太湖流域污水处理厂氮磷去除现状及效能的研究

高洋　程洁红

摘要：调研了沿江苏省太湖流域周边的具备脱氮除磷工艺的城镇污水处理厂，选取其中具有代表性的12家污水处理厂，对其进水水质特性、氮磷的去除效果、提标改造的措施及处理成本进行了分析。发现污水厂进水B/N值范围为1.75～4.78，B/N值在4以下的概率为67.7%，表明太湖流域超过半数污水处理厂B/N比较低，脱氮碳源不足。出水达标的污水处理厂出水TP、NH₃-N和TN浓度分别控制在0.31 mg/L、3.84 mg/L和13.1 mg/L以下，表明大部分污水厂脱氮除磷完全能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）》一级A标准。各厂全年平均出水TP、NH₃-N和TN浓度分别能低于一级A标准限值的38%、23.2%和12.7%，TP、NH₃-N和TN去除效果最佳时分别能低于一级A标准限值的88%、94%和63.3%，表明在工艺稳定运行的条件下，通过提标改造，污水厂具有生物脱氮除磷的潜力。污水厂保证满负荷运行能降低污水处理成本；良好的运行管理也能降低成本。

关键词：城镇污水处理厂；进水水质；氮磷去除；太湖流域

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2016）02-0055-06

2007年太湖蓝藻事件后，要求江苏省太湖流域污水厂排放必须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）》一级A标准。至2010年底，太湖流域城镇污水处理厂提标改造工程已全面完成，大部分污水厂基本能达到一级A标准。但是，随着经济发展以及人们对流域环境要求不断提高，太湖流域环境治理要求也愈发严格。2013年江苏省出台了《江苏省“十二五”城镇污水处理建设规划》，确定了江苏全省城市（县城）污水处理率要达90%以上，其中集中处理率达75%以上的目标。同时在加强城镇污水处理设施建设方面，规划明确：充分发挥现有处理设备、工艺和运行管理潜力，进一步提高处理效率。为尽早达到太湖水质达到Ⅳ类水标准的目标，再提高污水处理厂尾水排放标准是未来趋势。而多数污水厂在征地面积难以扩大、新建处理工艺可能性极小的情况下，提高现有处理设备、工艺和运行管理潜力尤为必要。在此前提下，调研了太湖流域的城镇污水厂进行分析、总结。

本文从调研的太湖流域城镇污水厂中选取了不同工艺、不同处理规模的、具有代表性的12家城镇污水处理厂，分布于常州、无锡、苏州等地区，这些污水厂的出水是排入太湖的上游地区。对这些污水处理厂的进水水质特性、氮磷的去除效果、提标改造的措施及处理成本进行了分析，分析其脱氮除磷的潜力，为进一步提高城镇污水处理厂的生物脱氮除磷效能和运行管理提供工程应用数据。

1 污水厂进水水质特性

1.1 碳氮比

太湖流域12家污水处理厂2013年进水B/N年平均值如图1所示。一般认为，BODJTN值（简称B/N值）>4即可认为污水中有足够的碳源供反硝化菌利用，无需外加碳源。由图可知B/N值为1.75～4.78，进水B/N值在4以下的的概率为67.7%，表明太湖流域超过半数污水处理厂B/N值较低，生物脱氮的碳源不足。

1.2 碳磷比

太湖流域12家污水处理厂2013年进水B/P年平均值如图2所示。生物除磷主要取决于污水中的易降解COD含量，BOD₅/TP值（简称B/P值）可用于判断是否适宜采用生物除磷，一般最低不宜低于20。由图可知B/P值为16.7～53.2，进水B/P值达20以上的概率为83.3%。表明太湖流域污水处理厂普遍B/P值较高，生物除磷的碳源较为充足。

1.3 B/C比

太湖流域12家污水处理厂进水BOD₅/COD_Cr年平均值（简称B/C值）为0.18～0.56，进水B/C值达0.3以上的概率为83.3%。根据国内外研究结果，B/C值在0.3～0.45时可生化性较好，表明太湖流域污水处理厂普遍可生化性较好，使用生物处理的方法能达到较好的污染物去除效果，尤其是高B/C值利于生物除磷。

2 污水厂氮磷的去除效果

2.1 磷的去除效果

太湖流域12家污水处理厂2013年二沉池出水TP浓度、总出水TP浓度、月出水TP浓度范围及出水TP浓度的月最优值（污染物去除最低值）如表1所示。

由表可知，太湖流域12家污水处理厂大部分生物除磷效能较好，二沉池出水TP浓度控制在1.00 mg/L以下的污水厂占75%，其中WJCQ和LYEW两厂二沉池出水TP浓度甚至能达到0.16mg/L以下。而WJCQ厂没有深度处理工艺和化学除磷，LYEW厂虽然有深度处理工艺，但没有化学除磷，因此，上述两家污水厂在未经深度处理或投加辅助药剂的情况下便已经远低于一级A标准中的浓度限值（0.5 mg/L）。磷达标排放的污水处理厂出水TP浓度均控制在0.31 mg/L以下，低于一级A标准0.5 mg/L的38%；除磷效果最好的污水厂是LYEW厂，出水TP浓度更是能降低至0.08mg/L，低于一级A标准限值的88%。由此可见，经过提标改造后，大部分污水厂能够控制磷的达标排放，并且在成熟的工艺技术和较好的运行管理条件下，污水厂具有进一步降低TP浓度的潜力。

1.2 氮的去除效果

太湖流域12家污水处理厂2013年总出水NH₃-N浓度、总出水TN浓度、月出水NH₃-N浓度范围、月出水TN浓度范围、NH₃-N浓度的月最优值及TN浓度的月最优值如表2所示。

由表2可知，太湖流域12家污水厂出水NH₃-N和TN浓度除QY厂以外，出水NH₃-N和TN浓度均能达标排放。氮达标排放的污水厂全年总出水NH₃-N浓度均能控制在3.84mg/L以下，低于一级A标准5mg/L（夏季标准）的23.2%；氨氮去除效果最好的污水厂是LJ厂，出水NH₃-N浓度更是能降低至0.30mg/L，低于一级A标准限值的94%。氮达标排放的污水厂全年总出水TN浓度均能控制在13.1mg/L以下，低于一级A标准15mg/L的12.7%；TN去除效果最好的污水厂是ZH厂，出水TN浓度更是能降低至5.50 mg/L，低于一级A标准限值的63.3%。相较于NH₃-N的去除而言，TN的去除效果只是基本保证达标，表明TN的去除是污水厂普遍面临的难点。由此可见，提标改造后大部分污水厂不仅能够控制氮的达标排放，而且在成熟的工艺技术和较好的运行管理条件下，能够远低于一级A标准，表明污水厂具有进一步达到更严格的NH₃-N和TN浓度限制值的潜力。

3 污水厂的提标改造措施

3.1 对磷进一步去除的措施

太湖流域12家污水厂普遍采用生物除磷和化学除磷的方式，这是由于生物除磷在冬季水温低很难保证达标排放，因此需要化学除磷进行补充。而二沉池出水中的SS一般波动较大，会导致TP去除率不稳定。深度处理工艺的新建主要是为了去除二级处理中难以去除的sS和投加混凝剂进一步去除TP。太湖流域12家污水厂大部分均已完成提标改造，增设的深度处理单元如表3所示。

由表3可知，大部分污水处理厂的深度处理工艺是通过投加混凝剂进行混凝，进一步化学除磷，产生的悬浮物再进行沉淀、过滤去除。污水厂投加的化学除磷药剂主要有聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁三类，过滤悬浮物主要依靠滤布滤池、D型滤池或V型滤池。其中，JB和LYEW厂没有投加药剂进行化学除磷，是由于上文中已提到这两所污水厂的生物除磷效果较好，已经能稳定达到一级A标准，不需要化学除磷。另外，WJCO厂未进行提标改造，无深度处理单元，但除磷效果仍然好，主要是由于其进水碳源充足、ss浓度低，并且该厂在氧化沟主体工艺前设置有前置缺氧区，不仅反硝化除磷效果明显，而且前置缺氧反硝化可降低硝态氮浓度，有利于厌氧区对低DO的要求。

3.2 对氮进一步去除的措施

上述太湖流域12家污水厂对氮的去除通常采用A²/O工艺和氧化沟工艺，但这些工艺运行后存在冬季脱氮效果差、反硝化效果差等问题，加上进水碳源不足，造成氮去除率低。针对上述问题，污水厂进行强化生物脱氮，主要是通过生反池的改建和工艺参数的调整达到提高脱氮的效率。太湖流域12家污水处理厂强化生物脱氮的措施如表4所示。

由表4可知，污水处理厂进一步去除氮的措施多种多样，主要是取消初沉池、设置预缺氧池、分段多点进水、多点回流、延长泥龄等措施提高脱氮效率。太湖流域12家污水处理厂大部分脱氮碳源不足，很难实现较好的生物脱氮效能，采取取消初沉池，增加分段多点进水的措施，达到充分利用内碳源、提高碳源利用率的目的。污水厂提标改造中，增加缺氧区和好氧区容积，使得停留时间延长，能强化硝化和反硝化反应。生反池中的厌氧段和缺氧段通常分为几个区间，将厌氧段其中一个区间改造为厌氧/缺氧过渡区，即通过设置多点回流，在生物除磷效果较好的情况下使混合液通过内回流同时进入缺氧段和厌氧段的一个区间，强化缺氧区反硝化脱氮的效果。同理，上述也有污水厂如QT厂，设置了缺氧/好氧过渡区，可合理调整运行工艺以适应不同季节的运行要求。将A²/O生反池设计成氧化沟池型，可使生反池具备混合循环、耐冲击负荷等特点。在A²/O或氧化沟工艺生反池之前增设预缺氧池，即回流污泥在进入厌氧段之前先进人预缺氧池进行反硝化反应，一方面能实现进一步的脱氮，另一方面能降低进入厌氧段的硝酸盐浓度。同时，设置较长的预缺氧时间可降低其对碳源的需求量。XS厂采用倒置A²/O工艺，将传统A²/O工艺中的缺氧区调整到厌氧区之前，能改变碳源的分配方式，保证反硝化优先利用碳源进行生物脱氮。上述污水厂多数不能扩大用地面积，因此提标改造只能在原有的工艺基础上进行。为了增加污泥浓度，LC厂采用投加填料的措施，通过投加填料，可使好氧池中填料表面附着生长生物膜，在生物池内形成活性污泥与生物膜的复合生物系。

4 处理成本分析

太湖流域12家城镇污水处理厂进水负荷、外加碳源或化学除磷药剂、处理费用及电耗情况如表5所示。

污水处理厂未能达到满负荷运行时，会造成污水处理设备的闲置与浪费，过多消耗污水处理资金。由表5可知，XS和JB两厂运行负荷远低于设计规模，电耗明显增加，高于其他污水厂；电耗控制在最低的为SS，这是由于其运行负荷非常接近设计规模，能正常控制设备运行、减少设备电耗的浪费。此外SS没有投加碳源、生物除磷效能良好，仅需少量投加化学除磷药剂，故其吨水处理成本控制最低。

将不投加碳源、不投加化学除磷的几所污水厂进行比较，如JB、WJCQ、LYEW三所污水厂，发现WJCQ吨水处理成本最低，原因是JB运行负荷不足、电耗较高导致成本增加。上述污水厂的吨水费用没有包括污泥处理费，只有LYEW包括了其污泥处理的成本，因此吨水费用高于其他厂，表明污水厂运行中污泥处理成本也很高。

将投加外加碳源的几所污水厂进行比较，如QT、QY、Xs和FX四所污水厂，发现除XS由于运行负荷严重不足导致电耗较高以外，其他三所污水厂电耗相近，同时三所污水厂均有辅助化学除磷，但吨水处理成本差异较大。这是由于QY厂超负荷运行，且氮磷浓度均未能达标排放，资金投入较低；而QT厂严格按照设计规模满负荷运行，生物除磷效能远高于FX，化学除磷药剂成本上低于FX，故QT吨水处理成本低于FX。

将投加外加碳源的污水厂与不投加外碳源的污水厂进行比较，如FX（有外加碳源）和LC、LJ、SZXQ（三所不投加碳源），发现四所污水厂电耗相近、均有化学除磷，生物除磷脱氮效果相当，而FX吨水处理成本明显高于其他三厂，说明FX由于外加碳源而大大增加了污水处理的成本。但三所不投加外碳源的污水厂与QT（投加外碳源）相比较时，发现四所污水厂电耗相当，而吨水处理成本最低的却是QT。究其原因，不仅归功于QT的满负荷运行和良好的生物除磷效能，也归功于QT厂的运行管理到位，如该厂该厂对水质的监控较完善，能对工艺参数进行及时调整，并非全年都投加碳源，而是根据运行情况适时、适量投加。

综上所述，污水处理厂进水负荷对电耗的影响较大，保证满负荷运行时能大大减少电耗。投加外碳源若能保证良好的生物除磷效能，便可节约化学除磷药剂的成本投入。污水厂的运行管理是否到位对处理成本的影响较大。另外，上述污水处理厂中SS吨水处理成本最低可达0.300元/t，同时能满足达标排放，说明其他污水厂仍具有较大的节约成本潜力。

5 结语

（1）太湖流域污水处理厂进水B/N值范围为1.75～4.78，B/N值在4以下的的概率为67.7%，超过半数污水处理厂B/N值较低，脱氮碳源不足；相比之下，进水B/P值较高，除磷碳源较充足，这是由于进水可生化性较好。

（2）上述大部分污水厂生物除磷效能较好，磷出水达标的污水处理厂全年总出水TP浓度均能控制在0.31 mg/L以下，低于一级A标准限值的38%；TP去除效果最佳能低于一级A标准限值的88%。大部分污水厂NH₃-N去除效果较好，而TN的去除是污水厂普遍面临的难点。氮出水达标的污水处理厂全年总出水NH₃-N和TN浓度分别能控制在3.84mg/L和13.1mg/L以下，分别低于一级A标准23.2%和12.7%；NH₃-N和TN去除效果最佳能低于一级A标准限值的94%和63.3%。说明在工艺稳定运行的条件下，通过提标改造，污水厂具有生物脱氮除磷的潜力。

（3）对于除磷，生物除磷结合化学除磷是一种较好的除磷工艺。对于脱氮，为保证较好的脱氮效果，可增加预缺氧区（前置预缺氧区/池），外回流混合液进入前置预缺氧区能进一步反硝化脱氮，此举同时可降低外回流混合液中的硝态氮对厌氧区的影响。

（4）污水厂保证满负荷运行能降低成本；良好的运行管理也降低成本。投加外碳源若能保证良好的生物除磷效能，便可节约化学除磷药剂的成本投入。上述污水处理厂中处理成本最低可达0.30元，t，同时能满足达标排放，污水厂仍具有较大的节约成本潜力。

责任编辑 祁秀春