浙江標(biāo)準(zhǔn)下的城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效管理對(duì)策研究*

許明珠 姚 軼 吳麗娜# 徐志榮 王浙明 翟瑞雪

(1.浙江省環(huán)境科技有限公司,浙江 杭州 311100;2.浙江省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310007)

2018年浙江印發(fā)了《浙江省“五水共治”(河長制)碧水行動(dòng)實(shí)施方案》,明確要從污染減排和擴(kuò)容兩方面著力打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)。城鎮(zhèn)污水處理廠是大部分污水進(jìn)入環(huán)境前的最后一道閘門,提升城鎮(zhèn)污水處理廠處理效能,對(duì)于污染減排具有重要意義。隨著2019—2021年浙江全省城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造工作結(jié)束,浙江地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB33/ 2169—2018)開始全面執(zhí)行。相比《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),DB33/ 2169—2018對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、總氮(TN)、總磷(TP)4項(xiàng)污染物排放指標(biāo)均有所加嚴(yán),對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠而言能否穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行值得關(guān)注。

目前,針對(duì)浙江標(biāo)準(zhǔn)下城鎮(zhèn)污水處理廠如何達(dá)標(biāo)的研究主要側(cè)重于提標(biāo)改造工藝上[1-3],從進(jìn)水角度分析達(dá)標(biāo)對(duì)策的較少。浙江部分城鎮(zhèn)污水處理廠工業(yè)廢水進(jìn)水比例較高[4]21,調(diào)查顯示28.0%的污水處理廠接納的工業(yè)廢水比例超過50%,而工業(yè)廢水中的有毒有害物質(zhì)會(huì)給城鎮(zhèn)污水處理廠生物池內(nèi)的微生物帶來不利影響,導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效能下降[5-6],[7]69,對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行造成一定挑戰(zhàn)。鑒于此,本研究重點(diǎn)分析了浙江城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水情況,從進(jìn)水管理的角度為城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效提出管理對(duì)策建議。

1 研究方法和對(duì)象

采用問卷調(diào)查的方式,對(duì)浙江城鎮(zhèn)污水處理廠基本情況、進(jìn)水水質(zhì)和來源等進(jìn)行全面調(diào)查,并結(jié)合公開的監(jiān)督性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開展大數(shù)據(jù)分析。本研究共回收得到有效問卷231份,被統(tǒng)計(jì)的231家城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模合計(jì)963萬t/d,約占浙江全省城鎮(zhèn)污水處理廠總設(shè)計(jì)規(guī)模的80%,說明本次調(diào)查問卷獲取數(shù)據(jù)總體可以代表浙江城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀。調(diào)查問卷樣本實(shí)際污水總處理規(guī)模832萬t/d,平均運(yùn)行負(fù)荷為86.85%。不同設(shè)計(jì)規(guī)模的城鎮(zhèn)污水處理廠分布情況見圖1。

圖1 不同規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量及污水處理量占比Fig.1 Quantity and sewage treatment ratio of municipal wastewater treatment plants with different design scales

由圖1可見,就數(shù)量而言,浙江城鎮(zhèn)污水處理廠大多設(shè)計(jì)規(guī)模在5萬t/d以下,設(shè)計(jì)規(guī)模<1萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠占28.6%,設(shè)計(jì)規(guī)模1萬～<5萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠占44.6%,設(shè)計(jì)規(guī)模5萬～<10萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠占17.3%,設(shè)計(jì)規(guī)?！?0萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠僅占9.5%。就污水處理量而言,數(shù)量眾多的小型城鎮(zhèn)污水處理廠處理水量總體較少,其中設(shè)計(jì)規(guī)模<1萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理量?jī)H占2.4%,設(shè)計(jì)規(guī)模1萬～<5萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理量占23.0%,設(shè)計(jì)規(guī)模5萬～<10萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理量占25.6%,設(shè)計(jì)規(guī)?！?0萬t/d的城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理量高達(dá)49.0%?？梢?浙江大部分污水主要由設(shè)計(jì)規(guī)模5萬t/d以上的中大型規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理廠集中處理。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀

2.1 設(shè)計(jì)工藝

浙江城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)用工藝較多,總體以厭氧好氧類活性污泥法(An/O)、序批式活性污泥法(SBR)、氧化溝等常規(guī)生物處理工藝為主(見圖2)。其中,使用A2/O、A3/O和A/O工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠分別有102、4、34家,數(shù)量占比分別為44.2%、1.7%、14.7%;其次為SBR工藝,包括循環(huán)式活性污泥法(CAST)和改良式序列間歇反應(yīng)器(MSBR)等,使用此類工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠有37家,數(shù)量占比為16.0%;使用氧化溝類工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠有22家,數(shù)量占比為9.5%;此外,部分城鎮(zhèn)污水處理廠采用上述各類工藝的組合工藝或生物膜法,出現(xiàn)較多的為An/O+SBR的組合工藝(數(shù)量占比為3.5%)。從現(xiàn)行處理工藝來看,目前浙江省內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠主要適用于對(duì)常規(guī)污染物進(jìn)行處理。

圖2 城鎮(zhèn)污水處理廠處理工藝Fig.2 Treatment processes of municipal wastewater treatment plants

2.2 進(jìn)水工業(yè)廢水占比

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),浙江大部分城鎮(zhèn)污水處理廠在處理生活污水的同時(shí)接納工業(yè)廢水,只處理生活污水的城鎮(zhèn)污水處理廠較少,數(shù)量上僅占13.0%。針對(duì)接納工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水處理廠,根據(jù)工業(yè)廢水在進(jìn)水中的占比進(jìn)行簡(jiǎn)要?jiǎng)澐?其中工業(yè)廢水占比>0～25%、>25%～50%、>50%～90%的城鎮(zhèn)污水處理廠分別在數(shù)量上占城鎮(zhèn)污水處理廠總數(shù)的32.1%、26.9%、28.0%。

2.3 污染物濃度和種類

2.3.1 主要污染物進(jìn)水濃度

為減小大數(shù)據(jù)分析過程中出現(xiàn)的偏差,以數(shù)據(jù)量最豐富的COD為主要污染物代表,分析浙江城鎮(zhèn)污水處理廠主要污染物的季節(jié)變化,結(jié)果見圖3。春季、夏季、秋季、冬季4個(gè)季節(jié)城鎮(zhèn)污水處理廠的COD平均進(jìn)水質(zhì)量濃度分別為245.5、215.1、223.0、236.2 mg/L,夏季COD進(jìn)水濃度整體較低,推測(cè)與部分污水處理廠污水收集系統(tǒng)不完善,雨污分流不徹底有關(guān)[8]27。

2.3.2 不同類型污水處理廠出水COD

分析不同工業(yè)廢水占比的城鎮(zhèn)污水處理廠出水COD年均質(zhì)量濃度,結(jié)果見圖4。不接納工業(yè)廢水的純生活污水處理廠出水COD年均質(zhì)量濃度為23.9 mg/L,波動(dòng)范圍總體較小。當(dāng)城鎮(zhèn)污水處理廠接納工業(yè)廢水后,出水COD波動(dòng)范圍有所增大,工業(yè)廢水占比為>0～25%、>25%～50%、>50%～90%時(shí),出水COD年均質(zhì)量濃度分別為20.6、24.5、30.8 mg/L,可見出水COD隨工業(yè)廢水占比的提高增加趨勢(shì)明顯,說明工業(yè)廢水占比是影響出水COD穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的重要因素之一[7]70。對(duì)于純生活污水處理廠出水COD濃度反而較高的現(xiàn)象,推測(cè)可能由于純生活污水處理廠規(guī)模普遍較小且穩(wěn)定性較差,或運(yùn)維能力不足等所致。

圖3 城鎮(zhèn)污水處理廠COD進(jìn)水質(zhì)量濃度季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variation of influent COD mass concentration of municipal wastewater treatment plants

圖4 不同類型城鎮(zhèn)污水處理廠出水COD年均質(zhì)量濃度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

根據(jù)調(diào)查獲取數(shù)據(jù),對(duì)浙江城鎮(zhèn)污水處理廠接納工業(yè)廢水行業(yè)來源進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如圖5所示。其中,接納紡織染整廢水和化工廢水的城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量占比分別達(dá)到70%、25%。紡織染整和化工兩個(gè)行業(yè)是浙江城鎮(zhèn)污水處理廠主要工業(yè)廢水來源,其余納管比例較高的工業(yè)廢水主要來源于制藥、食品、電鍍、造紙、制革、機(jī)械、金屬制品等行業(yè),可見城鎮(zhèn)污水處理廠接納的工業(yè)廢水來源十分復(fù)雜。

圖5 浙江城鎮(zhèn)污水處理廠接納的主要工業(yè)廢水類別Fig.5 Categories of industrial wastewater treated by municipal wastewater treatment plant in Zhejiang

依據(jù)接納工業(yè)廢水來源,對(duì)浙江城鎮(zhèn)污水處理廠可能涉及的特征污染物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。金屬制品行業(yè)主要特征污染物為總鉛、總鎳、總鉻、總鎘等重金屬[9-10],化工行業(yè)和制藥行業(yè)主要特征污染物為苯系物、可吸附有機(jī)鹵化物(AOX)、胺類物質(zhì)等[11-13],紡織染整行業(yè)主要特征污染物為六價(jià)鉻、銻、苯胺類[14]。這些特征污染物可能影響生化系統(tǒng)穩(wěn)定性,此外電鍍、金屬制品等行業(yè)產(chǎn)生的鎳、鉻、鎘、銻等重金屬物質(zhì)和一些難降解有機(jī)污染物可能穿透處理系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[7]70?？梢?加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠上游工業(yè)廢水納管管控十分必要。

2.4 受納廢水可生化性

從五日生化需氧量(BOD5)和COD質(zhì)量濃度比(以下簡(jiǎn)稱B/C)和鹽度兩方面對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水的可生化性進(jìn)行分析。由于調(diào)查問卷和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中缺少對(duì)BOD5的監(jiān)測(cè),故采用監(jiān)督性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)主要納管工業(yè)行業(yè)的廢水B/C進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見圖6。由于工業(yè)企業(yè)在廢水預(yù)處理過程中首先將易降解的有機(jī)物去除,因此排入城鎮(zhèn)污水處理廠的廢水生化性普遍較差[4]21,[7]71,平均B/C僅在0.16左右。其中紡織染整行業(yè)廢水的B/C最低,平均僅為0.11;造紙和食品行業(yè)廢水的平均B/C較高,分別為0.22和0.26。一般而言,B/C大于0.3的廢水可生化性較強(qiáng)。而納管工業(yè)廢水中B/C超過0.3的行業(yè)極少,普遍屬于難降解廢水,實(shí)際操作中常需要額外補(bǔ)充碳源以提高可生化性。

圖6 主要工業(yè)行業(yè)廢水的B/CFig.6 B/C of wastewater in major industry

3 問題分析

3.1 進(jìn)水水質(zhì)成分復(fù)雜且可生化性較差

現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠接納了紡織染整、化工、制藥、造紙等行業(yè)大量工業(yè)廢水,這些經(jīng)過預(yù)處理后再排入城鎮(zhèn)污水處理廠的工業(yè)廢水B/C普遍很低,廢水可生化性較差。部分工業(yè)行業(yè)廢水中含有難降解有機(jī)物、有毒有害物質(zhì)、有機(jī)磷、不可氨化的有機(jī)氮等,這些物質(zhì)對(duì)現(xiàn)行以An/O為主的生化處理工藝影響較大,對(duì)小規(guī)模城鎮(zhèn)污水處理廠工業(yè)廢水的間歇式排放影響更甚,這將成為制約城鎮(zhèn)污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的不可忽視因素。

3.2 污水收集系統(tǒng)效能有待提升

城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水COD濃度偏低,污水收集系統(tǒng)效能不足是重要原因[8]30。由于雨污分流系統(tǒng)不健全,排水系統(tǒng)老化等原因,使得雨水進(jìn)入污水管道的同時(shí)本應(yīng)納管的生活污水無法悉數(shù)納入,導(dǎo)致進(jìn)水可生化性進(jìn)一步降低。這些低濃度廢水在實(shí)際處理過程中往往需要額外增加碳源來保證生化系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增加運(yùn)行成本的同時(shí)增加了碳排放[21]。進(jìn)水中的工業(yè)廢水腐蝕性相對(duì)較高,容易導(dǎo)致設(shè)備故障致使運(yùn)行不穩(wěn)定。

3.3 日常運(yùn)行管理有待完善

不同工業(yè)廢水的污染物成分相差很大、濃度較高,當(dāng)排入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的時(shí)間不確定時(shí),易引起城鎮(zhèn)污水處理廠生化系統(tǒng)中碳氮磷比例失衡,從而顯著降低處理效率[4]23。當(dāng)前,城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行管理過程中對(duì)納管企業(yè)廢水排放情況掌握不夠及時(shí),對(duì)納管企業(yè)何時(shí)排放污水、排放污水的水量、水質(zhì)等掌握不全面,日常管理僅靠平均數(shù)據(jù)來分析,很難反映出水量和水質(zhì)的波動(dòng)情況,無法及時(shí)判斷工藝運(yùn)行狀態(tài)并作出快速調(diào)整。

4 城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效管理對(duì)策

4.1 建立難降解工業(yè)廢水管控清單

由于多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠均接納了工業(yè)廢水,建議對(duì)難降解納管工業(yè)廢水實(shí)施嚴(yán)格管控。緊密圍繞高鹽廢水、有機(jī)磷廢水、存在稀釋排放風(fēng)險(xiǎn)的含重金屬廢水開展分級(jí)管控。將難降解工業(yè)廢水分為Ⅰ類廢水和Ⅱ類廢水：Ⅰ類廢水包括有機(jī)磷化工行業(yè)廢水和電鍍廢水;Ⅱ類廢水包括高鹽廢水,紡織染整、化工、制藥行業(yè)產(chǎn)生的B/C小于0.2的廢水。建議Ⅰ類廢水應(yīng)優(yōu)先由專業(yè)工業(yè)污水處理廠處理或企業(yè)自行處理達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)后再排放。Ⅱ類廢水應(yīng)對(duì)其進(jìn)行評(píng)估后再確定是否可以納入城鎮(zhèn)污水處理廠集中處理。

4.2 加強(qiáng)工業(yè)行業(yè)廢水的間接排放管理

對(duì)Ⅰ類、Ⅱ類廢水之外的工業(yè)行業(yè)納管廢水,原則上應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)間接排放標(biāo)準(zhǔn)要求,達(dá)到間接排放標(biāo)準(zhǔn)后可排入城鎮(zhèn)污水處理廠。鑒于現(xiàn)行接納有工業(yè)廢水的城鎮(zhèn)污水處理廠普遍面臨碳源不足的問題,對(duì)于釀酒、食品制造等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小的行業(yè),且其廢水中碳源含量較高,應(yīng)允許其與下游污水處理廠協(xié)商確定較寬松的水污染物排放濃度限值,為下游污水處理廠提供碳源,這有利于降低雙方運(yùn)行成本,提高污水處理廠氮磷脫除效率,促進(jìn)減污降碳雙贏。此外,廢水排放企業(yè)應(yīng)與城鎮(zhèn)污水處理廠建立協(xié)同運(yùn)行機(jī)制,合理規(guī)劃并嚴(yán)格執(zhí)行不同工業(yè)廢水的排放時(shí)間段,使城鎮(zhèn)污水處理廠可以最大限度利用和平衡營養(yǎng)源,促進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效。

4.3 推進(jìn)污水收集系統(tǒng)的提升改造

提升已有管網(wǎng)管道質(zhì)量,減少污水在運(yùn)輸過程中的漏損,應(yīng)納盡納保證進(jìn)水濃度。進(jìn)一步做好雨污分流改造,解決排水管網(wǎng)雨污混接,避免雨水混入污水收集系統(tǒng),提升有效進(jìn)水濃度。強(qiáng)化工業(yè)端進(jìn)水管控,工業(yè)污水可以實(shí)施“一廠一管”“多廠專管”輸送,便于污染溯源和精準(zhǔn)治理,有條件的可以實(shí)行“分類收集、分質(zhì)處理”。開展污水收集系統(tǒng)智能化改造,通過安裝傳感器及時(shí)了解系統(tǒng)內(nèi)水量變化。

4.4 提升城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)維水平

加強(qiáng)對(duì)納管工業(yè)企業(yè)的要求,納管企業(yè)水質(zhì)發(fā)生變化或需要臨時(shí)排放高濃度廢水時(shí)應(yīng)提前告知城鎮(zhèn)污水處理廠,以便于及時(shí)應(yīng)對(duì)沖擊。鑒于部分工業(yè)廢水中含有腐蝕性物質(zhì)、高濃度和高色度物質(zhì),接納工業(yè)廢水比例較高的城鎮(zhèn)污水處理廠需提升硬件設(shè)備質(zhì)量,及時(shí)掌握接納廢水中存在的難降解和有毒有害污染物的情況,有條件的可定期對(duì)可能存在的特征污染物開展監(jiān)測(cè),逐步建立完善新污染物監(jiān)測(cè)防控機(jī)制。新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中,城鎮(zhèn)污水處理廠要同步做好運(yùn)維人員培訓(xùn)。