初論長江武漢開發(fā)區(qū)江段污水處理廠污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)

鄭 潭，付 樂，尹 煒

(1．中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，湖北武漢 430000；2．長江水資源保護(hù)科學(xué)研究所，湖北武漢 430000)

隨著長江經(jīng)濟(jì)帶沿線城市快速的發(fā)展，相應(yīng)的生產(chǎn)和生活活動產(chǎn)生污水量越來越大，給長江的水環(huán)境保護(hù)帶來巨大的壓力。為更好的保護(hù)長江水環(huán)境，在現(xiàn)行水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)[1]一級A標(biāo)準(zhǔn)和地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合《長江流域片重要江河湖泊水功能區(qū)納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案報告》[2]現(xiàn)有和規(guī)劃長江武漢開發(fā)區(qū)段水環(huán)境容量，論述污水處理廠中CODCr、NH3-N、TP和TN需采用何種排放標(biāo)準(zhǔn)，以此來確定污水處理廠采取何種技術(shù)路線，為武漢開發(fā)區(qū)污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 國內(nèi)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

國家水體總量控制指標(biāo)為化學(xué)需氧量(CODCr)和氨氮(NH3-N)、區(qū)域性水體控制指標(biāo)為總磷(TP)和總氮(TN)。

目前，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物國家排放標(biāo)準(zhǔn)有一級標(biāo)準(zhǔn)(A標(biāo)準(zhǔn)和B標(biāo)準(zhǔn))、二級標(biāo)準(zhǔn)、三級標(biāo)準(zhǔn)。其中，一級A標(biāo)準(zhǔn)為城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放的最高標(biāo)準(zhǔn)，CODCr、NH3-N、TP和TN相應(yīng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 基本控制項目最高允許排放濃度(日均值)Tab.1 Maximum Acceptable Discharge Concentration of Basic Control Items (Daily Average)

注：括號外數(shù)值為水溫>12 ℃時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12 ℃時的控制指標(biāo)

制定污水排放地方標(biāo)準(zhǔn)有《廣東省水污染物排放限值》(DB 4426—2001)[3]、《北京市水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/307—2013)[4]、《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 51/2311—2016)[5]、《巢湖流域城鎮(zhèn)污水處理廠和工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 34/2710—2016)[6]、《湖北省漢江中下游流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 42/1318—2017)[7]、《天津市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 12/356—2018)[8]、《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點工業(yè)行業(yè)主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)[9]、《浙江省城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 33/2169—2018)[10]等地方標(biāo)準(zhǔn)。由于排放水體的不同，相應(yīng)的水環(huán)境容量不一致，但對于CODCr、NH3-N、TP和TN控制指標(biāo)的要求均嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)一級A標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 地方標(biāo)準(zhǔn)允許排放濃度(日均值)Tab.2 Discharge Limit for Local Standard (Daily Average)

注：括號外數(shù)值為水溫>12 ℃時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為水溫≤12 ℃時的控制指標(biāo)

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[11]不同水體分類對地表水中CODCr、NH3-N、TP和TN的規(guī)定如表3所示。

表3 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項目標(biāo)準(zhǔn)限值Tab.3 Discharge Limit of Surface Water Environment Quality Standard

注：括號外數(shù)值為江、河等流動水體控制指標(biāo)，括號內(nèi)數(shù)值為湖、庫等封閉水體控制指標(biāo)

根據(jù)以上國家和地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)以及地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，目前很多省、市制定地方標(biāo)準(zhǔn)均嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)，基本上執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)介于地表水III類～V類(TN除外)。

2 結(jié)果與分析

2.1 出水標(biāo)準(zhǔn)

長江武漢開發(fā)區(qū)段水環(huán)境區(qū)劃分為長江嘉魚、武漢保留區(qū)和長江武漢漢陽飲用水源、工業(yè)用水區(qū)(圖1)。水環(huán)境現(xiàn)狀和管理要求如表4所示。

根據(jù)長江武漢開發(fā)區(qū)段排污口審批情況，以及該區(qū)段現(xiàn)狀污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，具體分析如表5所示。

圖1 長江武漢開發(fā)區(qū)段水功能區(qū)段圖Fig.1 Diagram of Wuhan EDZ Section of Yangtze River Water Function Area

表4 長江武漢開發(fā)區(qū)段水環(huán)境現(xiàn)狀和管理要求Tab.4 Current Situation and Management Requirements of Water Environment in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

由表4、表5可知，長江嘉魚、武漢保留區(qū)和長江武漢開發(fā)利用——長江武漢漢陽飲用水源、工業(yè)用水區(qū)現(xiàn)狀入河污染物總量已經(jīng)大于該區(qū)段的納污能力，該區(qū)段已沒有水環(huán)境容量，因此新設(shè)排污口排放標(biāo)準(zhǔn)擬定的原則為自身區(qū)域內(nèi)減量置換。由于長江嘉魚、武漢保留區(qū)自身水環(huán)境容量遠(yuǎn)大于長江武漢開發(fā)利用-長江武漢漢陽飲用水源、工業(yè)用水區(qū)段，選取長江嘉魚、武漢保留區(qū)段進(jìn)行減量置換。該區(qū)段武漢開發(fā)區(qū)現(xiàn)狀污水處理廠有紗帽污水廠、軍山污水廠和黃陵污水廠，擬新建有沌口第二污水廠和漢南第二污水廠。

具體解決方案：對現(xiàn)有的污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)，騰出水環(huán)境容量；另一方面，新建污水處理廠執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，保證區(qū)域內(nèi)總的水環(huán)境容量不增加。

(1)新建污水廠

沌口第二污水廠新建規(guī)模為6萬m3/d，漢南第二污水廠新建規(guī)模為5萬m3/d，如出水CODCr、NH3-N、TP執(zhí)行IV類，TN≤10 mg/L，即CODCr為30 mg/L、NH3-N為1.5 mg/L(3 mg/L)、TP為1.5 mg/L。根據(jù)《武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)污水收集與處理專項規(guī)劃》(2018年—2030年)[12]污水來源生活∶工業(yè)=6∶4，生活污水的部分可參照附近南太子湖污水廠的出水要求，作為區(qū)域減排項目請求審批部門不參與納污能力管理限制。只考慮工業(yè)廢水部分排放，經(jīng)核算工業(yè)廢水入江需要的環(huán)境容量：CODCr為482 t/a、NH3-N為24 t/a、TP為4.8 t/a。

(2)現(xiàn)狀污水廠

軍山污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)模為2萬m3/d，執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。由于軍山污水廠廠外管網(wǎng)尚處于啟動建設(shè)階段，且污水廠規(guī)模不大，近期暫不對該廠進(jìn)行提標(biāo)。

表5 長江武漢開發(fā)區(qū)段現(xiàn)狀污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Discharge Standard of Existing WWTPs in Wuhan EDZ Section of Yangtze River

黃陵污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)模為3.5萬m3/d，執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。二期擴(kuò)建規(guī)模為6萬m3/d，執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。二期正在建設(shè)過程中，且用地受限，近期暫不對該廠進(jìn)行提標(biāo)，維持一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

紗帽污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)模為8萬m3/d，執(zhí)行一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。擬對該廠進(jìn)行提標(biāo)，要滿足新建污水廠環(huán)境容量需求。經(jīng)核算需要將排放標(biāo)準(zhǔn)提高至CODCr、NH3-N、TP執(zhí)行地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)，TN≤10 mg/L，才能滿足要求。

2.2 技術(shù)路線

在擬新建污水廠和提標(biāo)污水廠確定技術(shù)路線前，應(yīng)開展源頭管控調(diào)查，水質(zhì)水量特征分析，主要達(dá)標(biāo)影響因素識別，關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)標(biāo)難點分析，工藝運行效能測試等。技術(shù)措施：優(yōu)先考慮加強源頭控制、調(diào)整運行模式、優(yōu)化運行管理、投加化學(xué)藥劑等非工程措施；實施上述措施仍不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)時，應(yīng)采取針對性的工程技術(shù)措施。

CODCr去除：城鎮(zhèn)污水中的CODCr可以劃分為溶解性快速生物降解有機(jī)物、溶解性難生物降解有機(jī)物、懸浮性慢速可生物降解有機(jī)物、懸浮性難生物降解有機(jī)物等，其中影響出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的主要是溶解性難生物降解有機(jī)物。技術(shù)措施為強化生物處理和深度處理去除，強化生物處理系統(tǒng)的去除效果采用控制排泥，提高污泥濃度、增大泥齡；投加生物填料，利用生物膜法提高生物泥齡。強化深度處理系統(tǒng)去除效果采用混凝沉淀過濾等工藝、活性炭/活性焦等物理截留吸附工藝、(催化)臭氧氧化工藝、高級氧化+物理吸附等工藝組合。

NH3-N與TN去除：城鎮(zhèn)污水中的TN 包括有機(jī)氮、NH3-N(銨離子+游離氨)和硝態(tài)氮，生活污水中的有機(jī)氮和NH3-N濃度較高，硝態(tài)氮濃度很低。技術(shù)措施為采用深度處理系統(tǒng)的吸附、混凝沉淀或高級氧化實現(xiàn)一定程度的去除；在好氧區(qū)中投加懸浮填料，提高系統(tǒng)硝化能力及穩(wěn)定性；在深度處理系統(tǒng)設(shè)置反硝化濾池等具有反硝化脫氮功能的設(shè)施。

TP去除：城鎮(zhèn)污水中的TP主要為磷酸鹽。技術(shù)措施為根據(jù)出水磷酸鹽和TP濃度，調(diào)控除磷藥劑投加量，避免長期過量投加影響生物除磷能力；采用后置化學(xué)除磷，可選用氣浮或混凝沉淀過濾等工藝；可選用磁混凝等具有強化混凝沉淀效果的工藝，減少占地。

污水廠提標(biāo)存在的主要問題為工藝設(shè)計問題、進(jìn)水水質(zhì)問題和運行管理問題。(1)工藝設(shè)計問題：預(yù)處理系統(tǒng)功能不足、設(shè)備故障、過度消耗碳源、復(fù)氧嚴(yán)重，即跌水導(dǎo)致水體的復(fù)氧，消耗了為營造反硝化脫氮時缺氧的環(huán)境，故使系統(tǒng)中碳源消耗增加而增加了碳源的添加；生物系統(tǒng)優(yōu)化不足、工藝提標(biāo)潛力低，需工程措施；深度處理負(fù)荷不足、能力衰減嚴(yán)重、功能缺失等。(2)進(jìn)水水質(zhì)問題：前端管網(wǎng)/納管、難生物降解CODCr、TN(氨氮)、TP波動等。工業(yè)廢水過多，管網(wǎng)滲漏、河水倒灌等；含有溶解性難生物降解CODCr，工業(yè)廢水影響；碳源不足最為突出，同時還有冬季低水溫，溶解態(tài)有機(jī)磷組分。(3)運行管理問題：技術(shù)人員缺乏、評估手段欠缺、設(shè)備維護(hù)不足等。日常檢測與運行優(yōu)化關(guān)聯(lián)性需加強、評估手段應(yīng)細(xì)化；小型污水處理廠和建成較早的大型污水處理廠更應(yīng)加強。

武漢開發(fā)區(qū)新建污水廠和提標(biāo)污水廠出水CODCr、NH3-N、TP執(zhí)行地表水IV類，TN≤10 mg/L、對于提標(biāo)污水廠采取的技術(shù)路線，充分利用現(xiàn)有設(shè)施，調(diào)整設(shè)備、分區(qū)、工藝等：現(xiàn)有設(shè)施降低規(guī)模+擴(kuò)建補充規(guī)模=總規(guī)模達(dá)標(biāo)；現(xiàn)有設(shè)施+深度處理。具體改造方式：一級處理的強化與改造，格柵和沉砂池改造、增加初沉池、現(xiàn)有初沉池改造；二級生化系統(tǒng)強化，調(diào)整功能分區(qū)、多點進(jìn)水、碳源多點投加，推流、攪拌、曝氣系統(tǒng)改造，改造為MBBR、MBR等；新增三級處理工藝，沉淀(高效沉淀池、加砂沉淀池、磁混凝沉淀池)、過濾(砂濾、精密過濾、深床濾池、BAF、活性砂濾池、臭氧氧化等)[13]。對于新建污水處理廠采用技術(shù)路線為預(yù)處理、生物工藝單元組合模式、深度處理單元組合模式。其中，CODCr和色度去除可選吸附、截留(活性炭、活性焦)和高級氧化(臭氧氧化、次氯酸鈉)，TN去除可選生物濾池(反硝化濾池、曝氣生物濾池、活性砂濾池)，TP和SS去除可選混凝沉淀(高效沉淀池、磁混凝沉淀池、加砂沉淀池)和過濾(濾布濾池、活性砂濾池、深床濾池)[14-15]。

通過以上分析可知，目前國內(nèi)保證出水達(dá)到CODCr、NH3-N、TP地表水IV類，TN≤10 mg/L排放標(biāo)準(zhǔn)，深度處理單元常見的處理工藝為高效沉淀池+反硝化深床濾池+臭氧氧化。

3 結(jié)論

(1)長江嘉魚、武漢保留區(qū)段無富余的水環(huán)境容量，該區(qū)段新設(shè)排污口排放標(biāo)準(zhǔn)擬定為在自身區(qū)域內(nèi)減量置換。

(2)通過對比地方出臺排放標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合該區(qū)域水環(huán)境容量，新建沌口第二污水處理廠、漢南第二污水處理廠和提標(biāo)改造的紗帽污水處理廠，出水排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)CODCr、NH3-N、TP為地表水IV類，TN≤10 mg/L。

(3)武漢開發(fā)區(qū)新建污水廠和提標(biāo)污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)CODCr、NH3-N、TP執(zhí)行地表水IV類，TN≤10 mg/L，采取的技術(shù)路線為預(yù)處理—生物工藝單元組合模式—深度處理單元組合模式，達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的保證為深度處理單元，采用的深度處理工藝為高效沉淀池+深床濾池+臭氧氧化。