化學(xué)除磷為輔，來(lái)實(shí)現(xiàn)TP的去除[3]。佛堂污水廠TP的去除，主要分為AAO池生物脫氮除磷和高效沉淀池、ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)的除磷一體機(jī)的化學(xué)除磷。

AAO池內(nèi)生物除磷主要通過(guò)聚磷菌在厭氧條件下釋放磷酸鹽于環(huán)境中，在好氧條件下，從外部過(guò)量攝取磷酸鹽以聚合態(tài)儲(chǔ)藏在體內(nèi)，形成高磷污泥，再通過(guò)剩余污泥排放達(dá)到除磷的效果。

圖3 佛堂污水廠8月NH3-N情況Fig.3 NH3-N List of Fotang WWTP in August

圖4 溶解氧在曝氣池中的對(duì)比圖Fig.4 Contrast Diagram of Dissolved Oxygen in Aeration Tank

圖5 佛堂污水廠8月BOD5情況Fig.5 BOD5 List of Fotang WWTP in August

影響生物除磷的工藝參數(shù)主要有溶解氧、外回流比和污泥齡等，根據(jù)佛堂污水廠運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，厭氧區(qū)溶解氧控制在0.2 mg/L以下，好氧區(qū)在2～4 mg/L，外回流比約70%，考慮脫氮除磷的整體效果，污泥齡一般控制在15 d左右，生化池污泥濃度控制在3 000～3 500 mg/L，即可達(dá)到較為理想的脫氮除磷效果。

化學(xué)除磷主要包括四個(gè)步驟：凝聚作用、絮凝作用、沉淀反應(yīng)和固液分離。將金屬無(wú)機(jī)鹽藥劑加入污水中使其與磷酸鹽反應(yīng)，形成非溶解性的微顆粒物質(zhì)。同時(shí)，非溶解性的細(xì)小固態(tài)物質(zhì)會(huì)相互黏結(jié)、壓縮，微顆粒表面雙電層發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行交聯(lián)、網(wǎng)捕、吸附等的物理化學(xué)過(guò)程，與污水中的可絮凝物質(zhì)聚集成更大的絮體，使沉淀物顆粒體積有所增大，導(dǎo)致穩(wěn)定的膠體脫穩(wěn)，再通過(guò)固液分離達(dá)到化學(xué)除磷的目的[4]。

高效沉淀池主要是通過(guò)投加助凝劑(PAC)和絮凝劑(PAM陰離子)，經(jīng)過(guò)快混池、絮凝沉淀反應(yīng)池、高效沉淀濃縮池、撇渣管、污泥回流及污泥排放系統(tǒng)等，使處理藥劑與水中的污染物充分混合、反應(yīng)，并經(jīng)斜板沉淀后去除水體中的污染物。通過(guò)調(diào)整PAC和PAM的投加比例和污泥回流量等參數(shù)，能很好地控制高效沉淀池的運(yùn)行效果[5]。

ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)除磷一體機(jī)的助凝和混凝部分與高效沉淀池類似，主要區(qū)別在于懸浮物的去除方式。該項(xiàng)目所采用的是氣浮法，形成水-氣-顆粒三相混合體系，顆粒黏附氣泡后，形成密度小于水的絮體，從而上浮到水面，形成浮渣層被刮除，實(shí)現(xiàn)固液或者液液分離的過(guò)程。氣浮除磷主要目的在于加強(qiáng)磷的去除，對(duì)有機(jī)物、細(xì)菌及微污染物也有較好的去除效果[6]。

佛堂污水廠總磷經(jīng)過(guò)AAO池生化除磷+高效沉淀池+ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)處理后，出水總磷在0.2 mg/L以下，符合《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(圖6)。

為進(jìn)一步研究ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果，對(duì)ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)除磷一體機(jī)進(jìn)行深入調(diào)整，佛堂污水廠進(jìn)入ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)的進(jìn)水TP濃度雖然有所波動(dòng)，但系統(tǒng)出水TP可穩(wěn)定在0.1 mg/L以下，達(dá)到《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(圖7)。

3.4 CODCr

佛堂污水廠進(jìn)水條件較為復(fù)雜，工業(yè)廢水中含有較多溶解性難降解的CODCr，佛堂污水廠采用活性焦吸附作為去除CODCr的深度處理工藝。佛堂污水廠進(jìn)水經(jīng)過(guò)水解酸化池+AAO池生化處理后，二沉池出水CODCr在40～60 mg/L，經(jīng)高效沉淀池+反硝化深床濾池處理后，出水CODCr一般在30～50 mg/L，再通過(guò)ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)進(jìn)行吸附處理，出水CODCr能穩(wěn)定在20 mg/L以下，其中ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果十分明顯(圖8)。

圖6 佛堂污水廠8月TP情況Fig.6 TP List of Fotang WWTP in August

圖7 佛堂污水廠ACCA活性焦系統(tǒng)TP調(diào)試情況Fig.7 Test of TP for ACCA Activated Coke System in Fotang WWTP

圖8 佛堂污水廠8月CODCr情況Fig.8 CODCr List of Fotang WWTP in August

3.5 色度

佛堂污水廠進(jìn)水中印染、電鍍廢水較多，出水顏色呈淡黃色，感官較差，其中的色度多為不可生物降解或難于降解的物質(zhì)。佛堂污水廠出水經(jīng)ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)處理后，色度有明顯的去除，出水基本呈無(wú)色透明狀(圖9)。

圖9 ACCA活性焦系統(tǒng)前后色度對(duì)比圖Fig.9 Chroma Contrast before and after ACCA Activated Coke System

3.6 TN

佛堂污水廠進(jìn)水成分復(fù)雜，工業(yè)廢水比重高，并含有部分垃圾滲濾液，進(jìn)水碳源不足，TN的去除一直是佛堂污水廠運(yùn)行的一個(gè)難點(diǎn)。佛堂污水廠TN去除主要通過(guò)AAO池脫氮除磷系統(tǒng)和反硝化深床濾池進(jìn)行。在AAO池的工藝運(yùn)行中，因去除NH3-N的需要，AAO池整體溶解氧偏高，同時(shí)，進(jìn)水碳源不足，導(dǎo)致TN去除率偏低。佛堂污水廠通過(guò)在AAO池缺氧池和反硝化深床濾池分別投加50%乙酸作為補(bǔ)充碳源，達(dá)到去除TN的目的。目前出水TN尚無(wú)法達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水(TN≤1.0 mg/L)標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)不同的進(jìn)水濃度、溫度、工藝運(yùn)行參數(shù)和碳源投加量等因素，出水TN可控制在10 mg/L以下(圖10～圖11)。

圖10 佛堂污水廠16年11月～17年8月進(jìn)出水TN情況Fig.10 TN List of Fotang WWTP from November 2016 to August 2017

圖11 佛堂污水廠8月TN情況Fig.11 TN List of Fotang WWTP in August

3.7 重金屬

佛堂污水處理廠經(jīng)AAO池生化處理以及高效沉淀池、反硝化深床濾池和ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)處理后，出水重金屬指標(biāo)符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。

3.8 佛堂污水廠8月進(jìn)、出水水質(zhì)情況

佛堂污水廠8月進(jìn)、出水(出水為ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目出水)情況如表4所示。

表3 佛堂污水廠出水部分重金屬情況

注：以上數(shù)據(jù)引用義烏市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站義環(huán)監(jiān)(2017)水字第173號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)告

表4 佛堂污水廠8月進(jìn)、出水水質(zhì)情況

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析

ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目作為佛堂污水廠水質(zhì)提升的重要組成部分，對(duì)CODCr、色度、總磷和重金屬等污染物的去除效果十分顯著，該項(xiàng)目噸水處理費(fèi)用約0.52元/t。

表5 ACCA活性焦多級(jí)吸附再生技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用

污水處理廠執(zhí)行一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的排放水質(zhì)仍低于功能區(qū)水質(zhì)，是導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量得不到改善和水質(zhì)惡化的原因之一。執(zhí)行功能區(qū)相應(yīng)的地表水準(zhǔn)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，可以為受納水體提供優(yōu)質(zhì)的補(bǔ)充水源，對(duì)恢復(fù)和改善水環(huán)境具有重要意義。佛堂污水廠執(zhí)行地表水準(zhǔn)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的出水可作為高品質(zhì)再生水應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，無(wú)需另建中水處理設(shè)施，目前噸水處理成本(不含人工和折舊費(fèi))為1.36元，與同一地區(qū)自來(lái)水相比，佛堂污水廠的出水作為再生水具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。綜上所述，佛堂污水廠執(zhí)行地表水準(zhǔn)Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)一步改善當(dāng)?shù)睾拥郎鷳B(tài)水體，提高水資源利用率，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面上可行，具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

(1)佛堂污水廠通過(guò)AAO池工藝參數(shù)的調(diào)整，NH3-N可控制在1 mg/L以下，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

(2)佛堂污水廠通過(guò)AAO池生化工藝參數(shù)調(diào)整，再配套高效沉淀池、反硝化深床濾池和ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)等物化處理設(shè)施，出水TP控制在0.2 mg/L以下，CODCr控制在20 mg/L以下，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，其中ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果十分明顯。

(3)通過(guò)ACCA活性焦多級(jí)吸附系統(tǒng)，可明顯降低出水色度，出水基本呈無(wú)色透明狀。

(4)根據(jù)佛堂污水廠現(xiàn)有的工藝調(diào)控手段，出水TN尚無(wú)法達(dá)到地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)不同的進(jìn)水條件、水溫、碳源投加量和工藝參數(shù)調(diào)整等，出水TN可控制在10 mg/L以下。

(5)佛堂污水廠通過(guò)工藝調(diào)控、高效沉淀池和反硝化深床濾池等提標(biāo)改造工程、ACCA活性焦多級(jí)吸附再生試驗(yàn)項(xiàng)目等深入探索，出水主要指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》準(zhǔn)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，為城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)提升至《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》準(zhǔn)Ⅲ類水提供了現(xiàn)實(shí)可行的案例。

[1]李若征,楊宏,靳昕,等.活性焦對(duì)典型煤氣化廢水的吸附及其影響因素[J].環(huán)境污染與防治,2016,38(1):19-22.

[2]張建豐.活性污泥法工藝控制[M].北京:中國(guó)電力出版社,2011.

[3]戴界紅.小型污水處理廠AAO工藝提標(biāo)改造技術(shù)措施與運(yùn)行[J].中國(guó)給水排水,2010,26(18):28-30.

[4]侯雯.污水化學(xué)除磷的探討[J].廣東化工,2012,39(17):91-92.

[5]劉大明.高效沉淀池的技術(shù)研究與應(yīng)用[J].廣東化工,2016(4):138-140.

[6]胡鋒平,鄧榮森,王濤,等.溶氣氣浮技術(shù)的發(fā)展及其在城市污水處理廠中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水,2004,30(6):27-30.