李其光，徐 文，赵连勤

（水发集团有限公司，山东 济南 250104）

随着污水处理技术水平的提高，污水处理有多种工艺可供选择，由于经济条件、自然特征、地形地质、水环境容量等因素，我国不同地区采用的污水处理工艺有一定区别。污水处理厂工艺的选择，直接关系到建设费用和运行费用、处理效果、占地面积等关键问题[1]。因此，在进行污水处理厂工艺选择时，需要切合实际地选择合理的处理工艺。

本次调研选取水发集团分布在山东省的5座污水处理厂进行研究分析，对主体工艺存在的共性问题进行梳理，分析污水厂工艺的选择与污水处理厂全年进出水水质指标（COD、BOD5、SS、TN、TP、NH3-N 等）运行数据，提出污水处理厂工艺选择与提标改造的工程技术建议。

1 山东省污水处理现状

1.1 山东省污水厂现状

截至2019 年11 月底，山东省共建设运行城市污水处理厂318 座，形成污水处理能力1 619 万t/d。2019 年1～11 月，全省城市污水处理厂共处理城市污水达45.81 亿t[2]，其中绝大部分采用A/A/O与氧化沟工艺。

1.2 进水水质特点

选取位于济南市、潍坊市、菏泽市、淄博市、滨州市的5 座污水厂，统计了进水主要污染物浓度的数据范围，研究了污水的生化性和C、N、P的比例，具备山东省内污水处理厂运行状况的代表性。

1）进水BOD5/TN 分析。5 座污水厂进水年平均BOD5/TN 范围为2.5～2.8，影响了反硝化效果，需要投加碳源，增加了运行成本。

2）进水BOD5/TP 分析。5 座污水处理厂月平均BOD5/TP 变化范围为12.3～30.2，由于在小于20 的情况下达不到生物除磷的要求，需辅助化学除磷，增加了运行成本。

3）进水BOD5/COD 分析。根据工业废水比例，一般低于25%的污水生化性较好，在小于4的情况下，需延长厌氧段停留时间或增加深度处理，增加了运行成本。

综上分析，山东地区污水主要特征为：混杂工业废水导致生化性偏低、碳氮比与碳磷比偏低不利于生化脱氮除磷、必要时的物化处理导致污泥产生量偏大[3]。

2 新建城区污水处理工艺选择依据

2.1 工艺选择依据

城市污水处理工艺的优化选择是工程界面临的首要问题。根据污水水质水量特征，结合当地条件，进行多方面比较，选出最优的处理工艺[4]。主要依据有：

1）进水水质。生活污水水质通常比较稳定，如混有工业废水应根据比例进行工艺调整，必要时增加物理或化学方法的预处理。

2）污水处理效果。原则上取决于污水水质特征、处理后排放标准和纳污水体的自净能力。

3）投资费用与施工难易程度。在保证水质达标前提下，工程施工的难易程度也是选择工艺流程的影响因素之一。如山区、丘陵等地质条件差的地方，就不适宜选用深度大、地埋式的构筑物。

4）当地的自然和社会条件。如高纬度寒冷地区，应采用适当的措施后，在低温环境下也能够正常运行。

5）污水水量的稳定性。对于水量、水质变化大的污水，应考虑设立调节池等缓冲设备或者SBR 等工艺。

2.2 建设造价费用构成

污水处理厂的建设造价受地质条件、工程规模、排放标准等因素影响较大，其变化规律也不易掌握，但在主体工艺类型相近的情况下，各单项构筑物造价与总造价的比例有一定的规律性。

根据近来设计建造污水处理厂工程的造价分析资料，初沉池、厌氧池或水解酸化、好氧池、二沉池、脱水机房及厂区布置的工程造价占整个污水处理厂造价的75%左右，其中好氧池由于设有曝气系统，其造价约占污水处理厂造价的20%。

2.3 建设投资的估算

根据《全国市政工程投资估算指标》与《给水排水设计手册·第10 册·技术经济》污水处理厂综合指标，并结合山东省国家重点监控污水厂建设项目的实际工程投资结算情况，归纳得出一级A 污水处理厂造价公式如下：

式中：C 为污水厂总造价，万元，但不包括征地拆迁费、涨价预备费和建设期贷款利息，设备采用国产设备；Q 为设计平均日处理污水量，×104m3/d。

3 污水厂运行成本分析

选取水发集团3 座污水处理厂进行运行成本分析，主要包括人工费、电费、药剂费及其他费用。

3.1 人工费

参照城镇污水处理厂运行管理考核标准，二级处理的城市污水处理企业的劳动定员指标一般在2.5～15 人/（万m3/d）计[5]。根据公布的2019年山东省城市平均工资水平在5 500 元/月/人，则可计算人工成本为 0.046～0.275 元/m3，3 座污水厂的人工成本在合理范围内，见表1。

表1 人工成本对比分析

3.2 电费

二级污水处理企业正常电耗指标在0.17～0.42 kW·h/m3。根据山东省 2019 年阶梯电价0.85 元/kW·h，则电费成本范围为：0.145～0.358 元/m3。3 座污水厂的电费成本在合理范围内[5]，见表2。

表2 电费成本对比分析

3.3 药剂费

污水处理厂的药剂大部分为投加的碳源、絮凝沉淀与污泥脱水机使用的聚丙烯酰胺、污泥板框压滤机脱水用的三氯化铁及氧化钙、出水消毒药剂。不同的污泥处理设备药剂成本如下：

1）污水处理厂普遍存在着碳源不足的问题，通常采用外加碳源。根据几种常用碳源的COD 当量值，确定碳源吨水运行成本：甲醇0.077 5 元/t；乙酸 0.169 元/t；乙酸钠 0.222 元/t；葡萄糖 0.199 元/t。

2）污泥脱水药剂为阳离子聚丙烯酰胺PAM，每吨干污泥含有PAM 为0.6%，实际价格约为3 万元/t，则污泥脱水剂的投加成本为0.018～0.021 6 元/m3。

3）板框压滤机脱水使用的三氯化铁和氧化钙。三氯化铁投用量按干污泥的10%，单价按800 元/t 计算（工业级有效含量为43%），则三氯化铁的投加成本为0.008～0.009 元/m3。氧化钙单价为 450 元/t，则投加成本为 0.014～0.016 元/m3。因此板框压滤机脱水剂成本为0.022～0.025 元/m3（滤布清洗与更换暂时不计）。

4）城市污水消毒的方法有：紫外线、二氧化氯、液氯。紫外线消毒运行成本约为0.008 元/m3，加氯消毒运行成本约为0.065 元/m3，见表3。

表3 三家污水厂药剂费成本 元/t

目前污水厂大部分以投加乙酸钠为主，参照A 污水厂工业进水占比为80%，根据实际情况加以修正，计算污水处理厂的药剂费用为0.124 5～0.397 8 元/m3。

3.4 管理费用

污水处理管理费用可按人员工资成本的10%计算，可计算管理费成本为0.004 6～0.055 元/m3污水。

3.5 设施与设备的维护、维修成本

主要用于设备、设施的维护、修理、更换，成本约为 0.08 元/m3污水。

3.6 其他费用

包括用于清洁构筑物、路面、用水消耗、实验室检测费等，成本约为0.015 元/m3污水。

3.7 运行成本计算

选取二级污水厂常规A/A/O 工艺为代表，结合运行正常的污水厂进行统计分析，二级污水处理厂年运行费用（经营成本）利用如下公式计算：

式中：C 为污水厂总运行成本，万元；Q 为设计平均日处理污水量，×104m3/d。

4 污水处理厂进出水水质分析

通过对5 座污水处理厂近一年的各项进出水指标进行汇总，具体如下：

1）各项出水指标均符合一级A 排放标准，pH值在7 左右。符合运行与出水标准要求，见表4。

表4 进出水水质平均值与去除率

2）通过对运行数据的月度分析，说明进水水量和水质的波动越小，总体去除率越高。对不同的处理单元进行分析，粗细格栅的去除效果基本不受进水水质的波动影响；在进水水质波动较大的情况下氨氮的出水水质也存在较大的波动[6]；根据COD 结果分析，A/A/O 工艺的脱氮除磷效果明显，能够实现稳定的出水水质。因此，合理地根据进水水质设置最优的运行参数，尽可能减小水质波动是污水处理厂出水水质稳定达标的重要因素[6]。

3）污水处理厂的运行和出水与众多因素都息息相关，对处理工艺的选择应遵循合理和实际的原则，不仅要对处理规模和排放要求进行考虑，更要符合适应周边的景观用水和中水回用的要求，根据受纳水体的实际情况选择合理的深度处理工艺。

5 提标改造的工艺选择

山东省污水处理厂已基本完成一级B 到一级A 的提标，目前部分地区要求执行类地表IV类水质标准。本次通过对提标改造的污水厂方案选取与效果分析，提出了常见的问题及解决方法。通过对污水厂出水水质数据监测发现COD、BOD5、NH3-N、SS 去除率较高，但 TP、TN 无法达到类地表IV 类水质标准，若需对现有运行工艺进行改造。其中TN 的去除是制约污水处理厂提标改造的难点[7]。另外，早期排放标准较低以及原工艺效率降低，使得脱氮除磷无法满足当前的要求，若要提高出水水质，需要对原有工艺进行提标改造。

5.1 提标改造技术原则

改造工艺与新建工艺不同，要在挖掘现有污水处理厂潜能的前提下，新旧结合采取不同措施。要以“先功能定位，后单元改造；先优化运行，后工程措施；先内部碳源，后外加碳源；先生物除磷，后化学除磷”的技术原则[7]。

5.2 提标改造中存在的问题及解决方案

5.2.1 污水处理厂进水碳源不足

进水C/N 比较低是污水处理厂的普遍现象，因此提高进水碳源的利用率对提高TN 的出水指标及降低污水厂运行成本有重要影响。

解决措施：采用分段曝气，即在工艺前增加了污泥选择区，好氧—缺氧效果交替产生，提高好氧段同步硝化—反硝化的效果。内回流液的溶解氧过高也会影响缺氧池的反硝化效果，可适当减小好氧池出水口附近的曝气。

5.2.2 强化脱氮工艺

1）增加反硝化滤池。通过对二沉池出水检测，硝态氮浓度高，氨氮浓度低，因此通过增加反硝化滤池并投加碳源，可继续提高反硝化去除率。

2）优化AAO 工艺。现有曝气池中出现DO浓度较高或者曝气不均匀，直接影响缺氧池的反硝化效果，因此通过设置独立的缺氧区，增加水力停留时间，提高内回流比。并根据进水氨氮浓度，合理控制曝气，避免回流硝化液中DO 浓度过高而引起的碳源利用率下降[7]。也可采用投加MBBR 工艺，增加硝化—反硝化菌的含量，提高脱氮效率。

5.2.3 强化生物除磷工艺

大多数污水厂生物除磷效果一般，因此通过强化生物除磷，减少化学除磷药剂的投加，对减低运行费用至关重要。主要改造方案如下：

1）设置化学除磷池。根据厌氧池出水的磷浓度，控制除磷剂的投加量，TP 浓度较低的污水在进入好氧池进行生物富集从而达到对磷的进一步去除。经过数据分析得出，化学除磷池在COD/P=37.5、pH=9 的工况下，效果最好。

2）设置絮凝池和高效（斜管）沉淀池，可有效避免化学除磷药剂的投加对生物除磷的抑制。

6 建 议

通过对山东省5 座污水处理厂运行分析，提出以下建议：

1）污水处理厂应充分结合来水水质特征、纳污河道及其环境特性，选择合理的工艺路线，最大限度地实现出水的达标稳定性、高效性、经济性的要求。

2）在进行前期论证时，应考虑到污水厂产生量、管道和负荷量的变化，使实际处理规模与设计规模的产能利用率达到合理水平。

3）在提标改造过程中，不要盲目选择改造工艺，应根据实际情况并结合原有工艺进行充分论证，使新增加的提标工艺与原有工艺实现承上启下及工艺流程的统一性和合理性。

4）基于降低TN 的技术难点，日后工作应该深入研究污水处理厂碳源不足的条件下，既能降低污水处理厂的碳源投加成本，又能提高TN 的去除效果。

5）继续开展提高生物除磷的研究（目前生物除磷只能控制到1 mg/L 左右），降低化学除磷工艺的使用比例，在保证TP 出水稳定达标的前提下减少污水处理厂运行成本。