上世紀(jì)80年代至今，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，我國城鎮(zhèn)污水處理廠迎來了一輪又一輪的建設(shè)和改造。究竟什么樣的提標(biāo)改造之路是真正適合中國國情的？值得水業(yè)同仁探討。8月23日，在2018(第十屆)上海水業(yè)熱點論壇上，中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司（以下簡稱“華北市政總院”）總工程師鄭興燦發(fā)表了題為“城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)建設(shè)之路”的主題演講。

鄭興燦

以下內(nèi)容根據(jù)鄭興燦現(xiàn)場發(fā)言整理，未經(jīng)本人審核。

一、城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)演變

鄭興燦介紹，縱觀我國城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的演變，大致經(jīng)歷了以下幾個時間節(jié)點：

1988年，我國最早的國家級城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)頒布，其核心指標(biāo)是COD、BOD5和SS。1996年，在特殊時期下頒布了新版國標(biāo)，但由于不同部門之間的爭議較大，沒有得到嚴(yán)格執(zhí)行。2002年，《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)頒布，于次年正式執(zhí)行。2006年，當(dāng)時的國家環(huán)保部在太湖流域強(qiáng)制推行了一級A標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，一級A標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法滿足一些地方的實際需求，北京、天津等地又相繼出臺了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。

整體來看，排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，不僅核心指標(biāo)遞增，同時排放標(biāo)準(zhǔn)值也越來越嚴(yán)格，更重要的是考核還要求所有樣品穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。鄭興燦比喻，這好比考大學(xué)，不僅要求考上，還要求每門一百分才能畢業(yè)，無疑難上加難，這也導(dǎo)致了在現(xiàn)行的考核方式下，要達(dá)到一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)，實際出水水質(zhì)就需要達(dá)到所謂的準(zhǔn)Ⅳ類水的要求。

二、城鎮(zhèn)污水處理廠工藝技術(shù)發(fā)展

不同時期的排放標(biāo)準(zhǔn)對工藝技術(shù)的要求不同。鄭興燦表示，上世紀(jì)80年代的二級標(biāo)準(zhǔn)，主要是控制有機(jī)物，采用二級生物處理（CAS）即可達(dá)標(biāo)，當(dāng)時主要受工業(yè)廢水和設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量的影響。2002年的一級B標(biāo)準(zhǔn)，主要控制有機(jī)物和氮磷，采用常規(guī)的二級強(qiáng)化（BNR）工藝即可實現(xiàn)；到了一級A標(biāo)準(zhǔn)，實際上是達(dá)到再生水的基本水質(zhì)要求，就需要采用二級強(qiáng)化（EBNR）加深度處理的工藝流程，此時對設(shè)計和運(yùn)行管理提出了更精細(xì)化的要求。如今，北京、天津、太湖、滇池等地方標(biāo)準(zhǔn)相繼頒布，污水處理開始面臨超高排放要求，不僅要滿足再生水的生產(chǎn)與綜合利用，還需要通過處理水提高接納水體的水環(huán)境容量，最終實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量的改善，為了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，進(jìn)一步催生了膜過濾與反滲透、高標(biāo)準(zhǔn)除磷脫氮、化學(xué)高級氧化與脫色等工藝單元技術(shù)的工程應(yīng)用。

三、城鎮(zhèn)污水處理工藝構(gòu)成與工程實施模式

大家有目共睹，這些年為了實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，各種各樣的城鎮(zhèn)污水處理工藝技術(shù)和改造方法層出不窮，很難判斷其優(yōu)劣與適用性，但就工藝構(gòu)成和實施方式來講，所有的工藝過程都可以通過一條基本原則——主要去除目標(biāo)是有機(jī)物、磷、氮來劃分工藝類型。

鄭興燦提出，總體來看，污水處理廠工藝構(gòu)成與實施方式主要包括如下幾個重要因素：一是圍繞去除目標(biāo)來選擇相應(yīng)的泥齡，這是前提，比如去除有機(jī)物的泥齡一般為3天，氨氮的硝化需要7天，要達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)泥齡則需要15~20天。第二，電子受體的供給方式及分布，即厭氧、缺氧，好氧在時間和空間上的分布狀態(tài)，這是核心工藝組分。第三，污泥產(chǎn)率，它對系統(tǒng)影響也非常大。此外，反應(yīng)池流態(tài)、典型曝氣設(shè)備的選擇、固液分離方式，以及業(yè)主的偏好等方面的選擇都是工藝實施的重要構(gòu)成部分。

總結(jié)起來即為：“泥齡是前提、分布是核心、產(chǎn)率是關(guān)鍵、流態(tài)是要素、實施是選擇、選擇是偏好。”

四、適合我國城市污水的改良A2/O工藝示例

實際上，我國的城鎮(zhèn)污水特征具有中國特色，因此，很多國外的技術(shù)在引進(jìn)來時并不適應(yīng)中國國情，比如對于傳統(tǒng)的A2/O生物除磷脫氮工藝來說，我國城鎮(zhèn)污水的C/N偏低、回流污泥硝態(tài)氮偏高等問題就會明顯影響生物除磷脫氮效果，因此需要進(jìn)行本土化改良。

1.多點進(jìn)水回流污泥反硝化改良A2/O除磷脫氮工藝

鄭興燦表示，隨著這幾年的發(fā)展，尤其是一級A提標(biāo)改造浪潮來臨之后，當(dāng)前的我國的A2/O工藝已經(jīng)針對我國城鎮(zhèn)污水的特點進(jìn)行了一系列的改良，演變成了確有成效且較為復(fù)雜的系統(tǒng)，但他認(rèn)為，適合我國城市污水處理工藝改良的關(guān)鍵一點還是在于如何實現(xiàn)多點進(jìn)水和多點回流。以下為上世紀(jì)80年代末開發(fā)的多點進(jìn)水回流污泥反硝化改良A2/O除磷脫氮工藝的具體流程，上世紀(jì)90年代開始得到較為廣泛的應(yīng)用：

2.城鎮(zhèn)污水處理廠高標(biāo)準(zhǔn)除磷脫氮工藝流程示例

會上，在多點進(jìn)水回流污泥反硝化改良A2/O除磷脫氮工藝的基礎(chǔ)上，鄭興燦還詳細(xì)介紹了華北市政總院在城鎮(zhèn)污水處理廠高標(biāo)準(zhǔn)除磷脫氮工藝改良上的探索和實踐，并給出了具體示例。先看示例的整體流程圖，如下：

鄭興燦介紹，針對高標(biāo)準(zhǔn)的脫氮除磷要求，一方面，工藝在前端設(shè)置了超細(xì)格柵處理，提高了后續(xù)單元運(yùn)營的穩(wěn)定性和可靠性。二來，還增加了初沉發(fā)酵池來強(qiáng)化無機(jī)懸浮固體的去除，這類工藝十幾年前在國外污水處理廠已經(jīng)得到關(guān)注，近幾年國內(nèi)也開始慢慢重視。他表示，實踐中發(fā)現(xiàn)，在碳源不足的情況下，僅僅改變A2/O工藝本身，總氮不能達(dá)到5~6mg/L的水平，因此需要考慮外加碳源，同時，還在原先系統(tǒng)上增加了短停留時間的后續(xù)缺氧池和好氧池，這樣只要出水總氮不是不低于5mg/L的要求，基本都可以實現(xiàn)。值得注意的是，高標(biāo)準(zhǔn)脫氮除磷工藝改良的一個基本原則是，氮磷的去除盡量在生物處理段解決，而不是在后續(xù)的深度處理段。

鄭興燦特別強(qiáng)調(diào)，一個技術(shù)在不同的情景下，它可能適用的范圍會發(fā)生很大的變化。比如，如果要達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，濾布濾池是一個很好的技術(shù)選擇，水頭損失小、占地面積小、能耗非常低，但如果要求SS穩(wěn)定達(dá)到5mg/L以下，總磷穩(wěn)定達(dá)到0.3mg/L以下的話，該技術(shù)就可能不太適合。對于COD的去除也是一樣。一些污水處理廠難生物降解的COD用臭氧氧化非常管用，但也并不是所有的都管用，活性炭對于一些工業(yè)廢水管用，對于另一些也會失效。不過值得一提的是，由于臭氧氧化技術(shù)既可以去除COD，又可以去除色度，同時也是新興非常規(guī)污染物去除的一個非常重要的途徑和方法，鄭興燦建議，如果有一定的條件，大部分的污水處理廠可以將臭氧氧化作為消毒措施或者進(jìn)一步氧化的標(biāo)準(zhǔn)配置。

對于工藝改造的原則，鄭興燦總結(jié)為一句話，即“先源頭控制，后強(qiáng)化處理；先運(yùn)行優(yōu)化，后工程改造；先生物強(qiáng)化，后物化輔助”。他表示，對于新一輪的提標(biāo)改造而言，需要優(yōu)先考慮投資問題，樹立優(yōu)化運(yùn)行的概念。例如，當(dāng)現(xiàn)有的工藝系統(tǒng)能夠按照一級A標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行的話，如果要提升到新的、更高的標(biāo)準(zhǔn)，比如總氮要達(dá)到10mg/L以下、總磷要0.3 mg/L以下時，適當(dāng)增加投藥量和碳源的投加量等優(yōu)化運(yùn)行的方式即可解決，不需要工程改造或增加設(shè)施。而對于一些小型的SBR系統(tǒng)，尤其早期建設(shè)的系統(tǒng)，改造的費(fèi)用可能遠(yuǎn)大于推倒重來，此時多個廠合并可能是更合適的方法之一。每個廠的情況不一，有通用的法則，也要因地制宜，切實實際。

五、我國城鎮(zhèn)污水特有的復(fù)雜水質(zhì)特征及主要成因

會上，鄭興燦還總結(jié)了我國城鎮(zhèn)污水特有的五大特征，包括：

一是低碳氮比C/N，即BOD5/TN明顯偏低。碳源40%以上的缺失是因為化糞池，15%以上則由于污水管網(wǎng)的漏損，合計可達(dá)到50%以上。

二是泥沙含量高，即SS/BOD5明顯偏高，泥沙主要來源于清洗加工、土壤流失、泥漿、地表廢棄物、沙塵沉降、河水倒灌等。

三是冬季低溫，尤其是長江下游區(qū)域。成因主要是季節(jié)性氣溫變化、地表水供水水源、淮河以南冬季無法定的供暖服務(wù)等。

四是由于用戶用水差異、工業(yè)影響等導(dǎo)致的進(jìn)水水質(zhì)水量波動。

五是由于工業(yè)廢水的管控失靈導(dǎo)致預(yù)處理未達(dá)標(biāo)、非法排放等對污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)產(chǎn)生影響。

六、生物脫氮除磷效果的關(guān)鍵影響因素及改進(jìn)措施

鄭興燦給出了我國城鎮(zhèn)污水C/N的具體數(shù)據(jù)。他表示，通過全國的數(shù)據(jù)分析可知，我國城鎮(zhèn)污水C/N普遍低于4，而發(fā)達(dá)國家則高于5，這是國內(nèi)外水質(zhì)的本質(zhì)差別。嚴(yán)重的碳源不足導(dǎo)致除磷脫氮效果不理想。

鄭興燦提到，我國很多污水處理廠的SS/BOD5比值在2左右，是發(fā)達(dá)國家的1.5~3倍，污水泥沙惰性懸浮固體含量高帶來了大量的泥沙沉淀。而隨著進(jìn)水SS/ BOD5比值的上升，污泥產(chǎn)量明顯上升，污泥活性的明顯下降，我國正常的污泥活性是歐美國家的一半。因此，對泥沙的控制是關(guān)鍵因素之一。

從生物除磷角度而言，優(yōu)質(zhì)碳源濃度及比例是生物除磷能力的關(guān)鍵影響因素，然而現(xiàn)實情況中由于回流污泥硝酸鹽、低pH、過度曝氣等原因，生物除磷能力遭到了破壞，所以可以通過增強(qiáng)反硝化除磷，節(jié)省碳源和能源消耗，但存在較明顯的地域差異。

另外，完全硝化系統(tǒng)是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。鄭興燦指出，污水生物脫氮受完全硝化能力和反硝化能力的保障與功能的均衡、所需的C/N及碳源優(yōu)化配置等多重因素的影響。

鄭興燦表示，目前，有些設(shè)計院還是按照硝化速率來設(shè)計，這是錯誤的。系統(tǒng)的硝化能力與泥齡、溫度有關(guān)，與硝化速率無關(guān)。硝化速率的高低和進(jìn)水的C/N相關(guān)，另一方面，C/N是反硝化能力的決定性因素，而碳源構(gòu)成是影響反硝化速率的最主要因素，合適的C/N和碳源質(zhì)量，帶來快速的碳源和反硝化反應(yīng)，而C/N嚴(yán)重不足的條件下，設(shè)計得再好，也解決不了問題。

污水生物脫氮的關(guān)鍵控制因素

下圖為實際測定的反硝化反應(yīng)的三個不同速率階段，初始10分鐘左右去除6mg/L的硝酸鹽，之后60多分鐘再去除6mg/L，然后是緩慢的反硝化，約4個小時再去除6mg/L，可以看出，在很多工藝系統(tǒng)中，大部分時間反硝化速率處于很低的階段，有些設(shè)計人員認(rèn)為可以通過無限增加泥齡的方式來解決總氮去除率提升的問題，但實際上，缺氧端每增加1小時的停留時間，總氮的去除僅能增加1mg/L左右，考慮到硝化菌和反硝化菌之間的均衡，真正需要的時間可能是2小時。兩個小時的停留時間才增加1mg/L，從投資和運(yùn)行成本來講，還不如適當(dāng)?shù)耐都油獠刻荚�，因為每去�?mg/L左右的總氮，碳源費(fèi)用大概是0.1元。

另外，鄭興燦還提到了最近幾年用得比較多的懸浮填料強(qiáng)化硝化工藝系統(tǒng)，他表示，該工藝可以突破非曝氣污泥量比值的限制，解決冬季低溫運(yùn)行問題的同時提高反硝化能力。

七、城鎮(zhèn)污水處理廠工程應(yīng)用實例

1.天津紀(jì)莊子污水處理廠&津沽污水處理廠

天津紀(jì)莊子污水處理廠是華北市政總院設(shè)計的我國第一座大型二級處理廠，后因城市發(fā)展需要于2015年關(guān)閉遷建，目前變身為天津津沽污水處理廠。鄭興燦介紹，該污水廠現(xiàn)在執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，很快將提標(biāo)至天津地標(biāo)，也就是所謂的準(zhǔn)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。同時，該廠周邊還建成了再生水廠和污泥處理廠，實現(xiàn)了高等級再生水的利用和污泥的資源化能源化。

2.無錫蘆村污水處理廠

無錫蘆村污水處理廠是華北市政總院設(shè)計的我國首座采用一級A標(biāo)準(zhǔn)的污水廠。鄭興燦介紹，作為首座采用一級A標(biāo)準(zhǔn)的改造工程，蘆村污水處理廠采用了改良的A2/O+IFAS/MBBR。該廠最早使用的活性污泥法，后改造成A2/O，目前使用了改良A2/O+國內(nèi)首個大型IFAS/MBBR系統(tǒng)，并設(shè)置了初沉發(fā)酵池。該廠不僅實現(xiàn)了冬季氨氮的達(dá)標(biāo)，同時，在碳源的投加下實現(xiàn)了總氮的達(dá)標(biāo)。至今，該工程已穩(wěn)定運(yùn)行10年，非常成功。

3.地埋式污水處理廠: 太原晉陽

上圖為太原晉陽地埋式污水處理廠

。鄭興燦表示，地下廠運(yùn)行的穩(wěn)定性和靈活性調(diào)控非常關(guān)鍵。

4.宜興污水資源概念廠-生態(tài)綜合體

宜興污水概念廠

宜興污水概念廠是我國第一座面向2030～2040年的城市污水概念廠，該廠以“水質(zhì)永續(xù)、能量自給、資源回收、環(huán)境友好”為目標(biāo)，目前正在工程設(shè)計中。

鄭興燦表示，希望通過大家共同的努力，不斷探索我國城鎮(zhèn)污水處理工藝向著更生態(tài)、更強(qiáng)化生物作用、能耗更少，同時可以實現(xiàn)非常規(guī)污染物去除的方向發(fā)展。