研究背景：2018年6月，DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(以下简称“新地标”)正式实施，新地标中太湖流域一二级保护区内要求的COD、NH3-N、TN和TP等污染物排放限值均高于现有GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准，在此背景下，江苏省启动新一轮的城镇污水处理厂提标改造工作。开展待提标污水处理厂的调研工作是提标改造的重要前提和基础，有效识别共性和个性问题，提出提标建议，科学指导待提标污水处理厂的提标建设工作，是一项紧迫任务，亟待完成。
目前城镇污水处理厂调研以实地调研和对运行数据统计分析为主，对预处理、生物处理、深度处理单元中存在的问题提出解决策略。本文基于提标改造工作提出的全新调研方案，以太湖地区待提标83座城镇污水处理厂为调研对象，开展调研方案应用，识别污水处理厂的共性及个性问题，总结提出提标应对策略，为太湖地区污水处理厂新一轮提标工作提供技术支撑，为全国污水处理厂的提标改造工作提供参考数据和实践经验。
摘 要
随着2018年6月DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》的颁布实施，江苏省启动了新一轮城镇污水处理厂提标改造工作。基于提标改造工作迫切需求，提出了一套全新调研方案，包括全国污水信息系统数据统计分析、调查问卷与日报数据分析、现场座谈咨询和典型污水处理厂现场评估四步调研流程，循序渐进，互为校准，以太湖地区待提标83座城镇污水处理厂为调研对象，开展调研方案应用，识别污水处理厂的共性及个性问题，为太湖地区污水处理厂新一轮提标工作提供技术支撑。
01 调研方案
1.调研流程
本文基于提标改造工作迫切需求，提出了一套全新调研方案，包括全国污水信息系统数据统计分析、调查问卷&日报数据分析、现场座谈咨询和典型污水处理厂现场评估四步调研流程，基本流程如图1所示，循序渐进，互为校准。
2.全国污水信息系统数据统计分析
根据全国污水处理信息系统提供的信息，对江苏省太湖地区83座待提标城镇污水处理厂月报数据进行分类统计。主要分析内容包括各城镇污水处理厂运行负荷率，进水COD、BOD5、NH3-N、TN、TP等水质指标变化规律，进水SS/BOD5(或SS/COD)、BOD5/TN(或COD/TN)、BOD5/TP(或COD/TP)等不同达标影响因素特征。
统计分析南京、无锡、常州、苏州、镇江各地污水处理厂2016年月报数据发现问题如下：1)太湖地区污水处理厂突出问题主要有运行负荷率偏高，如图2a所示，48%的污水处理厂月均运行负荷率超过85%，20%的污水处理厂负荷率超过100%；2)无机组分含量高，当ρ(SS)/ρ(BOD5)>1.5时,可认为进水SS中无机组分偏高，如图2b所示，40%的污水处理厂进水ρ(SS)/ρ(BOD5)>1.5；进水碳源不足，如图2c所示，79%的污水处理厂ρ(COD)/ρ(TN)<10，南京和镇江各有70%和66%的污水处理厂其月均值低于7。
3.调查问卷与日报数据分析
通过发放《太湖流域城镇污水处理厂调研表》，收集江苏省太湖流域内83座城镇污水处理厂污水服务管网范围、工业废水占比、工艺运行状况、水厂管理人员配置以及运行过程中存在的问题及各厂近3年日报数据等调研内容。结合新地标中太湖流域一二级保护区主要水污染物排放限值中各指标要求，以污水厂近3年(2015—2017年)出水的日报数据为基础，统计分析在目前运行条件下的“新地标达标保障率”，将保障率划分为容易、一般和困难3个级别，对各厂的达标难度进行定性描述，见表1。
选取返回调研表和日报数据信息完整性较好的30座污水处理厂进行达标难度等级评价，结果见图3。
由图3可知：太湖地区城镇污水处理厂在执行新地方标准时，TN和TP是需要重点关注的指标，其中TN达标难度大于TP，侧面说明进水碳源不足对反硝化脱氮的影响大于除磷，主要是由于脱氮基本依靠生物系统缺氧反硝化完成，对碳源的依赖性较强，而化学除磷可以在一定程度上弥补生物除磷能力的不足，对出水TP达标的保障效果较好。
将达标难度等级评价统计问题(包括难度等级为一般及困难的水厂数量)与污水处理厂调研表反映问题对比，见图4。
通过对比发现，污水处理厂调研表与基于达标难度等级评价反馈的问题基本吻合。其中，溶解态难生物降解有机组分、进水碳源不足、TN和TP的冲击、冬季低水温是调研反馈的主要达标影响因素。调研表统计结果表明，目前有近70%的待提标污水处理厂接纳工业废水，涉及行业印染、化工、光伏、食品加工、电镀等。
4.现场座谈咨询
为进一步掌握实际情况，甄选首批执行新地方标准的典型污水处理厂进行现场调研。本次调研通过与常州、无锡、苏州三地城镇污水处理厂召开现场座谈会，将全国污水信息系统数据统计分析和调查问卷&日报数据分析中发现的问题与运行管理人员进行反馈、沟通，并由运行管理人员对问题进行补充。统计分析发现，反映水质达标问题的有26座、进水问题的有18座、工艺运行/设备问题的有16座和用地问题的8座。
以进水问题和工艺运行/设备问题为例分析，如图5所示，进水问题中较为突出的是工业废水问题。运行管理人员补充了管网问题和雨季水量冲击问题，其中管网问题主要为管网漏损和施工降水排入。工艺运行/设备突出问题为预处理系统、生物处理系统、深度处理系统问题，由于提砂系统设计不合理，导致沉砂池不出砂；由于进水采用廊道布水，生物系统采用多点进水模式时难以按比例分配；膜过滤通量、滤布滤池通量大幅衰减，导致处理能力下降。工艺提标潜力不足，设备构筑物老化，高级氧化工艺运行成本过高，设备、仪表发生故障或示数不准确也是反映的主要问题。
5.典型污水处理厂现场评估
通过选取太湖地区典型污水处理厂进行现场工艺效能测试，开展全流程的工艺效能诊断，从预处理段配置及运行、生物系统各功能区能效以及污泥活性分析、深度处理系统配置及保障能力，系统开展典型污水处理厂存在的提标难题及对策分析。
以太湖地区某污水处理厂作为现场调研对象，从前期调研得知该厂存在：进水碳源不足问题，2016年ρ(COD)/ρ(TN)月均值为8.83；出水指标中TN、TP达标保障率较低；冬季低水温时出水氨氮偏高等。基于以上问题，开展现场工艺效能测试，从进水水质、工艺设计和运行管理三方面进一步验证已发现问题并排查新问题，通过试验模拟和生产性测试提出对策。
5.1 进水水质调查
进水日变化特征分析是进水水质分析的重要内容，尤其进水碳氮比，是工艺脱氮除磷效能及出水稳定达标的重要影响因素，通过历年进水碳氮比统计分析，可为城镇污水处理厂优化运行和稳定达标提供重要指导。因此，以近年(2015—2017年)进水水质基础数据为基础，对历年进水碳氮比的日变化特征及其累计频率分别进行分析，如表2所示。
由表2可看出：该污水处理厂一年中约有80%的时间进水碳源不足，该厂外加碳源的需求量和依赖度非常高，由此需进一步优化外碳源种类和投加量。
5.2 工艺系统效能评估
1)预处理系统评估。
预处理系统的主要作用是：利用格栅去除漂浮物、颗粒物和缠绕物，防止后续单元污堵、缠绕及磨损；利用沉砂池去除粒径≥0.2 mm的砂粒，减少泥沙沉积与设备磨损；利用初沉池去除可沉悬浮固体，减低后续工艺负荷，提高污泥活性；当设置初沉发酵池时，利用其去除SS中无机组分的同时，尽可能保留有机组分，并通过提高可溶性和快速生物降解有机组分比例，改善进水碳源质量；当设置厌氧水解池时，利用其改善进水可生化性，提高对难生物降解有机物的去除效果。
对该污水处理厂预处理系统全流程调研后发现：细格栅排渣不通畅，部分栅渣翻越至格栅后进入沉砂池；沉砂池提砂器不出砂，沉砂池底部泥沙淤积；存在多个跌水复氧点，导致碳源损耗。
以该厂跌水复氧导致碳源损耗为例分析，连续监测结果如图6所示。预处理系统跌水复氧点累积损耗碳源ρ(COD)为6.8 mg/L，导致ρ(TN)去除下降2.4 mg/L。对以上跌水复氧点，建议采取淹没出流方式，减少进水点和内外回流点跌水复氧。
2)生物处理系统评估。
生物处理系统以不同功能区实现其既定污染物去除目标为准则，对COD、NH3-N、TN、TP、SS进一步去除。功能区的组合应能实现污染物的强化去除，具有运行稳定性、可靠性和灵活性。该污水处理厂生物处理系统采用改良型AAO工艺，主要由预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区、二沉池构成，采用分点进水和投加外碳源的方式保障TN去除，采用化学协同除磷方式保障TP去除。
通过生物系统全流程测试发现，生物系统出水中TN指标较难达到DB 32/1072—2018新地方标准排放限值，出水TN中主要组分为NO3--N。以NO3--N为例进行全流程分析，如图7所示。预缺氧池出水ρ(NO3--N)达到8.3 mg/L，导致后续厌氧池难以达到真正的厌氧环境，进而影响工艺系统的厌氧释磷，即现状工艺运行条件下，预缺氧池难以达到其去除回流污泥中NO3--N的目标；厌氧池出水ρ(NO3--N)为0.6 mg/L，正磷酸盐浓度未见上升，即未见厌氧释磷，厌氧池未能发挥生物除磷功能而是充当缺氧池运行；缺氧池出水ρ(NO3--N)较高，达到4.6 mg/L，目前进水碳源不足，提高回流比无法提高脱氮效率，因此需优化碳源投加，降低缺氧池出水ρ(NO3--N)；好氧池沿程ρ(NO3--N)为11.5～13.6 mg/L，说明好氧池硝化功能良好，NO3--N是导致出水TN高的因素。结合各功能区发现的问题，建议该厂调整分点进水比例，降低预缺氧区ρ(NO3--N)，保障厌氧区厌氧释磷，且在进水碳源不足情况下缺氧区合理投加外碳源保证脱氮。
由于该厂内回流点设置在好氧池末端，内回流混合液ρ(DO)达到2.4 mg/L，当回流比为200%时，内回流混合液DO可使缺氧池碳源COD损失4.8 mg/L，脱氮能力下降约1.7 mg/L，建议在内回流点处设置水力停留时间0.5～1.0 h的消氧区，使其内回流混合液ρ(DO)控制在0.5 mg/L以下，提高缺氧区脱氮能力。
基于该厂存在冬季低温影响脱氮的问题，分别测试了该厂冬季和夏季生物系统硝化能力，结果如图8中曲线a和b所示，该厂夏季和冬季活性污泥硝化速率分别为2.61，1.28 mg/(g·h)。受冬季低温影响，硝化速率降低，出水氨氮难以稳定达到DB 32/1072—2018排放限值。建议通过增加硝化菌量的方式，如投加填料、延长污泥龄等方式，提升生物处理系统硝化能力，如图8中曲线c所示，在原有好氧池污泥中投加已挂膜的悬浮填料(填充比为40%)发现，活性污泥+悬浮填料系统冬季硝化速率提升50%，在好氧池现有停留时间状况下，能够满足冬季NH3-N去除目标。
3)深度处理系统评估。
深度处理的主要功能是进一步去除TP、TN和COD，协同去除SS、色度等。该厂深度处理系统采用反硝化滤池+紫外消毒工艺。在生产性测试中发现该厂反硝化滤池跌水复氧现象严重，跌水前后ρ(DO)由2 mg/L增长至6 mg/L，当按反硝化模式运行时，可导致投加的外碳源损失6 mg/L，进而使其脱氮效能下降约2 mg/L。建议调整反硝化滤池进水方式，改为淹没式进水，提高脱氮效率。
5.3 运行管理问题
1)设备仪表。
该厂在线仪表示数偏离实际值。在对比生物系统在线仪表时发现，该厂在线ORP仪和DO仪示数明显偏离实际数值，其中厌氧池的在线ORP仪示数为-104 mV，实际测定值为48.3 mV，表明厌氧池未达到厌氧条件，难以保障活性污泥的厌氧释磷功能；好氧池中在线DO仪示数为0.00 mg/L，实际测定值为5.53 mg/L，表明好氧池溶解氧浓度处于较高水平，这增加了曝气系统能耗。同时，长时间过度曝气还会导致污泥解体，沉降性能变差。建议每月定期校核在线仪表，对易耗部件及时更换，为减少缠绕物对在线仪表测试影响，可设置回流污泥格栅，去除生物系统活性污泥中毛发、塑料等缠绕物。
回流设备磨损严重。由于进水SS中无机组分含量高，加之预处理系统去除效果差，该厂内回流泵叶片磨损严重，已无法达到额定流量，导致内回流量不足。建议加强沉砂池运行效能，提升粒径>0.2 mm砂粒的去除效果，减少生物系统泥砂沉积及设备磨损。
2)精细化管理。
通过调研发现，该污水处理厂专业技术人员较欠缺，日常水质化验分析基础薄弱，出水水质组分分析能力不足。基于DB 32/1072—2018新地方标准建设运营的污水处理厂，工艺设备更新的同时，精细化管理能力也亟须提升。例如，基于出水COD组分分析，可判定出水中存在悬浮性慢速生物降解有机物、悬浮性难生物降解有机物和溶解性难生物降解有机物浓度，以便分别采取不同的优化措施或加强源头管控的措施加以去除。对于运行管理人员，应加强技术培训，具备基本达标难点识别能力，能够合理优化污水处理厂工艺运行，降低能耗、药耗，提高污水处理达标率。
02 结 论
根据新提出的调研方案，对太湖地区83座城镇污水处理厂开展了调研，比较分析4种调研方法的调研结果，可以看出，这4种方法各有侧重、相辅相成。
1)全国污水信息系统数据统计分析调研。通过快速获取整个太湖地区污水处理厂运行月报数据，能够基本掌握其进水水质水量变化特征，初步识别达标影响因素。
2)调查问卷&日报数据分析调研。通过逐个污水处理厂发放调研表，并对各厂日报数据的“保障率”统计分析，对出水指标进行“容易”“一般”“困难”的达标难度等级评价。比对调查问卷与“保障率”统计分析结果，能够全面分析关键指标达标难点，初步提出强化措施。
3)现场座谈咨询。通过现场直接与污水处理厂运行管理人员对前期识别的问题进行反馈、沟通和完善，梳理出太湖地区提标改造过程中存在工艺运行、设备仪表、提标用地存量等方面的共性问题，反馈至监管部门、建设运营单位、行业专家等多方参与解决；对于运行管理人员提出和补充的个性问题，有利于各污水处理厂在运行管理方面加以预防，并通过现场调研、专家咨询等方式得以解决。
4)典型污水处理厂现场评估。通过甄选涵盖共性问题和个性问题的污水处理厂，开展全流程的工艺效能诊断，验证其共性及个性问题，采取生产性测试及模拟试验验证方法，可以全面掌握污水处理厂存在的问题，提出并验证提标改造技术措施。
原标题：郑兴灿 | 基于新地方标准的城镇污水处理厂提标调研方案
